Transkrypt

1 G G Edmund Wach, Izabela Ko³acz Ba³tycka Agencja Poszanowania Energii S.A. Mo liwoœci produkcji i wykorzystania granulatu drzewnego ( pellets) analiza tech niczno ekonom iczna inwestycji W związku z bardzo dynamicznym wzrostem produkcji granulatu (pellets) z odpadów drzewnych w E uropie, K anadzie i S tanach Z jednoczonych oraz ze światowym uznaniem tego paliwa za jeden z najlepszych substytutów oleju opał owego, węgla i gazu, wzrasta zainteresowanie granulatem również w P olsce. Wł aściwe, planowe wykorzystanie tego paliwa leż y w interesie instytucji zajmujących się ochroną środowiska i samorządów lokalnych. W ostatnim dziesięcioleciu, w budynkach stanowiących własność samorządów (szkoły, przedszkola, szpitale, budynki administracyjne itd.) zostały zainstalowane kotłownie opalane olejem, często przy pomocy funduszy ochrony środowiska. Wysokie koszty oleju opałowego i częste w przeciągu wielu miesięcy wzrosty jego ceny powodują braki środków na ogrzewanie w wielu gminach. Z astąpienie go granulatem będzie korzystne dla środowiska (redukcja C O 2) i budżetów gmin (zmniejszenie kosztów paliwa o ok. 50% ). N ajprostszym i najtań szym sposobem zamiany oleju na granulat w kotłowniach małej i średniej mocy jest wymiana palników w kotłach. K otły opalane granulatem mogą mieć zastosowanie także wszędzie tam, gdzie planowana jest wymiana kotłowni węglowych. Charakterystyka i produkcja granulatu ranulatem odpadów drzewnych (z ang. pellets) nazywamy przetworzone odpady drzewne (trociny, wióry i zrębki), prasowane pod wysokim ciśnieniem. G ranulat produkowany jest w laskach o średnicy 6-25 mm i długości do kilku cm. Paliwo to charakteryzuje się niską zawartością wilgoci (8-12% ), popiołów (0,5% ) i substancji szkodliwych dla środowiska oraz wysoką wartością energetyczną (tab. 1). C echy te powodują, że jest to paliwo przyjazne środowisku naturalnemu, a jednocześnie - łatwe w transporcie, magazynowaniu i dystrybucji. S urowcem dla produkcji granulatu są odpady drzewne z tartaków, zakładów przeróbki drewna i leśne odpady drzewne. N ajpopularniejszymi odpadami do produkcji granulatu są trociny i wióry. T echnicznie możliwe jest także produkowanie granulatu z kory, zrębków, upraw energetycznych i słomy. Z awiera on jednak większe ilości popiołu. Proces produkcji składa się z następujących elementów: mielenie surowca, suszenie, zagęszczanie i formowanie surowca w granulat, chłodzenie, przesiewanie, przechowywanie, załadunek, dystrybucja. Instalacje do produkcji granulatu zazwyczaj sterowane są automatycznie (rys. 1). N ajmniejsze instalacje do produkcji granulatu mają zdolności przerabiania ok. 1 t surowca na godzinę, przy głównym silniku o mocy 90 kw, a duże dochodzą do ok. 25 t/godzinę. Produkcja granulatu z odpadów drzewnych jest dość energochłonnym procesem, choć udział energii zużytej do produkcji tego paliwa w stosunku do energii pierwotnej w nim zawartej jest niewielki - wynosi bowiem 2,5% dla suchego surowca i ok. 20% dla surowca mokrego. T abele 2 i 3 przedstawiają zużycie energii w całym procesie produkcyjnym od zbiórki materiału do dostarczenia do konsumenta. ranulat produkowany jest z odpadów drzewnych, zatem jego produkcja przyczynia się do zmniejszania problemu zagospodarowania odpadów i zużycia paliw kopalnych 2,1 kg granulatu zastępuje 1 litr oleju opałowego. S palanie drewna nie powoduje emisji C O 2, ponieważ emisje dwutlenku węgla, powstające przy spalaniu tego paliwa, w pełni absorbowane są przez rosnące rośliny. Przejęcie na opalanie granulatem oznacza więc redukcję emisji C O 2 ok. 2,5 kg na każdym zaoszczędzonym w ten sposób litrze oleju opałowego (tab. 4 ). 89

