Zrębki w cenie Autor: Włodzimierz Kotowski, Eduard Konopka ( Energia Gigawat nr 8/2010) Z końcem stycznia 2010 roku Zakłady Miejskie w Bielefeld, RFN, przejęły do eksploatacji lokalną elektrociepłownię, opalaną zrębkami drewna, która winna zastąpić zasilaną węglem kamiennym, a przewidzianą do likwidacji. Nowa kosztowała 8,5 mln euro i po wyeliminowaniu wszystkich problemów rozruchowych, osiągnęła moc 1,2 MW energii elektrycznej oraz 5,5 MW ciepła użytkowego. Dotychczasowa elektrociepłownia, będąca większej mocy, bazowała na importowanym węglu z Polski, ale nasz kraj stał się ostatnio nieoczekiwanie importerem tego nieodnawialnego paliwa. Z tych względów ciepło użytkowe dla miejskiej sieci grzewczej będzie dodatkowo uzupełniane z ciepłowni opalanej odpadami komunalnymi. Poza tym w najbliższej okolicy znajduje się już w budowie biogazownia, sprzężona z elektrociepłownią. Tymi inwestycjami Zakłady Miejskie w Bielefeld, RFN wnoszą znaczny wkład w ochronę klimatu oraz środowiska. Poza tym montuje się w tym mieście coraz więcej instalacji fotowoltaicznych, grzewczych baterii słonecznych, a ostatnio oddano do eksploatacji dwie wiatrowe turbiny energetyczne, każda o mocy 2 MW. W sumie zainwestowano w tym mieście w odnawialne źródła energii 24 mln euro, a w której to kwocie 10 milionów euro stanowią udziały mieszkańców. W tych działaniach liczy się to, że przyczyniły się one w wymiernym stopniu do decentralizacji wytwórczości energii elektrycznej w tym okręgu. Nowa elektrociepłownia (rys. 1) zużywa rocznie 25.000 ton zrębków drewna, które pozyskuje się z przeciętnym zawilgoceniem w wysokości 45 procent. To paliwo jest w większości odpadowym poza pochodzącym z niewielkich plantacji energetycznych i bywa uzyskiwane głównie z leśnictwa, z przecinki oraz wycinki drzew (gałęzie wraz z korzeniami), z przemysłu drzewnego i z Zakładu Zieleni Miejskiej (pielęgnacji parków, skwerów i drzew przydrożnych). Sprowadza się je z obszaru w promieniu około 50. kilometrów. Uruchomiona elektrociepłownia jest typu ORC (Organic Rankine Cycle), której schemat procesowy ilustruje rys. 2. Oryginalne w tym procesie bywa ogrzewanie w kotle opalanym wysuszonymi zrębkami drewna cyrkulującego oleju silikonowego do temperatury 320ºC pod normalnym ciśnieniem. Ten przepływa następnie prze odparowywacz organicznej substancji, którą najczęściej bywa mieszanina butanu z propanem. Ta odparowując nagrzewa się pod ciśnieniem 2 MPa do około 280ºC i przepływa do turbiny, sprzężonej z elektrogeneratorem. Po rozprężeniu w turbinie w/w mieszaniny węglowodorów C 4 /C 5, przepływa ona przez regenerator do kondensatora, będącego jednocześnie wymiennikiem ciepła. 1
Źródło: Stadwerke Bielefeld/Veit Mette Rys. 1. Fragment lokalnej elektrociepłowni opalanej zrębkami drewna w miejscowości Bielefeld, Niemcy. Wykroplone tu węglowodory przy użyciu pompy wracają poprzez regenerator do odparowywacza i cały proces powtarza się. Spaliny natomiast z kotła ogrzewają zimną wodę miejskiej sieci grzewczej, a latem dostarczają odbiorcom przemysłowym zimno, uzyskiwane w absorpcyjnej maszynie zimna. Z wymienioną mocą grzewczą w wysokości 5,5 MW ta elektrociepłownia wspomaga miejską sieć grzewczą. Spaliny z tej elektrociepłowni są w pełni oczyszczane z porywanych pyłów i zanieczyszczeń chemicznych. Zamiana elektrociepłowni węglowej na nową, opalaną biomasą ogranicza emisję gazów cieplarnianych aż o 64 procent (R. Ossenbrink; Sonne, Wind & Wärme, 40, 3, 2010). Na dalekiej północy Europy, w Islandii, ogrzewanie domów mieszkalnych przy użyciu biomasy jest sensacją. Wiadomo, że mieszkańcy tego kraju ogrzewają w zimie swoje domy gorącą wodą, czerpaną ze źródeł, znajdujących się w miejscu ich zamieszkania. Bywają 2
