Aktualny stan i perspektywy wykorzystania metanu pokładów węgla kamiennego w Polsce. prof. dr hab. inż. Stanisław Nawrat

Transkrypt

1 Aktualny stan i perspektywy wykorzystania metanu pokładów węgla kamiennego w Polsce prof. dr hab. inż. Stanisław Nawrat

2 1. Wprowadzenie - metan właściwości Metan (CH 4 ) najprostszy węglowodór nasycony (alkan). W temperaturze pokojowej jest bezwonnym i bezbarwnym gazem. Wzór sumaryczny: CH 4 Numer CAS: Temperatura topnienia: -182 C Temperatura wrzenia: 161,5 C Temperatura krytyczna: -82,6 C pod ciśnieniem 4.6 MPa (45 atm) Ciśnienie krytyczne: 46,3 bar Wartość opałowa: kcal/kg = 50,05 MJ/kg Ciepło spalania: kcal/kg = 55,53 MJ/kg 136

3 1. Wprowadzenie - metan właściwości Mieszanina metanu z powietrzem w stosunku objętościowym 1:10 ma własności wybuchowe. Tworzenie się tej mieszaniny w kopalniach węgla kamiennego o proporcji 4,5 15% stanowi mieszaninę wybuchową. Bywa częstą przyczyną groźnych w skutkach eksplozji. Metan jest jednym z głównych gazów wywołujących efekt cieplarniany, jego potencjał cieplarniany jest 25 razy większy niż dwutlenku węgla, a średnia zawartość w atmosferze wynosi 1,7 ppm (w ciągu minionych dwustu lat wzrosła ponad dwukrotnie). 137

4 1. Wprowadzenie - metan właściwości Metan tworzy się w przyrodzie w wyniku beztlenowego rozkładu szczątków organicznych jest składnikiem gazu ziemnego, występuje z ropą naftową w złożach węgla kamiennego, 138

5 1. Wprowadzenie - metan właściwości Wykorzystanie metanu z pokładów węgla jest bardzo ważne z przyczyn: gospodarczych, co znalazło odzwierciedlenie w Prawie Geologiczno-Górniczym zaliczającym metan pokładów węgla (CBM) do kopalin podstawowych, ekologicznych, gdyż emisja między innymi metanu do atmosfery przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego, co znalazło odzwierciedlenie w Protokole z Kioto. 139

6 1. Wprowadzenie - udział gazów cieplarnianych pochodzenia antropogenicznego do atmosfery. 13% 5% 52% 1% 12% metan ditlenek w ęgla tropozon N2O CFCs HCFCs 17% 140

7 1. Wprowadzenie - metan kopalniany CBM 19% 10% 6% 20% 5% 4% 1% 1% 1% górnicw o naw ozy ścieki ropa stacjonarne źródła upraw y ryżu inne źródła landfills fermentacja gazociągi 33% 141

8 1. Wprowadzenie - pakiet energetycznoklimatyczny System zarządzania emisjami gazów cieplarnianych w UE W dniu 23 stycznia 2008 r. Komisja Europejska przedstawiła pakiet dokumentów, głównie legislacyjnych, określanych, jak tzw. pakiet energetyczno-klimatyczny. Dokumenty te mają na celu realizację przyjętych przez Radę Europejską w 2007 r. założeń dotyczących przeciwdziałania zmianom klimatycznym, stanowiących, że do 2020 r. Unia Europejska: 142

9 1. Wprowadzenie - pakiet energetycznoklimatyczny System zarządzania emisjami gazów cieplarnianych w UE - o 20% zredukuje emisje gazów cieplarnianych (z opcją 30% redukcji, o ile w tym zakresie zostaną zawarte stosowne porozumienia międzynarodowe) w stosunku do poziomu emisji z 1990 r.; - o 20% zwiększy udział energii odnawialnej w finalnej konsumpcji energii; - o 20% zwiększy efektywność energetyczną, w stosunku do prognoz na rok 2020, - zwiększy udział biopaliw w ogólnej konsumpcji paliw transportowych co najmniej do 10%. 143

10 1. Wprowadzenie - pakiet energetycznoklimatyczny System zarządzania emisjami gazów cieplarnianych w UE Po prawie rocznych pracach, w grudniu 2008 r. osiągnięto porozumienie pomiędzy Parlamentem Europejskim i Radą UE Pakiet energetycznoklimatyczny został przyjęty, a publikacja jego poszczególnych elementów w Dzienniku Urzędowym UE nastąpiła w dniu 5 czerwca 2009 r. 144

