Pozyskiwanie energii elektrycznej z biomasy (wybrane problemy)

Transkrypt

1 Pozyskiwanie energii elektrycznej z biomasy (wybrane problemy) Autorzy: Adam Guła 1, Adam Hmpel 2 ) 1. Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie ) 2. KISE - The Krakow Institute for Sustainable Energy wykład na Studiach podyplomowych w ramach modułu: Rozproszone źródła energii/efektywność konwencjonalnych źródeł energii Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie 5 Marca 2010

2 WBREW TEMU, CO NIEKTÓRZY ZDAJĄ SIĘ ZAKŁADAĆ BIOMASA jest ZASOBEM OGRANICZONYM dostępność terenów uprawnych, jakość gleby, klimat lecz równieŝ środki finansowe na inwestycje

3 biomasę moŝna wykorzystywać do celów energetycznych na róŝne sposoby: jako paliwa silnikowe (biopaliwa) do produkcji energii elektrycznej do celów grzewczych

4 jednakŝe, potrzebujemy jej równieŝ jako Ŝywności!! jako paszy do rekreacji do ochrony róŝnorodności biologicznej

5 dostępne zasoby biomasy nie mogą zaspokoić tych wszystkich potrzeb jednocześnie musimy wybierać!!

6 Zatem mamy tu do czynienia z typowym zagadnieniem optymalizacyjnym potrzebne jest odpowiednie narzędzie (model matematyczny) do wsparcia procesu decyzyjnego (powinie być on dostatecznie uniwersalny i przyjazne dla uŝytkownika) taki model nadal pozostaje do opracowania!!

7 w przeciwnym razie będziemy podejmować decyzje NIEOPTYMALNE lub wręcz BŁĘDNE (włączając w to te na szczeblu UE)

8 DWA POZIOMY OPTYMALIZACJI BADANIA I ROZWÓJ POZIOM 2 KOGENERACJA CIEPŁO STAŁA ELEKTRYCZNOŚĆ SPALANIE BEZPOŚREDNIE KONWERSJA GAZOWA ELEKTRYCZNOŚĆ CIEKŁA KOGENERACJA CIEPŁO POZIOM 1 TECHNOLOGIA AGRALNA BIOTECHNOLOGIA BOTANIKA TRANSPORT SILNIKI ELEKTRYCZNOŚĆ CIEPŁO ŚRODOWISKO GENERACJA ROZPROSZONA

9 Maksimum: redukcji emisji gazów cieplarnianych (problem globalny) substytucji ropy i gazu (problem krajowy) zysku (gotówka, zbywalne certyfikaty) (korzyści indywidualne) lub Minimum: FUNKCJA CELU poszukujemy np: kosztów osiągnięcia zamierzonych celów powierzchni wymaganych do zagospodarowania gruntów

10 Taki model musi zostać opracowany!! w przeciwnym razie nadal będziemy podejmować SUBOPTYMALNE, lub wręcz BŁĘDNE decyzje (włączając w to doraźne cele ustanowione przez UE)

11 INVERT Investing in RES & RUE Technologies Model for Saving Public Money Simulation tool to support the design of efficient promotion schemes Developed under the EU ALTENER Programme by the consortium : TUWIEN (Haas) (AT) FHG (DE) AGH & FEWE (PL) RISOE (DK) CEEETA (PT) ACE (UK) DuTh (GR)

12 Projekt UE 4BIOMASS Promowanie ZrównowaŜonego Wykorzystania Odnawialnych Źródeł Energii w Europie Środkowej WP 3: ZrównowaŜone Wykorzystanie Biomasy 3.1 Transnational Tool Development Joint Management Tool (JMT)

13 Polska stanowi przykład niewłaściwego (lub w znacznym stopniu sub-optymalnego) wykorzystania zasobów biomasowych (oraz środków publicznych wspierających jej wykorzystanie) Przykładem tego jest: wykorzystanie biomasy stałej do produkcji energii elektrycznej (współspalanie z węglem w kotłach pyłowych)