2 Europejskie rynki granulatu Granulat i urządzenia do jego spalania i transportu produkuje się łącznie w kilkunastu krajach europejskich, przy czym największe rynki granulatu powstały i nadal gwałtownie rozwijają się w Szwecji, D anii, Finlandii, Austrii i Niemczech. D zisiejszy europejski rynek granulatu obejmuje produkcję ok. 1 mln t paliwa rocznie (ok. 18 P J energii chemicznej), a moc produkcyjna wynosi ok. 2 mln t/rok. B adania rynku, prowadzone w ramach programów współf inansowanych przez Komisję Europejską, pozwoliły zidentyf ikować ponad 130 instalacji produkujących granulat i brykiety, choć trudno ocenić, czy są to pełne dane. Szwecja jest obecnie największym producentem granulatu w Europie i drugim, po U SA, na świecie. P rodukcja granulatu w r. wyniosła ok. 550 tys. t, a w 2002 r. 800 tys. ton. W 2000 r. na szwedzkim rynku działało ponad 25 dużych instalacji produkcji granulatu, których maksymalna moc produkcyjna wynosi ok tys. t/rok. Szwedzkie przedsiębiorstwa produkcji granulatu inwestują także w krajach bałtyckich, Finlandii i Rosji. W Szwecji granulat spalany jest w kilku dużych ciepłowniach i elektrociepłowniach. Stosowany jest także w wielu małych instalacjach w budynkach jednorodzinnych. P oziom produkcji granulatu w D anii osiągnął ok. 150 tys. t w 2001 r., a roczna konsumpcja tego paliwa wynosi ok. 220 tys. ton. D latego też granulat importowany jest z U SA, Kanady, Szwecji i republik bałtyckich. Wykorzystuje się go tu przede wszystkim w małych instalacjach (10-15 kw), a także w 37 niewielkich ciepłowniach i kilku elektrociepłowniach. P ierwsze f ińskie instalacje produkcji granulatu powstały w r. W 2000 r. całkowita produkcja wyniosła 40 tys. t (0,72 P J), przy czym większość (85-9 0%) wyprodukowanego paliwa była eksportowana do Szwecji i D anii. W samej Finlandii granulat wykorzystywany jest przede wszystkim w instytucjach publicznych - do kotłów olejowych z przystawionymi palnikami do spalania granulatu. P onadto zainstalowano ok. 200 małych kotłów w domach jednorodzinnych. W 2000 r. T urku Energia rozpoczęła współspalanie węgla i granulatu (ok. 5 tys. t) w 100 MW elektrociepłowni opalanej węglem. W Austrii stosuje się granulat w indywidualnych urządzeniach, a także w małych sieciach ciepłowniczych. Szacuje się, że w r. zainstalowano 4 tys. systemów cieplnych opalanych granulatem, a rynek małych kotłów opalanych granulatem szacuje się na 10 tys. rocznie. Zużycie granulatu w Austrii w r. szacowano na 40 tys. ton. Rosnąca popularność tego paliwa wspomagana jest przez państwo. W Niemczech rozpoczęto komercyjną produkcję w r., głównie na potrzeby właścicieli domków jednorodzinnych. Zainteresowanie czystymi technologiami grzewczymi wspierane jest przez państwo. Analiza techniczno-ekonomiczna inwestycji Analizę przeprowadzono dla dwóch linii produkcyjnych granulatu, o wydajności 2,5 t/h i 8,5 t/h oraz przy wilgotności granulatu 8% (tab. 5). Zestawienie kosztów inwestycji obejmujące koszty budynków, montażu i podatku prezentuje tab. 6. Założenia przyjęte do obliczenia kosztów produkcji są następujące: Energia elektryczna: Zużycie energii 110 kwh/ t granulatu Cena 0,23 zł/kwh Energia cieplna: Zużycie energii 2,7 GJ/t Sprawność paleniska 75% Zużycie energii chemicznej 3,6 GJ/t Wartość opałowa paliwa 6 GJ/m 3 Wilgotność paliwa 50% Jednostkowy koszt paliwa 72 zł/m 3 Koszt jednostki energii 12 zł/gj Koszty produkcji, obliczone na podstawie tych założeń oraz analizę ekonomiczną prezentują tabele 7, 8 i 9. Amortyzacja: 14% urządzenia ( zł) i 2,5% inf rastruktura ( zł). Koszty produkcji obejmują koszty amortyzacji, surowca, energii i koszty pracownicze. 90