11 1. Wprowadzenie - pakiet energetycznoklimatyczny System zarządzania emisjami gazów cieplarnianych w UE Dwa kluczowe elementy przyjętego pakietu odnoszące się do emisji gazów cieplarnianych to: - dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/29/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. zmieniająca dyrektywę 2003/87/WE w celu usprawnienia i rozszerzenia wspólnotowego systemu handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych (tzw. dyrektywa EU ETS), oraz - decyzja Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/406/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie wysiłków podjętych przez państwa członkowskie, zmierzających do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych w celu realizacji do roku 2020 zobowiązań Wspólnoty dotyczących redukcji emisji gazów cieplarnianych (tzw. decyzja non-ets). 145

12 1. Wprowadzenie Metan Pokładów Węgla W kopalniach metan z pokładów węgla w czasie procesu urabiania węgla wydziela się do powietrza w kopalni i ulega rozrzedzeniu tworząc w szybach wentylacyjnych w wyniku regulacji strumienia powietrza, mieszaniny metanowo powietrzne (MWENT) zwierające od 0,0 do 0,75% metanu na wylotach z szybów wentylacyjnych (0,75% - maksymalna dopuszczalna zawartość metanu w szybach wentylacyjnych określona w polskich górniczych przepisach bezpieczeństwa). 146

13 2. Zasoby metanu pokładów węgla w Polsce Wyszczególnienie Zasoby wydobywalne bilansowe pozabilansowe Zasoby przemysłowe Emisja z wentylacją Wydobycie Złoża udokumentowane ogółem (48 złóż)* w tym złoża w obszarach eksploatowanych (29 złóż) w tym złoża w pokładach poza zasięgiem eksploatacji (19 złóż) , , ,37 169,78 272, , , ,83 169,78 272, , , ,54-0,01 147

14 2.1 Koncesje na poszukiwanie i rozpoznanie złóż metanu z pokładów węgla w Polsce 148

15 2.2. Koncesje na poszukiwanie i rozpoznanie złóż metanu z pokładów węgla w Polsce 149

16 2.3. Koncesje na wydobywanie metanu z pokładów węgla w Polsce 150

17 2.3. Koncesje na wydobywanie metanu z pokładów węgla w Polsce 151

18 2.4. Mapa obszarów koncesyjnych na wydobywanie ropy, gazu ziemnego metanu z pokładów węgla w Polsce 152

19 2.5 Koncesje na rozpoznanie i wydobywanie metanu z pokładów węgla w Polsce 153

20 3. Metody utylizacji metanu z pokładów węgla Metan Pokładów Węgla CBM Metan z odmetanowania CBD Metan w powietrzu wentylacyjnym VAM Metan Resztkowy w węglu Metan w otamowanych wyrobiskach Gaz o zawartości metanu % Gaz o zawartości metanu 0-0,75% Gaz o zawartości metanu 0-100% Gaz o zawartości metanu 0-100% Dodawanie CBD do gazu ziemnego Spalanie kotły węglowe Spalanie z węglem Gaz do wykorzystania po pozyskaniu przez odmetanowanie Spalanie w kotłach węglowych z palnikami gazowymi Spalanie cieplny przepływowy rewersyjny reaktor TFRR W czasie transportu i magazynowania emisja z węgla do atmosfery Spalanie w kotłach z palnikami gazowymi Spalanie cieplny przepływowy rewersyjny reaktor CFRR Spalanie w silnikach gazowych Turbina gazowa CGT Spalanie w turbinach gazowych Mikroturbina Gaz po oczyszczeniu spalany w instalacjach komunalnych Turbina spalanie węgla + VAM Wykorzystanie w innych zakładach 154

21 3.1. Metody utylizacji metanu z pokładów węgla 155

22 UTYLIZACJA METANU Z ODMETANOWANIA KOPALŃ WĘGLA KAMIENNEGO 156

23 3.2. Metanowość polskich kopalń węgla kamiennego Metanowość bezwzględna polskich kopalń węgla kamiennego jest bardzo wysoka i w 2009r. wynosiła 855,71 mln m 3 CH 4 /rok przy czym podziemne odmetanowanie ujmowało ok. 259,8 mln m 3 CH 4 /rok, a z powietrzem wentylacyjnym z kopalń było odprowadzane do atmosfery 595, 91 mln m 3 CH 4 /rok. 157

24 3.2. Metanowość polskich kopalń węgla kamiennego W polskich kopalniach węgla kamiennego od wielu lat następuje stopniowy rozwój odmetanowania podziemnego i gospodarczego wykorzystania ujętego metanu w instalacjach energetyczno-ciepłowniczych. Natomiast dużym problemem, nie tylko polskim, ale i światowym, jest utylizacja i gospodarcze wykorzystanie metanu z powietrza wentylacyjnego (VAM) kopalń. 158

