Aspekty eksploatacyjne produkcji energii odnawialnej z biomasy

Transkrypt

1 Aspekty eksploatacyjne produkcji energii odnawialnej z biomasy Rafał Szymanowicz XI Konferencja "Odnawialne źródła energii Enex 2011 Kielce, marca 2011 r.

2 Rola ENERGOPOMIARU w przygotowaniach do produkcji energii odnawialnej Współpraca przy ubieganiu się o koncesję na wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych Opracowywanie Dokumentacji Uwierzytelniającej Opinie dla Urzędu Regulacji Energetyki Opracowywanie procedur w celu poprawnego prowadzenia produkcji i rozliczeń energii odnawialnej ze spalania biomasy lub biogazu Koncepcje technologiczne mające na celu przygotowanie obiektu do prowadzenia procesu produkcji energii odnawialnej Opracowywanie ekspertyz mających na celu analizę prawną, techniczną i ekonomiczną pod kątem możliwości produkcji energii odnawialnej z biopaliw Wsparcie merytoryczne przy opracowaniu wniosków o wydanie świadectw pochodzenia Przeprowadzanie różnego rodzaju badań, pomiarów i testów 2

3 Rola ENERGOPOMIARU w przygotowaniach do produkcji energii odnawialnej Opracowanie ekspertyz na temat paliw/odpadów pod kątem zgodności z definicją biomasy w aspekcie prawnym i technicznym Badania właściwości fizyko-chemicznych biomasy we własnym laboratorium posiadającym akredytację PCA Działalność w grupie roboczej przy TGPE mająca na celu udział w konsultacjach przy powstawaniu nowych przepisów prawnych Doradztwo przy pozyskiwaniu dofinansowania z funduszy strukturalnych Unii Europejskiej wniosek o dofinansowanie z kompletną dokumentacją, w tym studium wykonalności i ocena oddziaływania na środowisko usługi doradcze przy określaniu i rozliczaniu efektu ekologicznego Monitoring projektów inwestycyjnych współfinansowanych z funduszy unijnych 3

4 Uzyskiwanie koncesji OZE - dotychczasowe doświadczenia ENERGOPOMIARU Elektrownie/Elektrociepłownie, w których spalana jest biomasa wspólnie z paliwami konwencjonalnymi stałymi i gazowymi tzw. współspalanie w udziale masowym biomasy (widniejącym w koncesji) od 4 do 100% Elektrociepłownie produkujące energię z OZE w układach hybrydowych wykorzystujących biomasę/odpady z przemysły papierniczego oraz paliwa konwencjonalne w udziale masowym biomasy od 0 do 100% Elektrociepłownie, w których spalana jest wyłącznie biomasa/biopaliwa ciekłe o mocy powyżej 20 MWe Elektrownie, w których biomasa podawana jest bezpośrednio do komory paleniskowej kotła i jest spalana wspólnie z innymi paliwami podawanymi przez zespoły młynowe Elektrownie, w których spalane są biopaliwa ciekłe wspólnie z biomasą i paliwami konwencjonalnymi Elektrociepłownie, w których spalany jest biogaz wspólnie z paliwami konwencjonalnymi/biomasą Elektrownie produkujące energię z OZE w procesie spalania biogazu i gazu ziemnego w tzw. technologii spalania niejednoczesnego 4

5 Uzyskiwanie koncesji OZE nowe wyzwania Nowobudowane jednostki, w których spalana jest biomasa w układzie hybrydowym Nowobudowane jednostki, w których spalana jest wyłącznie biomasy Jednostki, wykorzystujące tzw. mieszanego paliwo wtórne zdefiniowane zgodnie z Rozporządzeniem MG z 14 sierpnia 2008 r. 5

6 Rola ENERGOPOMIARU w przygotowaniach do produkcji energii odnawialnej - referencje Dalkia Łódź S.A. EC2 i EC4 Dalkia Poznań Zespół Elektrociepłowni S.A. El. Połaniec S.A. - Grupa GDF SUEZ Energia Polska Elektrociepłownia Będzin S.A. Elektrociepłownia Białystok S.A. Elektrociepłownia Chorzów ELCHO Sp. z o.o. Elektrownia Kozienice S.A. Elektrownia Rybnik S.A. ENERGA Elektrownie Ostrołęka S.A. Energetyka Boruta Sp. z o.o. Energetyka Wisłosan Sp. z o.o. Fabryka Papieru Myszków Sp. z o.o. Fortum Częstochowa S.A. International Paper Kwidzyn Sp. z o.o. P.P.U.H. Radkom Sp. z o.o. PE Megawat Sp. z o.o. EC Dębieńsko PE Megawat Sp. z o.o. EC Knurów PKE S.A. Elektrociepłownia II Bielsko-Północ PKE S.A. Elektrownia Jaworzno III - ElII PKE S.A. Elektrownia Jaworzno III - EII PKE S.A. Elektrociepłownia Katowice PKE S.A. Elektrownia Łaziska PKE S.A. Elektrownia Siersza PGE Elektrownia Bełchatów S.A. PGE ZEDO S.A. Elektrownia Dolna Odra PGE ZEDO S.A. Elektrownia Szczecin Saturn Management Sp. z o.o. i Współnicy Sp. k. SE Jastrzębie S.A. EC Zofiówla Stora Enso Polska S.A. Vattenfall Heat Poland S.A. EC Siekierki Vattenfall Heat Poland S.A. EC Żerań ZE PAK S.A. Elektrownia Konin ZAK S.A. 6

