POLIMEX-CEKOP-MODER Sp. z o.o. STOWARZYSZENIE TECHNIKÓW CUKROWNIKOW KONFERENCJA POKAMPANIJNA, WARSZAWA LUTY 2015 ROK

POLIMEX-CEKOP-MODER Sp. z o.o. STOWARZYSZENIE TECHNIKÓW CUKROWNIKOW KONFERENCJA POKAMPANIJNA, WARSZAWA LUTY 2015 ROK

Gospodarka cieplna cukrowni perspektywa rozwoju 2015-2040 dr inż. Witold Łękawski

1975-2014 1975 rok cukrownie duńskie, 200-250 kwh/t 2014 rok cukrownie europejskie, 160-220 kwh/t W okresie 40 lat nie wprowadzono rozwiązań radykalnie zmieniających strukturę gospodarki cieplnej. Postęp w gospodarce cieplnej był powolny.

Przyczyny powolnego doskonalenia gospodarki cieplnej: Niska rentowność produkcji cukru Relatywnie niska cena paliw kopalnianych Wysoka cena energii elektrycznej Znikome uzyskiwanie energii ze źródeł odnawialnych.

Technologie, które umożliwią postęp w gospodarce cieplnej cukrowni: Sprężanie oparów warników, Saturacja ciśnieniowa, Rekuperacja ciepła oparów saturacji, Parowe suszenie wysłodków, Piece wapienne opalane biogazem, Opłacalne zastosowanie tych technologii wymaga zużycia znacznej ilości taniej energii elektrycznej.

Sprężanie oparów warników Przykłady: Cukrownia Rok Typ warnikow Opary t/h Moc kw Aarberg, Szwajcaria 1946 periodyczne 27 2900 Erstein, Francja 1982 FC ciągłe A 5 680 Bacy-le-long, Francja 1982 FC ciągłe A 14 1250 Aarberg, Szwajcaria 1991 VKT ciągłe ABC 25 2000 Al Khaleej,UAE 2005 VKT ciągły Raf. 27 7090

Sprężanie oparów warników A z wykorzystaniem sprężonych oparów do zasilania warników B i C, na przykładzie instalacji Fives Cail do ciągłego gotowania cukrzyc, przerób 10 000 t/d

Oszczędność paliwa/koszt energii elektrycznej Opłacalność sprężana oparów warników Założenia: Przerób buraków, 10000 t/d Ilość sprężonych oparów, 13 t/h, Przyrost ciśnienia oparów, 50 kpa Pobór mocy, 1030 kw Cena węgla, 350 zł/tonę Cena gazu, 1200 zł/1000m3 Cena energii elektrycznej, 100 do 500 zł/mwh 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Turbosprężanie oparów warników Węgiel 350 zł/t gaz naturalny 1200 zł/1000 m3 0 100 200 300 400 500 Cena energii elektrycznej zł/mwh

Saturacja ciśnieniowa Podstawy teoretyczne opublikowano w 1985 roku: W.Łękawski, K.Urbaniec, Zuckerindustrie 110 (1985) nr 9 Istotą tego sposobu jest obniżenie strumienia cieplnego gazów wylotowych saturacji przez zwiększenie ich ciśnienia, co obniża zawartość pary wodnej w gazach wylotowych, X = (Ms/Mg)*Ps/(P-Ps) Ms, Mg ciężary molowe pary i gazu suchego P, Ps ciśnienie gazów wylotowych, ciśnienie cząstkowe pary wodnej

Schemat saturacji ciśnieniowej

Koszt paliwa/koszt energii elektrycznej Koszt paliwa / koszt energii elektrycznej Przykład oceny opłacalności ciśnieniowej saturacji I - Przerób, 10000 t/d - Ilość soku do saturacji I, 135 % nb - Alkaliczność soku do saturacji I, 1,1 % CaO - Temperatura saturacji, 86 C Węgiel 350 zł/t Gaz naturalny 1200 zł/1000 m3 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 1,5 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 25,0 20,0 15,0 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 4,0 10,0 3,0 2,0 5,0 1,0 0,0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Cena energii elektrycznej zł/kwh 0,0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Cena energii elektrycznej zł/kwh

Rekuperacja ciepła oparów saturacji Istotą tego sposobu jest obniżenie strumienia cieplnego gazów wylotowych saturacji przez obniżanie temperatury gazów (obniżanie ciśnienia cząstkowego pary), co obniża zawartość pary wodnej w gazach wylotowych, X = (Ms/Mg)*Ps/(P-Ps) Ms, Mg ciężary molowe pary i gazu suchego P, Ps ciśnienie gazów wylotowych, ciśnienie cząstkowe pary wodnej

Wdrożenia: Cukrownia Rok Brześć Kujawski 1996 Nakło 2009 Krasnystaw 2010 Werbkowice 2011

Przykład Cukrownia Werbkowice

Ilość energii cieplnej kwh/t bur. Straty cieple w gazach wylotowych saturacji 70,0 DANE: Przerób, 10000 t/d 60,0 Sok do saturacji I, 50,0 Ilość,135 % nb Alkaliczność, 1,1 %CaO 40,0 Wykorzystanie gazu, 80% Temp. gazu, 65 do 95 C 30,0 Sok do saturacji II, 20,0 Ilość 125 %nb Alkaliczność, 0,10 %CaO 10,0 Wykorzystanie gazu, 60% Temp. gazu, 65 do 95 C 0,0 Entalpia gazów wylotowych saturacja 2 65,0 70,0 75,0 80,0 85,0 90,0 95,0 Temperatura gazów C saturacja 1