25 3.2. Metanowość polskich kopalń węgla kamiennego 159

26 3.2. Metanowość polskich kopalń węgla kamiennego , ,4 286,2 284,6 263,3 252,1 235,2 212,8 201,2 197,5 192,5 205,3 203,6 216,1 222,9 219,3 208,0 227,1 250,9 255,3 289,5 268,8 274,2 259,8 743, ,9 719, ,1 560,5 560,8 553,6 555,9 578,3 559,7 528, ,7 557,0 571,1 575,0 595,8 580,8 610,1 606,7 595, rok Ujęcie metanu odmetanowaniem Odprowadzenie metanu z powietrzem mln m 3

27 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Metanowość polskich kopalń węgla kamiennego 161 Wskaźnik ujęcia metanu, % Rok Wskaźnik ujęcia metanu

28 4. Metody wykorzystania metanu z odmetanowania kopalń w Polsce Metan ujęty w procesie odmetanowania jako paliwo gazowe: 1. bezpośrednio w wyniku kontrolowanego wtłaczania do sieci gazu ziemnego, 2. bezpośrednio w palnikach gazowych, kotłach gazowych, silnikach gazowych, turbinach gazowych, 3. pośrednio po wcześniejszym wzbogaceniu sprzedawany do sieci gazowniczych lokalnych lub centralnych (przedsiębiorcy, PGNiG). 162

29 4. Metody wykorzystania metanu z odmetanowania kopalń w Polsce 163

30 4. Metody wykorzystania metanu z odmetanowania kopalń w Polsce Lp Kopalnia Ujęcie Straty Wykorzystanie [mln m3/rok] [mln m3/rok] [mln m3/rok] [%] Efektywność wykorzystania 1 Brzeszcze-Silesia 37,4 0,1 37,3 99,8 2 Zofiówka 15,4 0,8 14,6 94,8 3 Pniówek 44,6 5,2 39,4 88,3 4 Jas-Mos 9,6 1,4 8,2 85,4 5 Jankowice 7,8 0,6 7,2 92,3 6 Budryk SA 15,1 4,9 10,2 67,5 7 Halemba-Wirek 7,5 3,3 4,2 56,2 8 Mysłowice-Wesoła 10,2 4,3 5,9 57,8 9 Marcel 3,8 2,1 1,7 44,7 10 Borynia 4,0 1,5 2,5 62,5 11 Krupiński 44,1 24,0 20,1 45,6 12 Staszic 4,6 2,9 1,7 37,0 13 Bielszowice 5,8 3,6 2,2 37,9 14 Sośnica-Makoszowy 15,2 13,0 2,2 14,5 15 Szczygłowice 13,3 11,2 20,1 15,8 16 Wujek-Śląsk 5,2 5,2 0,0 0,0 17 Rydułtowy-Anna 8,0 8,0 0,0 0,0 18 Chwałowice 3,8 3,8 0,0 0,0 19 Knurów 4,4 4,4 0,0 0,0 Razem: 259,8 100,3 159,5 61,4 164

31 4. Metody wykorzystania metanu z odmetanowania kopalń w Polsce Sposoby zagospodarowania gazu z odmetanowania pokładów węgla w energetyce można podzielić na: wytwarzanie ciepła na potrzeby grzewcze i technologiczne przez spalanie gazu w kotłach czy instalacjach technologicznych (np. suszarniach), skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i cieplej, oraz energii chłodniczej 165

32 4. Metody wykorzystania metanu z odmetanowania kopalń w Polsce skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i pary technologicznej, skojarzone wytwarzanie energii elektryczne i czynnika na potrzeby procesów suszarniczych, skojarzone wytwarzanie ciepła, zimna i energii elektrycznej, wytwarzanie energii elektrycznej w układach kombinowanych. 166

33 4.1.Skojarzony układ energetyczny w KWK Krupiński W 1997r. w kopalni Krupiński należącej do Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A. została zbudowana pierwsza instalację w Polsce złożoną z: silnika gazowego nr 1 typu TBG 632 V 16 firmy Deutz, generatora prądu firmy Van Kaick, oraz układu chłodzenia, produkującą z metanu z odmetanowania kopalni w kogeneracji energię elektryczną i cieplną dla potrzeb własnych kopalni. 167

34 4.1.Skojarzony układ energetyczny w KWK Krupiński Dane techniczne silnika gazowego przedstawiają się następująco: paliwo gaz o wydatku 14 m3/min z odmetanowania kopalni Krupiński o stężeniu metanu %, moc elektryczna 3,0 MW, moc cieplna 3,4 MW, 168