14 PROBLEM Biomasa do produkcji energii elektrycznej, czy ciepła??

15 Wykorzystanie biomasy stałej w Polsce jest (nadal) motywowane głównie Dyrektywą 2001/77/EC w sprawie promocji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych na wewnętrznym rynku energii elektrycznej

16 Polski cel indykatywny w dla zielonej energii elektrycznej 12% 10,4% 10,4% 10,4% 10,4% 10,4% G reen electricity fraction 10% 8% 6% 4% 2% 3,1% 2,2% 3,6% 2,6% 5,1% 4,8% 3,2% 7,0% 6,0% 4,0% 8,7% 7,5% 5,3% 9,0% 9,0% 9,0% 9,0% 9,0% 7,5% 7,5% 7,5% 7,5% 7,5% 0% Ordinance 2001 Ordinance 2005 Ordinance 2006

17 POLSKA: Kraj nizinny niewielki potencjał energii wody Niewielki teŝ potencjał energetyki wiatrowej DuŜe (CHOĆ OGRANICZONE) zasoby biomasy

18 ZATEM: Współspalanie biomasy z węglem PROBLEMY

19 Przykłady problemów techniczych:

20 Dr Eng. Z.Bębenek, AGH Slagging of ash at higher (red) and cooler (blue) temperature pipes from left-to-right hard coal (hc) (hc)+10%wp, brown coal (bc), bc+10%wp WP=wood pellets dramatic increase with addition of WP is observed especially for brown coal zdolność do ŜuŜlowania [mg/gash] t (rura I) = C t (rura II) = C t (rura I) = C t (rura II) = C węgiel kamienny węgiel kamienny -WP 10% wegiel brunatny węgiel brunatny - WP 10% WP -pelety z drewna zdolność do ŜuŜlowania - rura I zdolność do ŜuŜlowania - rura II

21 fractional remainder of the ground material on the seaves of the grinding mill for different pure coals and coal+20% biomass (right-most green column) [%] BOGDANKA WESOŁA MYSŁOWICE WIECZOREK PIAST Biokasa 20%, Węgiel 80%

22 remainder of pure coal (left) and coal +biomass (right) on the seaves of the grinding mill after grinding of100 t of the input mass

23 Producenci energii elektrycznej NIGDY BY SIĘ NA TO NIE DECYDOWALI, GDYBY DZIAŁANIA TE NIE BYŁY (SUTO?) KOMPENSOWANE JAK?

24 ZA KAśDĄ MWh ZIELONEJ ENERGII PRODUCENCI OTRZYMUJĄ ok. 3 RAZY WIĘCEJ NIś za MWh wyprodukowaną z węgla (około EUR / MWh więcej) ten dodatkowy koszt jest ponoszony przez KAśDEGO konsumenta energii elektrycznej ukryte subsydiowanie (hidden subsidy)

25 szereg ekspertów jest zdania, Ŝe współspalanie biomasy z węglem do produkcji energii elektrycznej jest MARNOWANIEM pieniędzy i dostępnych zasobów biomasy

26 PobieŜne szacunki wykazują, Ŝe duŝo lepszym rozwiązaniem dla Polski byłoby wykorzystanie biomasy przede wszystkim do produkcji ciepła na terenach wiejskich

27 Zajmijmy się tylko rzędem wielkości,

28 Electricity production [TWh] Goal RES without biomass According to the aforementioned targets, The annual green electricity production should be roughly: Of this amount wind and hydro can cover only about: TWh 6-7 TWh

29 zatem około 10 TWh energii elektrycznej musi być wyprodukowane z biomasy onacza to, Ŝe ukryte subsydia na zieloną energię elektryczną wynoszą 70 /MWh 10 TWh/rok = 700 mln /rok!!

30 Na przestrzeni około 20 lat t.j. w czasie eksploatacji nowoczesnego kotła biomasowego, te ukryte subsydia wyniosą 700mln /rok x 20 lat = 14 bln!!

31 czy istnieje jakaś lepsza alternatywa dla wykorzystania tych środków, dla osiągnięcia tych samych celów końcowych (redukcji emisji CO2)?

