Zasady rozliczeń udziału energii odnawialnej, wytwarzanej w procesach współspalania biomasy i paliw konwencjonalnych.

Transkrypt

1 Zielona energia Zasady rozliczeń udziału energii odnawialnej, wytwarzanej w procesach współspalania biomasy i paliw konwencjonalnych. Obowiązujące od 1 stycznia 2005 r. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 9 grudnia 2004 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii (Dz. U 267/2656/2004) wprowadza minimalny obowiązkowy udział ilościowy odnawialnej energii elektrycznej zakupionej lub wytworzonej we własnych odnawialnych źródłach energii i sprzedawanej odbiorcom dokonującym jej zakupu na własne potrzeby. Dla roku 2010 udział ten w wykonanej całkowitej rocznej sprzedaży energii elektrycznej przez dane przedsiębiorstwo energetyczne wynosi nie mniej niż 9,0%. Można stwierdzić, że założony na tym poziomie udział procentowy odnawialnej energii elektrycznej jest możliwy do osiągnięcia głównie przy założeniu, że energia elektryczna powstająca w procesie współspalania biomasy i paliw konwencjonalnych zaliczana jest i będzie do energii odnawialnej. W artykule omówiono podstawowe rozwiązania technologiczne procesu współspalania biomasy w energetyce oraz przedstawiono zasady rozliczeń udziału wytworzonej energii odnawialnej na przykładzie blokowej elektrowni systemowej, elektrociepłowni przemysłowej pracującej w układzie hybrydowym oraz komunalnej elektrociepłowni wielopaliwowej. Współspalanie biomasy w energetyce przykłady rozwiązań technologicznych Produkcja energii odnawialnej w procesie współspalania biopaliw (biomasy i biogazu) w obiektach energetycznych może być realizowana m.in. w następujących konfiguracjach technologicznych (rys. 1 i 2): współspalanie bezpośrednie w przypadku, kiedy do procesu spalania doprowadzany jest osobno strumień węgla i biomasy (bądź biogazu) lub gotowa mieszanka węgla i biomasy (tzw. mieszane paliwo wtórne); współspalanie pośrednie w przypadkach, gdy: spalanie biomasy bądź biogazu zachodzi w tzw. przedpalenisku zaś entalpia powstających spalin wykorzystywana jest w komorze spalania, w której zabudowane są powierzchnie ogrzewalne, bądź bezpośrednio jako czynnik grzejny w wymiennikach ciepłowniczych lub, zgazowanie biomasy zachodzi w gazogeneratorze, a powstający gaz jest doprowadzany do komory spalania, gdzie jest spalany w palnikach gazowych; współspalanie w układzie równoległym (tzw. układ hybrydowy). Pod pojęciem układu hybrydowego należy rozumieć układ jednostek wytwórczych pracujących na wspólny kolektor parowy oraz zużywających w procesie spalania odpowiednio biomasę/biogaz i paliwa konwencjonalne. Dla takiego układu współpracy jednostek kotłowych wyklucza się techniczną możliwość zasilania kotłów spalających biomasę paliwami konwencjonalnymi.