35 4.1.Skojarzony układ energetyczny w KWK Krupiński 169

36 4.1.Skojarzony układ energetyczny w KWK Krupiński 170

37 4.1.Skojarzony układ energetyczny w KWK Krupiński W 2005 r. w kopalni Krupiński zbudowano 2 instalację kogeneracyjną złożoną z silnika nr 2 tłokowy TCG 2032 V16 firmy Deutz połączony z agregatem prądotwórczym. paliwo gaz o wydatku 17 m3/min z odmetanowania kopalni Krupiński stężenie metanu %, moc elektryczna 3,9 MW, moc cieplna 4,2 MW, 171

38 4.1.Skojarzony układ energetyczny w KWK Krupiński Oba silniki pracujące w Kopalni Krupiński w roku 2009 zużyły 13,6 mln m3 CH4 metanu dając: produkcję 47,6 tys MWh energii elektrycznej i 68 tys GJ ciepła, co w znacznym stopniu pokrywało zapotrzebowanie kopalni na media energetyczne (w roku ,9% energii elektrycznej i 71,2% energii cieplnej). 172

39 4.1.Skojarzony układ energetyczny w KWK Krupiński W roku 2011 kopalni Krupiński zostanie zabudowany silnika nr 3 w o mocy elektrycznej 4 MW. 173

40 4.2. Skojarzony układ energetyczny w KWK Pniówek Klimatyzacja centralna kopalni W 2000r. w kopalni Pniówek została uruchomiona trójkogeneracyjna instalacja energetyczna produkująca: energię elektryczną, energię cieplną, energię chłodniczą, która została wykorzystana dla klimatyzacji centralnej kopalni. Koncepcję instalacji opracowała JSW S.A. wspólnie z AGH, a projekt i zabudowę instalacji opracowała firma SFW. 174

41 4.2. Skojarzony układ energetyczny w KWK Pniówek Klimatyzacja centralna kopalni Dane techniczne skojarzonego układu energetycznochłodniczego w kopalni Pniówek są następujące: dwa silniki gazowe typu TBG 632 V 16 firmy Deutz, paliwo gaz z odmetanowania kopalni Pniówek o wydatku ok. 50 m 3 /min i o stężeniu metanu %, moc elektryczna 6,4 MW, moc cieplna 7,4 MW. dwie chłodziarki absorpcyjne moc chłodnicza 4,7 MW, trzy chłodziarki sprężarkowe moc chłodnicza 3,2 MW, moc chłodnicza 7,9 MW. 175

42 4.2. Skojarzony układ energetyczny w KWK Pniówek 176

43 4.2. Skojarzony układ energetyczny w KWK Pniówek 177

44 4.2. Skojarzony układ energetyczny w KWK Pniówek 178

45 4.2. Skojarzony układ energetyczny w KWK Pniówek Spółka Energetyczna Jastrzębie w KWK Pniówek" eksploatuje w skojarzonym układzie energetycznym także silnik spalinowy TCG 2032 V16 firmy MWM DEUTZ o mocy elektrycznej 3,9 MW i cieplnej 4,2 MW. 179

46 4.2. Skojarzony układ energetyczny w KWK Pniówek Klimatyzacja centralna kopalni SEJ S.A. w roku 2010 zabudował dodatkowy układ kogeneracyjny w KWK Pniówek o mocy elektrycznej 4MW 180

47 4.3. Skojarzony układ energetyczny w KWK Budryk Instalacja składa się z 3 tłokowych silników gazowych firmy Deutz TBG 620V 20K wraz z generatorami prądu AVK DIG 130 o mocy kw zostały zabudowane w KWK Budryk przez firmę ZPC Żory. Dane techniczne zespołu są następujące: paliwo gaz o wydatku 21 m3/min z odmetanowania kopalni Budryk o stężeniu metanu %, moc elektryczna 4,998 MW, moc cieplna 5,271 MW. 181

48 4.3. Skojarzony układ energetyczny w KWK Budryk Energia elektryczna i cieplna wytworzona w trakcie pracy silników gazowych wykorzystana jest przede wszystkim w: układzie elektro-energetycznym kopalni, sieci ciepłowniczej kopalni. zewnętrznej sieci ciepłowniczej. 182

49 4.4. Skojarzony układ energetyczny w KWK Borynia Spółka Energetyczna Jastrzębie w KWK Borynia" eksploatuje jeden silnik spalinowy firmy GE Jenbacher o mocy elektrycznej 1,819 MW i cieplnej 1,860 MW. 183

50 4.5. Skojarzony układ energetyczny w KWK Halemba-Wirek i KWK Bielszowice KWK Halemba" i KWK Bielszowice" wykorzystują gaz ujmowany odmetanowaniem częściowo w silniku spalinowym firmy GE Jenbacher typu JMS 312GS-B.LC o mocy na wyjściu 543kW i odzyskiwanego ciepła 703kW, oraz częściowo w kotłowniach na potrzeby własne. 184