32 Małe kotły grzewcze do wykorzystania na terenach wiejskich

33 10 TWh energii elektrycznej ej stanowi 36PJ energii cieplnej Gospodarstwo rolne w Polsce wymaga przeciętnie na cele grzewcze, co w polskich warunkach oznacza około 30 kw 240 GJ /rok Oznacza to, Ŝe 10 TWh energii cieplnej zaspokaja zapotrzebowanie na ciepło o przez gospodarstw

34 Przy czym OSIĄGAMY TAKI SAM EFEKT REDUKCJI EMISJI CO2 faktycznie ZNACZNIE WIĘKSZY! gdyŝ omijamy STRATY ENERGI ZWIĄZANE Z TRANSPORTEM I PRZYGOTOWANIEM PALIWA W KOŃCOWEJ FORMIE

35 Bariera: rolnicy zazwyczaj nie dysponują dostatecznymi środkamina zakup i instalację nowoczesnego kotła a na biomasę niezbędne jest wsparcie finansowe SKĄD?

36 Jakiej wysokości subsydia dozielonegociepła byłyby potrzebneaby osiągnąćtaki sam efekt ekologiczny redukcji emisji CO2? Rachunki wykonane przy uŝyciu wspomnianego juŝ modelu INVERT pokazały Ŝe subsydia w wysokości 40% do typowej inwestycji biomasowej o mocy kw znaczącopobudziłyby rynek (i obniżyły koszty pojedynczej inwestycji poprzez efekt skali)

37 INVERT Investing in RES & RUE Technologies Model for Saving Public Money Simulation tool to support the design of efficient promotion schemes Developed under the EU ALTENER Programme by the consortium : TUWIEN (Haas) (AT) FHG (DE) AGH & FEWE (PL) RISOE (DK) CEEETA (PT) ACE (UK) DuTh (GR)

38 Coal boilers Straw boilers Coal stoves

39 Takie subsydia w wysokości 40% do typowej inwestycji instalacji kotła o mocy kw wyniosłyby około 2000 EUR/gospodarstwo co daje (gdyby wykorzystać biomasę potrzebną dla tych 10 TWh zielonej energii): 2000 EUR x sztuk = 300 mln EUR TYLKO!! Jest to mniej niŝ 700 mln, które w ramach ukrytych subsydiów poniosą konsumenci energii elektrycznej w jednym zaledwie roku

40 W czasie 20 lat eksploatacji kotła, subsydia te wyniosłyby 20 x 700mln = 14 bln EUR(!) co jest odpowiednią liczbą do porównania tzn. za około 2%!!! sumy tych ukrytych subsydiów odniesiemy taki sam efekt (w rzeczywistości większy) redukcji emisji gazów cieplarnianych dodatkowo działania te spowodują: utworzenie miejsc pracy w regionie pobudzenie lokalnej gospodarki poprawę jakości Ŝycia ludności poprawę jakości lokalnego środowiska naturalnego

41 High investment costs howto remedy: effectof scale + financial support First project in Trzcianne commune in Northeast Poland - 41 small individual boilers (25-50 kw) - 3 larger ones ( kw) In a single project (decreased transaction costs) (could be scaled-up to ca units)

42

43

44

45

46 Location: Chrzelice ( southern Poland ) Boiler Przykłady type: EKOPAL instalacji RM 30 (100 kw) Application: heating of two single-family houses Chrzelice 100 kw

47 AGH, 180 kw

48 prosty i efektywny kocioł grzewczy na biomasę stanowi szansę dla Polski oraz innych krajów w Europie środkowo-wschodniej takich jak np. Słowacja, Ukraina, Litwa,... równieŝ w północnej części Chin

49

50 1 30 0,9 0,8 25 0,7 0,6 20 słoma 0,5 15 0,4 0,3 10 wiatr 0,2 5 0,1 0 dco2 (MtCO2) 0 gradient (kgco2/ )

51 Dziękujemy za uwagę