3 G G Możliwości wykorzystania granulatu ranulat jako paliwo nadaje się do wykorzystania zarówno w instalacjach indywidualnych, jak i systemach ciepłowniczych. P rzeznaczony jest głównie dla małych instalacji, ze względu na łatwoś ć zaopatrzenia i trudniejsze w użyciu inne postaci biomasy - szczap rąbanych, zrębków czy brykietów. W nowoczesnych dużych kotłach do spalania biomasy używa się głównie paliwa mniej przetworzonego, w postaci zrębków i trocin ze względów ekonomicznych. N a rynku europejskim istnieje szeroka gama urządzeń do spalania granulatu drzewnego o mocach kw: kominki i małe piecyki instalowane w mieszkaniach, specjalne palniki oraz instalacje podawania paliwa, które instaluje się w kotłach olejowych lub węglowych; obecnie produkowane są palniki do spalania granulatu od 6 kw do 1 MW, kotły dostosowane do spalania granulatu. ranulat stosuje się również w dużych kotłach węglowych, zarówno rusztowych, jak i pyłowych (mielenie granulatu). P alniki i kotły (rys. 2, 3, 4) posiadają instalacje automatycznego i regulowanego zasilania paliwem, o możliwoś ciach jego transportu do kilkunastu metrów. Wyposażone są w regulowane dmuchawy powietrza do spalania, automatyczne zapalniki elektryczne i zabezpieczenia przed przegrzaniem i przeładowaniem paliwem kotła. P roces spalania często kontrolowany jest za pomocą sond lambda. N arażone na wysoką temperaturę częś ci, wykonane są z metali żaroodpornych i ceramicznych. Wszystkie znajdujące się w handlu urządzenia posiadają certyf ikaty władz krajowych lub instytucji europejskich. Technologia palników rozwijana jest od szeregu lat na bazie technologii spalania zrębków, w pełni sprawdzona w praktyce. S prawnoś ci kotłów z palnikami granulatu osiągają wartoś ci powyżej 9 0% i powodują powstawanie emisji gazów szkodliwych i pyłów porównywalne z najlepszymi palnikami gazu ziemnego. Wnioski P rodukcja i zastosowanie energetyczne granulatu z odpadów drzewnych w ostatnich 3 latach w krajach Unii Europejskiej doznały bardzo dynamicznego (nawet kilkukrotnego) przyspieszenia. Technologia produkcji granulatu drzewnego, bazująca na produkcji granulatów paszowych, jest bardzo rozwinięta, w pełni niezawodna i zautomatyzowana. G ranulat z odpadów drzewnych jest konkurencyjny dla oleju, węgla i gazu pod względami ekonomicznymi i ze względu na mniejsze emisje gazów i pyłów oraz przewyższa pod względem ekologicznym każde inne paliwo, będące pochodną drewna (trociny, zrębki, brykiety, szczapy). Rysunek 1. Typowa instalacja do produkcji granulatu drzewnego (20-24t/h). 91

4 Rysunek 2. Palniki z zasilaniem: a) dolnym, b) poziomym, c) górnym. Rysunek 3. Schemat palnika z zasilaniem górnym. Tabela 1. Średnie własności granulatu: Średnica Długość 6-12 mm 4-5 mm (średnie) Gęstość nasypowa kg/m 3 Gęstość materiału kg/m 3 Zawartość wilgoci < 12% Zawartość popiołu < 1,5% Zawartość części drobnych < 1,5% Wartość opałowa 16,9 MJ/kg 4,7kWh/kg Zawartość siarki 0,08% Zawartość chlorków 0,03% Tabela 2. Bilans energii zużytej dla przemysłowej produkcji granulatu z odpadów tartacznych: Działanie Energia zużyta na wytworzenie 1 t suchej masy [kwh/t] Energia w % w stosunku do energii pierwotnej zawartej w suchej masie Umieszczenie materiału w magazynie 1 0,02 Granulowanie 77 1,5 Złożenie w magazynie przejściowym 6 0,1 92