51 4.6. Wykorzystanie metanu z KWK Brzeszcze Silesia W KWK Brzeszcze ujmowany odmetanowaniem gaz sprzedaje prawie w całości do Zakładów Chemicznych Synthos S.A. Pozostałą niewielką część wykorzystuje do produkcji ciepła za pomocą kotłów wodnych WR-10 i WR-25 z palnikami gazowymi. KWK Silesia sprzedaje część ujmowanego gazu za pośrednictwem spółki Metanel S.A. do Rafinerii Czechowice-Dziedzice, a pozostałą cześć wypuszcza do atmosfery. 185

52 4.7. Wykorzystanie metanu z KWK Sośnica Makoszowy Kompania Węglowa S.A. uruchomiła w 2009r. w KWK Sośnica Makoszowy instalację energetyczną kogeneracyjną Tedom Quanto D 2000 SP (o sprawności całkowitej 84,5 proc.) o mocy elektrycznej 1,95 MW i mocy cieplnej 1,94 MW wykorzystującą gaz z odmetanowania kopalni. 186

53 4.8. Wykorzystanie metanu z KWK Szczygłowice Kompania Węglowa S.A. uruchomiła w 2009r. w KWK Szczyglowice instalację energetyczną kogeneracyjną Tedom Quanto D 2000 SP (o sprawności całkowitej 84,5 proc.) o mocy elektrycznej 1,95 MW i mocy cieplnej 1,94 MW wykorzystującą gaz z odmetanowania kopalni. 187

54 UTYLIZACJA METANU ZE ZLIKWIDOWANYCH KOPALŃ WĘGLA 188

55 5.1. Wykorzystanie metanu z zlikwidowanej kopalni węgla kamiennego Morcinek Przykładem wykorzystania zasobów metanu ze zlikwidowanej kopalniach węgla kamiennego jest rozpoczęte w 2004 roku wydobycie metanu ze zrobów zlikwidowanej kopalni węgla kamiennego Morcinek w Kaczycach przez firmę Karbonia Pl Sp. z o.o. Z otworu wiertniczego Kaczyce 1/01 metan jest transportowany do Republiki Czeskiej gazociągiem o średnicy 225mm bezpośrednio do sieci odbiorcy czeskiego OKD, DPB, a.s. 189

56 5.2 Wykorzystanie metanu z zlikwidowanej kopalni węgla kamiennego Żory Firma Cetus sp. z o.o realizuje projekt pozyskania metanu ze zlikwidowanej kopalni Żory i utylizacji metanu w silniku gazowym dla produkcji energii elektrycznej. 190

57 5.3. Wykorzystanie metanu z zlikwidowanej kopalni węgla kamiennego Anna - Południe Firma POLTEXMETAN sp. z o.o. odwierciła otwory dla eksploatacji metanu z zlikwidowane kopalni węgla kamiennego Anna Południe następnie przewiduje sprzedaż metanu do Ciepłowni w Wodzisławiu Śląskim. 191

58 6. Oczyszczanie i wzbogacanie mieszaniny metanowo powietrznej (VPSA) W celu stworzenia dalszych możliwości wykorzystania gospodarczego metanu z pokładów węgla została opracowana przez Akademię Górniczo - Hutniczą w Krakowie i Instytut Ciężkiej Syntezy Organicznej w Kędzierzynie instalacja i technologia wydzielania metanu z mieszaniny metanowo-powietrznej uzyskiwanej w procesie odmetanowania pokładów węgla kamiennego. 192

59 6.Oczyszczanie i wzbogacanie mieszaniny metanowo powietrznej (PSA) Schemat instalacji wydzielania metanu z mieszaniny metanowo powietrznej 193

60 6.1. Oczyszczanie i wzbogacanie mieszaniny metanowo powietrznej w kopalni Pniówek 100% 99,26% 80% Zawartość metanu, % 60% 40% 53,20% 20% 0% gaz wlotowy produkt Wybrane rezultaty końcowe 194

61 6.1. Oczyszczanie i wzbogacanie mieszaniny metanowo powietrznej w kopalni Pniówek 195

62 6.1. Oczyszczanie i wzbogacanie mieszaniny metanowo powietrznej w kopalni Pniówek 196

63 6.1. Oczyszczanie i wzbogacanie mieszaniny metanowo powietrznej w kopalni Pniówek 197

64 7. Projekt - skraplanie gazu z odmetanowania w kopalni Krupiński W KWK Krupiński podejmowane są działania w zakresie budowy instalacji do skraplania metanu z odmetanowania przez firmę LNG Silesia Sp. z o.o. (ok Nm3 CH4/dobę). 198