2 Podstawy metodyczne bilansowania ilości odnawialnego ciepła i odnawialnej energii elektrycznej w wybranych układach energetycznych Z uwagi na znaczną różnicę pomiędzy ceną odnawialnej i konwencjonalnej energii elektrycznej, sposób kwalifikowania wymienionych obu rodzajów energii wytwarzanej w procesie współspalania wymaga jednoznacznych i przejrzystych procedur rozliczeniowych. Procedury takie eliminować będą nieuzasadnioną kwalifikację energii pochodzącej ze spalania paliw konwencjonalnych do energii pochodzącej z paliw odnawialnych. Oprócz nieuzasadnionego uzyskiwania zwiększonych przychodów, działanie takie utrudniłoby sprzedaż prawdziwej energii odnawialnej. Następstwem opisanej sytuacji mógłby być statystyczny wzrost produkcji energii elektrycznej z paliw odnawialnych, podczas gdy w rzeczywistości byłaby to energia z paliw konwencjonalnych. Uwzględniając wyżej wymienione uwarunkowania, bardzo ważnym stało się opracowanie algorytmów bilansowania energii odnawialnej dla zróżnicowanych konfiguracji technologicznych i organizacyjnych procesów współspalania biomasy. W Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla przeprowadzono badania prowadzące do oceny addytywności wybranych parametrów jakościowych mieszanek paliwowych węgla i biomasy. Wykazano, że parametry jakościowe mieszanek, takie jak: zawartość wilgoci całkowitej, zawartość popiołu, zawartość części lotnych, ciepło spalania, zawartość siarki całkowitej, zawartość węgla, wodoru i azotu podlegają prawu addytywności. W oparciu o uzyskane wyniki badań postawiono tezę, że dla celów bilansowania energii odnawialnej pochodzącej z procesów współspalania węgla i biomasy należy stosować metody obliczeniowe wykorzystujące zasadę addytywności. Zasada ta jest podstawą algorytmów bilansowania energii odnawialnej i konwencjonalnej dla wybranych układów wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, które opisano poniżej. Elektrownia blokowa Produkcja energii odnawialnej w elektrowni jest realizowana w procesie współspalania węgla kamiennego i biomasy drzewnej. Współspalanie jest realizowane poprzez podawanie mieszanki węgiel-biomasa do kotłów wszystkich pracujących w elektrowni bloków energetycznych. Z każdego ciągu nawęglania istnieje możliwość podania mieszanki węgiel-biomasa do zasobnika dowolnego kotła. Do obiegu cieplnego elektrowni wprowadzane są strumienie energii chemicznej węgla, biomasy oraz mazutu (w okresach rozpału kotła) natomiast wyprowadzana jest energia elektryczna i ciepło grzejne (turbozespół elektrowni jest przystosowany do poboru pary do wymienników ciepła grzejnego dla celów ciepłowniczych). Wielkości i właściwości poszczególnych strumieni bilansowych określane są w oparciu o pomiary (masa paliw doprowadzanych do procesu spalania), odczyty odpowiednich mierników (produkcja energii elektrycznej i ciepła, wielkość produkcji na potrzeby własne) oraz na podstawie analiz laboratoryjnych (wartość opałowa spalanych paliw). W celu dokonania podziału całej wielkości produkcji energii wytwarzanej w elektrowni (energia elektryczna i ciepło grzejne) wytworzonej w procesie współspalania biomasy i węgla kamiennego na część odnawialną i konwencjonalną należy zastosować wprost zależność zaproponowaną w cytowanym rozporządzeniu ( 8 p. 2). Zgodnie z zapisami rozporządzenia, do obliczenia wielkości energii wytworzonej w odnawialnych źródłach energii należy wykorzystać ilość energii elektrycznej lub ciepła wytworzonych w jednostce wytwórczej, w której jest spalana biomasa lub biogaz wspólnie z innymi paliwami. Również zapisy