7 Problematyczne aspekty dotyczące produkcji i rozliczania energii z OZE Współspalanie Przygotowanie układu paliwowego umożliwiające uzyskanie koncesji, prawidłowe prowadzenie produkcji i wiarygodne określenie zużycia biomasy z podziałem na biomasę (grupy I pochodzenia leśnego i grupy II tzw. agro ) 7

8 Przykładowy schemat bilansowy jednostki wytwórczej przeznaczonej do produkcji energii w odnawialnych źródłach wspólne spalanie biomasy i węgla Osłona bilanowa pomiar zużycia i kaloryczności biomasy (podział na biomasę leśną i poza leśną Q BI,Q BII Q W K1 K2 RS TG E brutto w tym E OZE pomiar produkcji energii elektrycznej brutto pomiar zużycia i kaloryczności węgla K3 woda ze zmiękczalni OG Q C1 Q C2 Q C3 pomiar produkcji ciepła E (c) w tym E (C)OZE 8

9 Problematyczne aspekty dotyczące produkcji i rozliczania energii z OZE Układ hybrydowy Właściwy wybór metodyki prowadzenia pomiarów (wyznaczanie zużycia energii chemicznej paliw metodami bezpośrednimi czy rozliczanie się na podstawie wskazań urządzeń pomiarowych w układzie woda-para?) Przygotowanie układu paliwowego umożliwiające uzyskanie koncesji, prawidłowe prowadzenie produkcji i wiarygodne określenie zużycia biomasy z podziałem na biomasę (grupy I pochodzenia leśnego i grupy II tzw. agro ) Jakie należy zastosować paliwo rozpałkowe? 9

10 Przykładowy schemat bilansowy jednostki wytwórczej przeznaczonej do produkcji energii w odnawialnych źródłach układ hybrydowy pomiar wydajności cieplnej kotłów spalających paliwa odnawialne pomiar wydajności cieplnej kotłów spalających paliwa nieodnawialne 10

11 Problematyczne aspekty dotyczące produkcji i rozliczania energii z OZE Układ z wyłącznym spalaniem biomasy Przygotowanie układu paliwowego umożliwiające uzyskanie koncesji, prawidłowe prowadzenie produkcji i wiarygodne określenie zużycia biomasy z podziałem na biomasę (grupy I pochodzenia leśnego i grupy II tzw. agro ) dotyczy jednostek wytwórczych powyżej 20 MWe Jakie należy zastosować paliwo rozpałkowe? Brak załączników do wniosku o wydanie świadectw pochodzenia 11

12 Problematyczne aspekty dotyczące produkcji i rozliczania energii z OZE Układ wykorzystujący tzw. mieszane paliwo wtórne: Opracowanie wiarygodnej procedury umożliwiające uzyskanie koncesji, prawidłowe prowadzenie produkcji oraz wiarygodne określenie zużycia biomasy z podziałem na biomasę (grupy I pochodzenia leśnego i grupy II tzw. agro ) Brak załączników do wniosku o wydanie świadectw pochodzenia 12

13 Problematyczne aspekty dotyczące produkcji i rozliczania energii z OZE Spalanie lub współspalanie paliw ciekłych: Problemy z klasyfikacją paliw (zaliczeniem ich do paliw odnawialnych) Słaba dostępność na rynku Wysoka cena Olej roślinne ryzyko powtórzenia się sytuacji analogicznej do energetycznego wykorzystania zbóż 13

14 Biopaliwa ciekłe Paliwo: gliceryna olej rzepakowy Wartość opałowa 5,9 13,3 37,7 Zawartość wody, % 9,1 64,1 0,0 Zawartość popiołu, % 2,6 7,7 0,002 Zawartość C, % 16,7 32,2 73,7 Zawartość H, % 1,6 6,9 9,9 Zawartość N, % 0,01 0,04 0,18 Zawartość S, % 0,01 2,33 0,002 Zawartość Cl, % 0,20 3,87 0,10 14