65 8. Projekt - sprężanie gazu z odmetanowania pola Moszczenica w kopalni Jas - Mos Pole Moszczenica powstało w wyniku likwidacji kopalni węgla kamiennego Moszczenica w 2000r. i obecnie w zrobach poeksploatacyjnych i w węglu zgromadzony jest metan. W rejonie pola Moszczenica prowadzona jest eksploatacja górnicza w partii ZM przez KWK Jas-Mos, która prowadzi także odmetanowanie Pola Moszczenica. 199

66 8.1. Charakterystyka Pola Moszczenica W latach prowadzono eksploatację w 19 pokładach warstw rudzkich, siodłowych i porębskich a sumaryczna wielkość wydobycia wyniosła 31,18mln ton węgla. W związku z decyzją o likwidacji części kopalni JAS- MOS tj. Ruchu Górniczego Moszczenica złoże Moszczenica o powierzchni 13,1 km 2 zostało wyodrębnione ze złoża JAS-MOS i nazwane Pole Moszczenica. Zasoby bilansowe metanu w Polu Moszczenica wynosiły ok. 270 mln m 3 wg dokumentacji geologicznej, stan na r. 200

67 8.1. Charakterystyka Pola Moszczenica 201

68 8.2. Koncepcje wykorzystania metanu z pola Moszczenica KWK Jas-Mos Urząd Miasta Jastrzębie Zdrój wyznaczył trzy obiekty komunalne, dla których opracowano koncepcje wykorzystania metanu, jako paliwa dla urządzeń energetycznych: cieplnych i elektrycznych: 1. Szkoła Podstawowa nr 17 w Jastrzębiu Zdroju, Dzielnicy Ruptawa, 2. Obiekt Miejski Ośrodek Sportu i Rekreacji w Jastrzębiu Zdroju przy ul. Kościelnej 1a, 3. Kompleks Hala Widowiskowo-Sportowa w Jastrzębiu Zdroju Uwzględniając możliwości terenowe wybrano lokalizacje 3 otworów wiertniczych z powierzchni do 202 zrobów pola Moszczenica

69 8.2. Koncepcje wykorzystania metanu z pola Moszczenica KWK Jas-Mos 203

70 8.2. Koncepcje wykorzystania metanu z pola Moszczenica KWK Jas-Mos Sposób pozyskania metanu ze zrobów Pola Moszczenica Parametr Mos 1/G Mos 2/G Mos -3/G Głębokość, m Wydajność gazu m 3 /min do 10 do 10 do 5 Koncentracja % do 90 do 90 do 90 Szacunkowy koszt otworu 1 mln zł 0.8 mln zł Wykorzystanie otworów podsadzkowych P-1, P-2, P-3 204

71 8.3. Analiza modelowa i symulacyjna efektywności eksploatacji otworowej metanu z Pola Moszczenica KWK Jas-Mos 205

72 8.3. Analiza modelowa i symulacyjna efektywności eksploatacji otworowej metanu z Pola Moszczenica KWK Jas-Mos 206

73 8.4. Możliwości wykorzystania metanu z odmetanowania pola Moszczenica KWK Jas Mos w postaci sprężonej Pobrane próby gazów Pola Moszczenica za pomocą otworu podsadzkowego P-3 wykazały, że skład chemiczny gazów jest następujący: O 2 =0.69%, CO 2 =1.7%, CO=0.0000%, CH 4 =65.42%, N 2 =32.19%. Gaz z pola Moszczenica jest paliwem o wartości opałowej wynoszącej około 33 MJ/m 3 i może być używany w odpowiednich urządzeń energetycznych. 207

74 8.4. Możliwości wykorzystania metanu z odmetanowania pola Moszczenica KWK Jas Mos w postaci sprężonej Jednym ze sposobów wykorzystania gazu z odmetanowania Pola Moszczenica może być zastosowanie technologii jego sprężania i transportowania w zbiornikach do użytkownika (przystosowanie technologii CNG). Dostępne są urządzenia, które mogą być wykorzystane do: 1. sprężania gazu pozyskanego z otworów odmetanowania, 2. budowy indywidualnych baterii pojemników umożliwiających transportowanie gazu, 3. Budowy instalacji do napełniania zbiorników gazu w pojazdach samochodowych w tym w autobusach. 208

75 8.4. Możliwości wykorzystania metanu z odmetanowania pola Moszczenica KWK Jas Mos w postaci sprężonej 209