jednak w Islandii miejscowości, gdzie brak jest gorącej wody w okolicy i wówczas stosuje się najczęściej ogrzewanie elektryczne lub olejowe. Rys. 2. Schemat procesowy elektrociepłowni typu ORC (Organic Rankine Cycle) zasilanej zrębkami drewna, o mocy 1,2 MW elektrycznej i 5,5 MW ciepła użytkowego, w miejscowości Bielefeld, RFN. Tymczasem podczas ostatniej zimy, w tamtejszej miejscowości Hallormsstadur uruchomiono lokalną ciepłownię o mocy 500 kw, opalaną zrębkami drewna, co dokumentuje rys. 3. W tym kraju prawie nie ma lasów, natomiast mieszkańcy Hallormsstadur założyli takowy wokół swojej miejscowości w 1930 roku, a tamtejsze drzewa osiągają wysokość około 25 metrów. Wybudowana i uruchomiona ostatnio ciepłownia ogrzewa i zasila w ciepłą wodę użytkową tamtejszą szkołę podstawową, halę sportową, kąpielisko, szkołę gospodarstwa domowego, hotel oraz pensjonat. Teraz trwają roboty przy podłączaniu domów do lokalnej sieci grzewczej. Całe to przedsięwzięcie nie tylko harmonizuje z ochroną środowiska, ale w dodatku zapewnia rozliczne miejsca pracy. Omawianą ciepłownię zbudowała firma Heizomat GmbH z Bawarii, RFN, mająca pokaźne doświadczenie w budowie kotłowni opalanych zrębkami drewna. 3
Również w warunkach europejskich ogrzewanie wielorodzinnych domów, szkół, obiektów firm rzemieślniczych i wiejskich przy użyciu zrębków drewna bywa konkurencyjne w stosunku do węgla, oleju, gazu ziemnego, czy gazu płynnego propan-butan. Źródło: Skogarorka GmbH, Island Rys. 3. Uruchamianie ciepłowni lokalnej zasilanej zrębkami drewna w miejscowości Hallormsstadur w Islandii. Źródło: Herz Energietechnik Rys. 4. Ciepłownia z dwoma kotłami o mocy 490 kw każdy, zasilana zrębkami drewna, przy hotelu seminaryjnym RETTER w miejscowości Pölauberg/Steiermark, RFN 4
Rysunek 4 ilustruje ciepłownię opalana zrębkami drewna przy seminaryjnym hotelu Retter w miejscowości Pöllauberg, RFN. W porównaniu do ogrzewania nieodnawialnymi nośnikami ciepła, to nowa ciepłownia wyposażona w dwa kotły, każdy o mocy 490 kw, opalana zrębkami drewna, okazuje się oszczędniejszą o prawie 50 procent. Podobne spostrzeżenia prezentuje Pan Hubertus Gilsbach, właściciel domu letniskowego oraz restauracji w miejscowości Schmallenberg-Oberkirchen, RFN (C. Hilgers; Sonne Wind & WArme, 104, 3, 2010). W 2009 roku uruchomił i przejął do eksploatacji lokalną elektrociepłownię o mocy 300 kw, zasilaną zrębkami drewna. Obecnie zaopatruje 14 obiektów w tej miejscowości w ciepło użytkowe: dom pogodnej jesieni, wielorodzinny budynek mieszkalny, jedno- i dwurodzinne domy, stary młyn z muzeum i kawiarnią oraz pięć mieszkań. Miejscowy dom pogodnej jesieni po przełączeniu swego systemu grzewczego z nieodnawialnych nośników energii na zrębki drewniane płaci obecnie 7,2 eurocentów za kwh dostarczonego ciepła, co stanowi nieco ponad 35-procentowe oszczędności. W tym miejscu nasuwa się czytelnikowi oczywiste pytanie, czym charakteryzują się dobre zrębki drewna? Dla ciepłowni małej mocy (w granicach 15 -- 200 kw) najlepszymi są te, których najdłuższy bok jest o długości 30 50 mm, a zawartość wilgoci nie przewyższa 25 procent. Im większe są zrębki drewna, tym dłużej trwa ich proces spalania. Im dłużej zrębki znajdują się w strefie spalania, tym wolniej się dopalają a często się w takim przypadku nie spalają całkowicie, przez co tworzą się od razu szkodliwe substancje dla zwierząt i środowiska jako składniki spalin. Dla wielkich ciepłowni, czy elektrociepłowni o mocy 1 MW i wyżej stosuje się zrębki drewna z najdłuższym bokiem około 100 mm i zawartości wilgoci do około 35 procent. Przy większej wilgoci tworzy się na drewnie pleśń. Zrębki drewna można magazynować w piwnicy, w szopach, czy betonowych pojemnikach magazynowych. Dowozić można je wywrotkami. Dziś kotłownie opalane zrębkami drewna wyposaża się już w automatyczne, ślimakowe podajniki i to w układzie poziomym oraz pionowym. Instalowanie buforowego zbiornika ciepłej wody jest ekonomicznie uzasadnione tak, jak w innych systemach grzewczych, zasilanych biomasą. Wskazana jest jego minimalna pojemność, wyliczona w odniesieniu do zainstalowanej mocy grzewczej wg przelicznika 30 litrów/kw. Domowe oraz lokalne ciepłownie jak i elektrociepłownie na bazie zrębków drewna są również opłacalne w naszych warunkach krajowych i to szczególnie tam, gdzie w okolicy są lasy lub plantacje drzew oraz krzewów energetycznych. 5