15 Podstawowe zasady przygotowania układu paliwowego do produkcji energii z OZE Dostosowanie instalacji do wymagań polskiego prawa Dostosowanie instalacji do wymagań stawianych przez URE Zabudowa dwóch oddzielnych, opomiarowanych układów podawania biomasy (grupy I pochodzenia leśnego i grupy II tzw. agro ) W przypadku braku dwóch oddzielnych układów podawania biomasy zabudowa układu umożliwiającego oddzielny pomiar i rejestrację zużycia energii chemicznej biomasy grupy I i grupy II 15

16 Układ paliwowy obiektu wykorzystującego OZE (przykład 1) Objaśnienia do rysunku znajdują się na slajdzie 20 16

20 Objaśnienia do rysunków przykładowych układów paliwowych 1 - magazyn biomasy grupy I (pochodzenia leśnego) 2 - magazyn biomasy grupy II (tzw. agro ) 3 - kosz zasypowy biomasy grupy I 4 - kosz zasypowy biomasy grupy II 5 - kosz zasypowy biomasy grupy I i II 6 - waga taśmowa do pomiaru zużycia biomasy grupy I 7 - waga taśmowa do pomiaru zużycia biomasy grupy II 8 - waga taśmowa używana naprzemiennie do pomiaru zużycia biomasy grupy I i II 9 - lokalizacja miejsca poboru próbek biomasy grupy I 10 - lokalizacja miejsca poboru próbek biomasy grupy II 11 - lokalizacja miejsca naprzemiennego poboru próbek biomasy grupy I i II 12 - waga taśmowa do pomiaru zużycia węgla 13 - lokalizacja miejsca poboru próbek węgla 20

21 Produkcja energii z OZE ze spalania mieszanego paliwa wtórnego Objaśnienia do rysunku znajdują się na slajdzie 22 21

22 Produkcja energii z OZE ze spalania biogazu i gazu ziemnego 22

23 Objaśnienia do rysunku układ z mieszanym paliwem wtórnym 1 - waga taśmowa, pobór próbek - zużycie paliw 2 - plac składowy mieszanego paliwa wtórnego zawierającego biomasę grupy I 3 - plac składowy mieszanego paliwa wtórnego zawierającego biomasę grupy II 4 - plac składowy węgla 23

24 Wybrane rodzaje biomasy 1) niepełnowartościowe ziarno owsa 2) śruta rzepakowa 3) sieczka słomy rzepakowej 4) zrębki wierzby energetycznej 24

25 Wybrane rodzaje biomasy 5) włókna kokosowe 6) pelety z wysłodków buraków cukrowych 7) pestki wiśni 8) odpady z hodowli drobiu 25

26 Wybrane rodzaje biomasy 9) pelety z łuski słonecznikowej 10) brykiety z ligninocelulozy 11) pelety z otrębów zbożowych 12) biomasa leśna 26

27 Wybrane rodzaje biomasy - wartość opałowa MJ/kg Opis paliw znajduje się na slajdach: 23, 24, 25 27

28 Wybrane rodzaje biomasy - stosunek zawartości S/Cl S/Cl 60 duże zagrożenie korozyjne średnie zagrożenie korozyjne Opis paliw znajduje się na slajdach: 23, 24, 25 28

29 Wybrane rodzaje biomasy - charakterystyki topliwości popiołu t o C Temperatura spalania w kotłach pyłowych Temperatura spalania w kotlach fluidalnym Temperatura spiekania Temperatura mięknięcia Temperatura topnienia Temperatura płynięcia Opis paliw znajduje się na slajdach: 23, 24, 25 29

30 Charakterystyka sprawności i strat cieplnych kotła brutto próby spalania biomasy (trocin i zrębek) w kotle pyłowym Sprawność brutto kotła [%] l (N)RC - strata przez promieniowanie i przewodzenie (N)SF l - strata niecałkowitego spalania l (N)G + l (N)CO - strata wylotowa i niezupełnego spalania η (N)B - sprawność brutto kotła pomiary bazowe przy spalaniu węgla średnia wartość opałowa węgla 21,6 MJ/kg pomiary przy wspólnym spalaniu węgla i biomasy w postaci trocin (~10%) średnia wartość opałowa biomasy: 8,2 MJ/kg, mieszaniny węgla i biomasy 20,0 MJ/kg wydajność kotła [kg/s] 30

31 Charakterystyka sprawności i strat cieplnych kotła brutto próby spalania biomasy (brykietów drzewnych) w kotle pyłowym Sprawność brutto kotła [%] l (N)RC - strata przez promieniowanie i przewodzenie l (N)SF - strata niecałkowitego spalania l (N)G + l (N)CO - strata wylotowa i niezupełnego spalania η (N)B - sprawność brutto kotła wydajność kotła [kg/s] pomiary bazowe przy spalaniu węgla średnia wartość opałowa węgla 21,6 MJ/kg pomiary przy wspólnym spalaniu węgla i biomasy w postaci brykietów drzewnych (~10%) średnia wartość opałowa biomasy: 14,9 MJ/kg, mieszaniny węgla i biomasy 21,2 MJ/kg 31