76 8.5 Projekt wykorzystania metanu z odmetanowania z pola Moszczenica KWK Jas Mos Szkoły Podstawowej nr 5 Gaz z Pola Moszczenica otwór MOS-3G będzie dowożony do Szkoły jako sprężony gaz z odmetanowania w butlach 210

77 8.8. Projekt - sprężanie gazu z odmetanowania pola Moszczenica w kopalni Jas - Mos 211

78 9. Projekt sprężanie gazu z odmetanowania w kopalni Pniówek W kopalni Pniówek jest realizowany projekt sprężania gazu z odmetanowania. Firma CNG Jastrzębie Sp z o.o. zakupiła 8 mln m3 gazu z odmetanowania który zamierza sprężać i dowozić w zbiornikach do odbiorców. 212

79 UTYLIZACJA METANU Z POWIETRZA WENTYLACYJNEGO VAM 213

80 10. Utylizacja metanu z powietrza wentylacyjnego 214

81 10. Utylizacja metanu z powietrza wentylacyjnego Zawartości metanu w szybach wentylacyjnych wahają się od 0,0% do 0,5% i mieszaniny takie o bardzo niskiej zawartości metanu są mało przydatne do energetycznego wykorzystania. W Jastrzębskiej Spółce Węglowej S.A., która prowadzi eksploatację węgla w pokładach o wysokiej metanonośności dochodzącej do 20 m 3 /Mg c.s.w. w wyniku stosowania intensywnej wentylacji w szybach wydechowych zawartości metanu w powietrzu wahają się od 0,1 0,6%. 215

82 10. Utylizacja metanu z powietrza wentylacyjnego 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Szyb III Szyb IV Szyb V Zawartości metanu w szybie III, IV i V KWK Pniówek 216

83 10. Utylizacja metanu z powietrza wentylacyjnego 217

84 10. Utylizacja metanu z powietrza wentylacyjnego 218

85 10.1 Reaktory cieplno przepływowo rewersyjne TFRR (eng Thermal Flow Reversal Reactor) 219

86 10.2. Reaktory katalityczne rewersyjne CFRR 220

87 10.4. Turbiny gazowe CGT Projektanci opracowują nowe rodzaje turbin, które mogłyby pracować na paliwo MWENT lub na paliwo pochodzące z koncentratorów lub gazu z odmetanowania. Do urządzeń tych można zaliczyć turbiny gazowe CGT. Jest to gaźnikowa turbina gazowa (Carbureted Gas Turbine) opracowana przez australijską firmę Energy Developments Linited. Urządzenie takie wymaga koncentracji metanu w paliwie minimum 1,6% i w związku z tym w większości przypadków MWENT wymagałoby wzbogacenia. Spalanie odbywa się w zewnętrznej części komory spalania w temperaturze około 1200 C. 221

88 10.5. Mikroturbiny gazowe na paliwo o niskiej koncentracji metanu Ingersoll-Rand Energy Systems, przedsiębiorstwo z USA, rozwija technologię mikroturbin pracujących na mieszance metan-powietrze o koncentracji metanu poniżej 1%. Mikroturbina (PowerWorks Microturbine) ma moc elektryczną 70 kw i składa się z prądnicy, turbiny gazowej, komory spalania, rekuperatora, turbiny energetycznej i generatora. Ingersoll-Rand zaprezentował w ostatnim czasie mikroturbinę o mocy 250 kw Powietrze MWENT sprężone w kompresorze jest następnie ogrzewane w rekuperatorze, po czym przechodzi do komory spalania, gdzie w wyniku spalania powstają gazy i ciepło. Strumień powstałych gazów płynie przez łopatki pierwszej turbiny, która napędza sprężarkę, a potem przez drugą turbinę, która napędza generator prądotwórczy. Gazy wydechowe przechodzą przez rekuperator, a następnie przez wymiennik ciepła. 222

89 10.6. Mikroturbiny ze spalaniem katalitycznym Dwa przedsiębiorstwa - FlexEnergy i Capstone Turbine Corporation, rozwijają wspólnie projekty mikroturbin o mocy od 30 kw, pracujące na mieszance o koncentracji metanu 1,3%. Takie urządzenie montowane jest na szybie wydechowym wraz ze sprężarką i turbiną. FlexEnergy projektuje obecnie mikroturbiny mogące pracować na paliwo o niskiej koncentracji poniżej 1%, aby dostosować się do rynku MWENT, oraz zwiększa moc urządzeń do 100 kw. 223

90 10.6. Mikroturbiny ze spalaniem katalitycznym 224

91 10.7. Turbiny hybrydowe (węgiel + metan) Firma CSIRO rozwija nowatorski system, polegający na utlenianiu i produkcji energii elektrycznej z MWENT w połączeniu z odpadowym niskokalorycznym węglem. CSIRO buduje turbinę o mocy 1,2 MW pracującą w oparciu o mieszaninę MWENT i odpadów węglowych. Hybrydowa mieszanina jest spalana w piecu rotacyjnym, gdzie nagrzewa powietrze, które kierowane jest do wymiennika ciepła, a następnie na łopatki turbiny. 225