3 Dyrektywy 2001/77WE z dnia 27 września 2001 r. w sprawie wspierania produkcji na rynku wewnętrznym energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych ujmują wskaźnikowy udział energii elektrycznej wytwarzanej w źródłach odnawialnych w relacji do krajowego zużycia energii elektrycznej brutto (krajowego zużycie energii elektrycznej brutto = produkcja brutto + import eksport). Zdaniem autorów, do wyznaczenia wielkości energii wytworzonej w odnawialnych źródłach energii należy wykorzystać wielkość produkcji energii (energii elektrycznej lub ciepła) brutto (tzn. bez uwzględnienia potrzeb własnych cieplnych bądź elektrycznych). Jednocześnie należy zwrócić uwagę, że producent energii występując o wydanie świadectw pochodzenia zielonej energii zobowiązany jest do potwierdzenia wielkości energii, dla jakiej występuje o świadectwo pochodzenia, u operatora systemu elektroenergetycznego. Taka procedura powoduje, że status energii zielonej uzyskuje de facto wielkość energii netto. Elektrociepłownia przemysłowa pracująca w układzie hybrydowym Elektrociepłownia zaopatruje w ciepło grzejne odbiorców komunalnych oraz pracuje na potrzeby pobliskiego zakładu celulozowo-papierniczego. Spalanie biomasy drzewnej (kory i zrębków drzewnych) zachodzi w kotle fluidalnym. W elektrociepłowni pracuje regeneracyjny kocioł sodowy spalający powstały w wyniku procesu produkcyjnego celulozy tzw. czarny ług (biomasę w rozumieniu w/w rozporządzenia). Oba kotły spalające biomasę tworzą wraz z kotłami spalającymi węgiel kamienny tzw. układ hybrydowy. Para wytwarzana we wszystkich jednostkach (kotłach) jest podawana na wspólny odbiór (kolektor parowy). Dla takiego układu, ustawodawca wprowadził algorytm obliczeniowy pozwalający na wykorzystanie informacji o wielkości ciepła wytwarzanego w odnawialnym źródle energii i jednostce spalającej paliwa konwencjonalne, stanowiący metodyczne rozszerzenie zależności 5 p. 1 cytowanego rozporządzenia. Przyjmując jednakowe parametry termiczne wytwarzanej pary świeżej i wody zasilającej kotły energetyczne (kolektorowy układ połączeń), a także jednakowe parametry charakterystyczne związane z pracą układu odmulania i odsalania można zależność zaproponowaną w 8 p. 2 rozporządzenia zapisać za pomocą ilości pary, wyrażonej przykładowo w kg/s bądź tonach. Zaletą proponowanego algorytmu jest możliwość jego prostej aplikacji (wykorzystanie bezpośrednio mierzalnych parametrach termicznych i kalorycznych nośnika) oraz brak konieczności poboru próbek i badań biomasy o zmiennej w szerokim zakresie wartości opałowej, co ma miejsce w przypadku omawianego procesu produkcyjnego. Elektrociepłownia wielopaliwowa Przyjęto, że w elektrociepłowni pracują trzy jednostki spalające (kotły energetyczne) oraz dwa turbozespoły: przeciwprężny i upustowo-kondensacyjny. Paliwo stanowi węgiel kamienny, pył drzewny, biogaz (gaz wysypiskowy) oraz olej opałowy (dla celów rozpałowych). Dwa kotły mogą spalać wszystkie wymienione paliwa łącznie w dowolnych proporcjach (mieszankę węgla, biomasy oraz biogaz). Trzeci z kotłów spala wyłącznie węgiel kamienny i biogaz. Produkcja energii odnawialnej w elektrociepłowni obejmuje część produkcji energii elektrycznej wytwarzanej w turbozespołach oraz część ciepła grzejnego produkowanego w wymiennikach ciepłowniczych zasilanych parą upustową pobieraną z upustów ciepłowniczych obu turbozespołów bądź parą po zdławieniu i schłodzeniu w istniejącej stacji redukcyjno schładzającej. Przywołując ponownie zależność zawartą w 5 p. 1 rozporządzenia można określić udział energii