32 Charakterystyka sprawności i strat cieplnych kotła brutto próby spalania biomasy (zrębków) w kotle fluidalnym Sprawność brutto kotła [%] l (N)RC - strata przez promieniowanie i przewodzenie (N)SF l - strata niecałkowitego spalania l (N)G + l (N)CO - strata wylotowa i niezupełnego spalania η (N)B - sprawność brutto kotła pomiary bazowe przy spalaniu węgla średnia wartość opałowa węgla 20,6 MJ/kg pomiary przy wspólnym spalaniu węgla i biomasy w postaci zrębków (~20%) średnia wartość opałowa biomasy: 9,2 MJ/kg, mieszaniny węgla i biomasy 19,4 MJ/kg wydajność kotła [kg/s] 32

33 Czy współspalanie biomasy oznacza zawsze uniknięcie emisji CO 2? 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 1,18 1,14 1,05 1,56 1,86 2,00 3,98 0,023 7,74 85,50 7,42 0,022 8,10 81,44 węgiel węgiel (93,4%) biomasa (6,6%) 12,46 0,030 9,37 75,08 węgiel (88,8%) biomasa (11,2%) Strata przez promieniowanie i przewodzenie Strata niecałkowitego spalania w popiele lotnym Strata niecałkowitego spalania w żużlu Strata niezupełnego spalania Strata wylotowa Sprawność kotła 33

34 Czy współspalanie biomasy oznacza zawsze uniknięcie emisji CO 2? Emisja CO 2 = 5,5 t/h ηk = 85 % Węgiel = 3,1 t/h En. el. 5 MW Węgiel = 3,3 t/h Emisja CO 2 = 5,8 t/h ηk = 81 % En. el. 4,7 MW Biomasa = 0,2 t/h En. OZE 0,3 MW Węgiel = 3,3 t/h Emisja CO 2 = 5,9 t/h ηk = 74 % En. el. 4,5 MW Biomasa = 0,4 t/h En. OZE 0,5 MW 34

35 Produkcja z OZE - niespójność metod obliczeniowych Metoda bezpośrednia układ hybrydowy Rozporządzenie OZE Węgiel 50 j.e. ηk = 92 % En. el. 50 % j.e Biomasa 50 j.e. ηk = 87 % En. OZE 50 % j.e. Metoda pośrednia układ hybrydowy Rozporządzenie OZE Węgiel 50 j.e. ηk = 92 % En. el. 52 % j.e Biomasa 50 j.e. ηk = 87 % En. OZE 48 % j.e. 35

36 Energia zużywana na potrzeby własne podczas prób spalania biomasy Wielkość Jedn. Blok (225MW) z kotłem pyłowym Całkowity pobór mocy przez blok: a) przy spalaniu biomasy i węgla b) przy spalaniu tylko węgla c) wzrost (lub spadek) poboru mocy W tym pobór mocy przez: młyny: a) b) c) wentylatory młynowe: a) b) c) Wentylatory powietrza: a) b) c) Wentylatory spalin: a) b) c) kw kw % kw kw % kw kw % kw kw % kw kw % , , , , ,9 Blok (113 MW) z kotłem fluidalnym , / 624 / 430*) / 570 / 429*) - 9,7 / 9,5 / 0, ,7 *) wentylatory powietrza pierwotnego/powietrza wtórnego/dmuchawy powietrza wysokoprężnego 36

37 Zagrożenia związane z zawartości chloru w paliwie Spalane paliwo węgiel węgiel z domieszką makuchu rzepakowego Udział masowy biomasy, % (udział energii chemicznej), % (11 12) Wartość opałowa Qir, MJ/kg 17,9 18,6 16,9 17,0 Zawartość siarki S (średnia), % 1,22 0,61 Zawartość chloru Cl, % 0,44 0,45 0,03 0,03 Stężenie chlorowodoru HCl, mg/m n

38 Zagrożenia związane z zawartości chloru w paliwie Spalane paliwo Stężenie chlorowodoru HCl, mg/m n 3 Węgiel kamienny Węgiel brunatny max 23 Węgiel kamienny z domieszką biomasy pochodzenia leśnego Węgiel kamienny z domieszką biomasy agro

39 Dziękuję za uwagę Zakłady Pomiarowo Badawcze Energetyki ENERGOPOMIAR Sp. z o.o. ul. gen. J. Sowińskiego Gliwice Rafał Szymanowicz tel.: (32) , Fax: (32) rszymanowicz@energopomiar.com.pl 39