Parowe suszenie wysłodków systemu EnerDry ApS 1979 Koncepcja 1981 Kryzys paliwowy, uruchomienie projektu. 1983 Instalacja pilotująca 1985 Prototyp, 1990 Pierwsza instalacja, Nangis, Francja 2014 Łącznie zainstalowano 24 suszarnie parowe

Zasada działania:

Straty Turbina 9,4 10,6 20,0 kwh/t 189 kwh/t Kocioł 4,0 MPa 430 ºC 20,2 9,0 0,5 9,0 12,4 Wyparka 22,0 % nb BILANS CIEPLNY Cukrownia z parową suszarnią wysłodków 10 000 ton buraków / dobę (% nb, kwh/t) Wysłodki 28 %ss 17,9 2,9 10,7 Straty Parowa suszarnia Wysłodki suche 5,6 Suszarnia systemu EnerDry ApS

Schemat synoptyczny pieca wapiennego opalanego gazem Cukrownia URMIEH, Iran 2012

Palnik gazowy pieca wapiennego

Czy w Polsce energia elektryczna będzie taniała? Cena energii elektrycznej w Polsce jest niska, ok.50% ceny niemieckiej i 70% średniej ceny w UE, Podstawowym surowcem do produkcji energii elektrycznej pozostanie węgiel. Wzrost kosztu wydobycia i koszt certyfikatów CO2 wpłynie na wzrost kosztu produkcji energii elektrycznej, Nakłady inwestycyjne na wymianę zużytych bloków energetycznych i budowę elektrowni jądrowej (75 mld zł) również wpłyną na wzrost kosztu produkcji energii elektrycznej, Polityka prosumencka i wykorzystanie odnawialnych źródeł energii nie zrównoważy wzrostu średnich kosztów produkcji energii elektrycznej.

Wnioski: 1. Nie należy się spodziewać obniżki ceny energii elektrycznej kupowanej przez cukrownie od dystrybutorów. 2. Cukrownie powinny produkować tanią energię elektryczną ze źródeł odnawialnych na potrzeby własne i na sprzedaż.

Jak pozyskać tanią energię elektryczną? Wymiana kotłów parowych na jednostki o ciśnieniu pary 8,0 9,0 MPa i temperaturze 520 540 C z turbozespołami o jednostkowym zużyciu pary 5,8 6,0 kg/kwh. Produkowanie biogazu z wysłodków, odpadów organicznych i przeterminowanej żywności, przetwarzanie go na energię elektryczna w turbinach gazowych lub silnikach tłokowych temat przedstawiono w referacie firmy ADVERIO. Produkcja wodoru z biomasy i soku z przetwarzaniem na energię elektryczną. Wykorzystanie energii słonecznej w instalacjach fotowoltanicznych, w ramach programu prosumenckiego. Wykorzystanie energii wiatrowej w ramach programu prosumenckiego. Produkcj energii elektrycznej ze źródeł niskotemperaturowych w obiegu ORC (Organic Rankine Cycle) i obiegu Kalina.

Produkcja wodoru z biomasy i soku buraczanego (prezentowany materiał udostępnił Pan Prof. Krzysztof Urbaniec) Dlaczego wodór jako paliwo dla transportu i produkcji energii elektrycznej? wartość opałowa 3 razy większa od benzyny para wodna jedynym produktem spalania sprawność ogniw paliwowych 50-60%

Pozyskiwanie wodoru dla zrównoważonej gospodarki: zgazowanie biomasy elektroliza wody energia elektryczna ze źródeł odnawialnych (wiatr, energia słoneczna, ew. inne) biowodór - fermentacja biomasy

Projekt europejski HYTIME TIME Produkcja wodoru w cukrowni biogaz wysłodki liście BIOGAZOWNIA inne surowce do przetworzenia na biogaz nawóz Konferencja STC, Warszawa, 16-17.02.2010 28

Wykorzystanie energii słonecznej w instalacjach fotowoltanicznych Łączna moc instalacji fotowoltaicznych w Polsce w 2014 roku wynosiła W Niemczech w 2014 21 MW 35 500 MW

Ustawa z dnia 20 lutego 2015 roku o odnawialnych źródłach energii Reguluje sprawy związane z produkcja i sprzedażą energii elektrycznej przez prosumentów, to jest osoby fizyczne i prawne równocześnie zużywającymi i sprzedającymi produkowaną przez siebie energię elektryczna ze źródeł odnawialnych

DLACZEGO FOTOWOLTAIKA? Bezpośrednia zamiana energii słonecznej w elektryczną Nie zanieczyszcza środowiska Brak hałasu Szeroki zakres zastosowań Modułowość Zwiększa bezpieczeństwo energetyczne kraju

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Ceny PV euro/kw 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Serie1

Prognoza firmy Shell, marzec 2013 Do roku 2060, prawie 40% energii elektrycznej będzie pochodziło z fotowoltaiki, czyniąc ją największym źródłem energii.

Schemat obiegu ORC (Organic Rankine Cycle)

Dziękuję za uwagę