5 Pobieranie 0 0 Transport samochodem ciężarowym (150 km) 40 0,8 Wsypanie do silosa klienta 1,5 0,03 Razem 125,5 2,45 Tabela 3. Zużycie energii do produkcji granulatu z odpadów leśnych i rolnych: Działanie Energia zużyta na wytworzenie 1 t suchej masy [kwh/t] Energia w % w stosunku do energii pierwotnej zawartej w suchej masie Pozyskanie surowca Suszenie (słońce, lato) 0 0 Zrębkowanie 39,1 0,8 Transport (Ciągnik, 20 km) (17,6) (0,3) Ciągnik do kontenera Samochód ciężarowy, 20 km 2,9 0,2 Złożenie w suszarni 0,6 0,01 Suszenie Słońce (pod dachem) 36 0,7 Słońce (na wolnym powietrzu) 70 1,3 Utrata wartości opałowej ,5 W suszarniach mechanicznych 749,1 14,4 Transport 0,5 0,01 Mielenie 20 0,4 Granulowanie 77 1,4 Złożenie w magazynie przejściowym 6 0,1 Transport 0 0 Transport samochodem ciężarowym (30 km) 8 0,15 Wsypanie do silosa klienta 1,5 0,03 Razem 301,8 335,8 967,8 1014, 9 Tabela 4. Poziom emisji dla różnych paliw [mg/mj]: 5,8 6,5 18,6 19,5 Emisje Olej opałowy Gaz ziemny Koks Granulat Dwutlenek węgla Tlenek węgla Dwutlenek siarki Tlenki azotu Pyły

6 Tabela 5. Własności surowca i granulatu: Opis Jednostki Ilość Granulat t/h 2,5 8,5 Wilgotność % 8 8 Zawartość wilgoci t/h 0,2 0,68 Masa sucha t/h 2,3 7,82 Objętość drewna litego m 3 /h 5,75 19,55 Objętość nasypowa surowca m 3 /h 14,375 48,874 Objętość drewna litego m 3 /rok Objętość nasypowa m 3 /rok Granulat t/rok Tabela 6. Koszty inwestycji: Rodzaj kosztów tys. zł Linia technologiczna produkcji granulatu Suszarnia z paleniskiem i silosem paliwa Rębak paliwa z przenośnikiem zrębków 80 Rębak surowca do granulatu z przenośnikiem zrębków 80 Montaż urządzeń 300 Projekty techniczne 250 Doradztwo techniczne, nadzór 200 Uruchomienie 100 Adaptacja hal produkcyjnych 500 Rozdzielnie i linie elektryczne 120 Infrastruktura zewnętrzna (drogi, ogrodzenia, instalacja wodna i ppoż.) 100 Inne* 500 Razem * w pozycji Inne ujęto koszty modernizacji instalacji pozyskania surowca takie jak: zakup korowarek, adaptacja systemu transportu wewnętrznego odpadów, przystosowanie istniejących kotł owni w tartakach do spalania gorszych odpadów drewna. Tabela 7. Zestawienie kosztów produkcji (tys. zł): Produkcja t/rok Koszty pracownicze Koszty zarządu Remonty Energia elektryczna Energia cieplna

7 Surowiec Amortyzacja* Koszty finansowe (średnio) Razem Tabela 8. Analiza ekonomiczna (tys. zł): Produkcja Opis t/r t/r 250 zł/t 300 zł/t 250 zł/t 300 zł/t Przychody Koszty Amortyzacja Zysk brutto (zb) Zysk netto (zn) PBT (lata) 5,75 3,66 4,69 2,94 SPBT (lata) 5,18 3,02 4,05 2,39 PBT = KI : (zn+ A) SPBT = KI : (zb+a) Tabela 9. Przepływy gotówki (tys. zł): Rok Przychody 250zł/t Nakłady 5650 Kredyt 5650 Koszty eksploatacji Spłata rat kapitałowych Spłata odsetek Amortyzacja Wynik finansowy inw. brutto Podatek dochodowy 28% Wynik finansowy netto Rentowność netto sprzedaży 2,52% 3,74% 4,97% 6,19% 7,42% 8,64% 9,87% Saldo przepływów Skumulowane saldo przepływów

8 Literatura: 1. Biomasse Holz ein nachwachsender Energierohstoff, I nformationszentrum Energie, Baden-Württemberg An Integrated European Market for Densified Biomass Fuels in Refined Biomass - a source for climate change and business opportunities, OPET, Sweden Wood Pellets - Quality Criteria from Raw Material to Heat, Conference Proceedings, Salzburg Mucha Rainer, CPM for Wood Pelleting, Pellets Specialists. 6. Biogene Brennstoffe nr 3. Holz-Pellets ein Brennstoff mit Z ukunft. N euer K omfort mit Pelletsheizungen. S. W. R Market Development for Refined Biomass, Study Report, Wood for Energy Production, Centre for Biomass Technology, Denmark Tomasz Lisowski - oferta Evergood. 96