4 chemicznej paliwa pochodzącej ze spalania biomasy i biogazu w łącznej ilości energii chemicznej paliw spalanych w jednostkach spalających, a w konsekwencji wielkość produkcji energii odnawialnej. Cytowane rozporządzenie narzuca producentowi energii chcącemu wykazywać produkcję energii odnawialnej, konieczność pobierania próbek biomasy lub biogazu w celu określenia jego wartości opałowej. Dla uniknięcia częstego pobierania próbek biogazu zaproponowano uproszczoną metodykę określania jego wartości opałowej. Zgodnie z informacjami uzyskanymi od operatora składowiska, z którego pozyskiwany jest biogaz, przyjęto 1-roczny okres zmienności jego wartości opałowej jako okres reprezentatywny. Następnie na podstawie uzyskanych danych dyskretnych o wartości opałowej uśrednionej w okresach 10 dniowych określono zakres zmienności wartości opałowej biogazu i na tej podstawie przyjęto do celów rozliczeniowych jego minimalną wartość opałową. Należy podkreślić, że taki sposób postępowania wydaje się niekorzystny dla elektrociepłowni, ponieważ zaniża rzeczywistą wielkość produkcji energii odnawialnej. Opisana procedura eliminuje jednakże konieczność wykonywania częstych i kosztownych analiz fizykochemicznych właściwości biogazu w celu wyznaczenia jego wartości opałowej. Potrzeby własne ciepła grzejnego można rozdzielić na potrzeby związane z paliwem odnawialnym (np. suszenie biomasy) i konwencjonalnym (np. rozmrażanie wagonów z węglem) natomiast potrzeby własne wspólne (np. ogrzewanie kotłowni, budynków administracyjnych, itd.) proponuje się podzielić kluczem na potrzeby własne odnawialne i konwencjonalne. Również potrzeby własne elektryczne można podzielić na potrzeby własne związane z energią odnawialną (np. rozdrabnianie biomasy), energią konwencjonalną (np. napęd młynów węglowych) oraz potrzeby własne wspólne (np. napęd pomp wody zasilającej itd.), dzielone w proporcji wynikającej z udziału energii chemicznych poszczególnych paliw w całości energii chemicznej spalanego w elektrociepłowni paliwa. Całkowitą wielkość produkcji ciepła grzejnego można rozdzielić na ciepło grzejne wytwarzane w skojarzeniu oraz ciepło grzejne wytwarzane w gospodarce rozdzielonej. W każdej z tych wielkości można z kolei wydzielić część energii konwencjonalnej oraz część energii odnawialnej. Analogicznie, całkowitą wielkość produkcji energii elektrycznej można podzielić na odnawialną energię elektryczną wytworzoną w kondensacji, odnawialną energię elektryczną wytworzoną w skojarzeniu a także odnawialne i konwencjonalne ciepło grzejne wytworzone w skojarzeniu i w gospodarce rozdzielonej. Podsumowanie Omówione w artykule procedury bilansowe energii odnawialnej wytwarzanej w procesach współspalania dotyczą popularnych konfiguracji technologicznych, typowych dla większości pracujących obiektów energetycznych. Autorzy artykułu zaproponowali procedury bilansowania dla rozliczeń energii wytwarzanej z odnawialnych zasobów w procesach współspalania różnych rodzajów biopaliw oraz węgla kamiennego w elektrowni blokowej, wielopaliwowej elektrociepłowni komunalnej oraz elektrociepłowni przemysłowej. Szersze rozwinięcie opisanych procedur i algorytmów bilansowych dla energii odnawialnej wytwarzanej w procesach współspalania oraz metodologię rozliczeń dla producentów energii o innych konfiguracjach technologicznych można znaleźć m.in. w pozycjach [1], [2] i [3]. [1] Zuwała J.: System bilansowania i certyfikacji dla producentów wytwarzających energię odnawialną w procesie współspalania biomasy. INSTAL 01/2005.

5 [2] Zuwała J.: Współspalanie biomasy w ciepłowniach i elektrociepłowniach propozycje rozwiązań technologicznych i organizacyjno-prawnych. XVIII Spotkanie Producentów, Dystrybutorów i Odbiorców Ciepła, Izba Gospodarcza Ciepłownictwo Polskie, Lublin styczeń (str ). [3] Zuwała J., Ściążko M.: Współspalanie biomasy w energetyce zasady rozliczeń udziału wytworzonej energii odnawialnej. Karbo 2/2005 (przyjęto do druku).