92 10.7. Turbiny hybrydowe (węgiel + metan) EESTech Hybrid Waste Coal and VAM Rotary Kiln 226

93 11. Perspektywy gospodarczego wykorzystania i ograniczenia emisji metanu pokładów węgla do atmosfery Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie w konsorcjum z Politechniką Wrocławską w Wrocławiu i Uniwersytetem Marii-Curie Skłodowskiej w Lublinie prowadzą prace badawcze w dotyczące opracowania urządzenia wykorzystującego katalityczne spalanie metanu z powietrza wentylacyjnego z kopalń węgla kamiennego. 227

94 11.1. Projekt Proekologiczna technologia utylizacji metanu z kopalń Dla warunków występujących w polskich kopalniach wykorzystanie metanu z powietrza wentylacyjnego jest możliwe jedynie poprzez dodawanie metanu pozyskanego w kopalni w procesie odmetanowania do powietrza wentylacyjnego kierowanego do instalacji spalają metan w reaktorach. 228

95 11.2. Badania laboratoryjne wykonywane w Politechnice Wrocławskiej we Wrocławiu Aparatura wielkolaboratoryjna do utleniania metanu w powietrzu 229

96 11.2. Badania laboratoryjne wykonywane w Politechnice Wrocławskiej we Wrocławiu Parametry procesu utleniania metanu pokazywane na komputerze 230

97 11.4. Instalacja Utylizacji Metanu IUMK 2/100

98 11.4. Instalacja Utylizacji Metanu IUMK 2/100

99 11.4. Instalacja Utylizacji Metanu IUMK 2/100

100 11.4. Instalacja Utylizacji Metanu IUMK 2/100

101 11.5. Projekt Proekologiczna technologia utylizacji metanu z kopalń Podstawowymi urządzeniami instalacji umożliwiającej utylizację metanu z powietrza wentylacyjnego podziemnych kopalń węgla kamiennego są: urządzenia do pobierania gazów VAM (powietrze i metan) z szybu wentylacyjnego kopalni, urządzenia do transportu VAM do reaktorów spalających metan, 235

102 11.5. Projekt Proekologiczna technologia utylizacji metanu z kopalń reaktorów spalających metan z VAM i wytwarzających spaliny zawierające głównie dwutlenek węgla oraz energię cieplną, wymienników ciepła gaz woda, umożliwiających wykorzystanie energii cieplnej dla celów energetycznych np. ogrzewanie lub produkcja energii elektrycznej, kominów odprowadzających spaliny do atmosfery. 236

103 12. Perspektywy gospodarczego wykorzystania i ograniczenia emisji metanu pokładów węgla do atmosfery Problem utylizacji metanu z pokładów węgla kopalń podziemnych, jako paliwa gazowego niskometanowego powinien być pilnie rozwiązany nie tylko z przyczyn negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne człowieka, ale także ze względów na dużą efektywność ekonomiczną. W Polsce dalszy postęp w zakresie utylizacji metanu z pokładów węgla kopalń i ograniczenia emisji metanu do atmosfery jest możliwy do osiągnięcia pod warunkiem rozwiązania następujących problemów: 237

104 12. Perspektywy gospodarczego wykorzystania i ograniczenia emisji metanu pokładów węgla do atmosfery intensyfikacji stosowania odmetanowania pokładów węgla w podziemnych kopalniach węgla kamiennego, zwiększenia inwestycji w zakresie pełnego gospodarczego wykorzystania metanu, jako paliwa niskometanowego w instalacjach ciepłowniczo energetycznych, 238

105 12. Perspektywy gospodarczego wykorzystania i ograniczenia emisji metanu pokładów węgla do atmosfery retencyjnego magazynowania metanu z odmetanowania w podziemnych i powierzchniowych zbiornikach gazu w celu zapewnienia stabilnego ilościowo jakościowo paliwa niskometanowego dla instalacji ciepłowniczo energetycznych, utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń, stosowania technologii oczyszczania z powietrza gazów ujmowanych przez odmetanowanie w celu zwiększenia zawartości metanu w paliwie, 239

106 12. Perspektywy gospodarczego wykorzystania i ograniczenia emisji metanu pokładów węgla do atmosfery handlu emisjami gazu niskometanowego ujmowanego w procesie odmetanowania i odprowadzanego z powietrzem w procesach przewietrzania kopalń węgla kamiennego, 240