Dr inż. Leon Kurczabiński *) Katowicki Holding Węglowy SA Węgiel kamienny w sektorze komunalno bytowym. Streszczenie. W artykule scharakteryzowano sektor komunalno bytowy w zakresie pokrycia potrzeb na ciepło do ogrzewania i produkcję ciepłej wody. Zdefiniowano pozycję węgla kamiennego w tym sektorze oraz możliwe kierunki zmian w zakresie technologii grzewczych oraz struktury stosowanych surowców energetycznych w aspekcie ewentualnych uwarunkowań prawnych i nowych standardów emisji produktów spalania do powietrza. Warto podkreślić, że węgiel opałowy z polskich kopań jest stosowany w ogrzewnictwie indywidualnym w takich krajach jak: Austria, Czechy, Słowacja, Węgry, Niemcy, Wielka Brytania, Irlandia, Ukraina, Turcja i inne. *) Dyrektor ds. Strategii Sprzedaży, Katowicki Holding Węglowy S.A. 1. Stan ogrzewnictwa w krajowym sektorze komunalno - bytowym. W niniejszym opracowaniu przyjęto, że sektor komunalno - bytowy stanowią gospodarstwa domowe i rolne oraz drobny przemysł i handel, jak również małe lokalne kotłownie o mocy < 6 MW. Praktycznie od początku lat dziewięćdziesiątych zaopatrzenie w ciepło tego sektora jest zadaniem własnym gminy tym, że obecnie struktura własnościowa źródeł ciepła jest mocno zróżnicowana. Według dostępnych danych statystycznych, ze względu na rodzaj ogrzewania oraz stosowane do celów grzewczych surowce i media energetyczne, sektor ten można scharakteryzować w następujący sposób: Około 12 877 000 mieszkań ( gospodarstw domowych) średnio o powierzchni 69,5 m 2, z czego około 69 % mieszkań w ośrodkach miejskich i około 31 % na wsi. Około 75 % mieszkań w miastach oraz 70 % mieszkań na wsi wyposażonych jest w instalacje centralnego ogrzewania. Do ogrzewania budownictwa rozproszonego i częściowo miejskiego stosowane są również indywidualne źródła ciepła, przy czym szacunkowa liczba tych urządzeń wynosi [1]: a. 1,5 mln kotłów c.o. b. 7,5 mln pieców ceramicznych c. 1,5 mln pieców metalowych d. 6,5 mln pieców kuchennych Przybliżona struktura pokrycia potrzeb sektora komunalno bytowego na ciepło do ogrzewania i produkcję ciepłej wody przedstawia się następująco: Ciepło sieciowe z EC i ciepłowni 53,0 % Lokalne kotłownie opalane węglem i koksem 17,4 % Kotły i piece węglowe 25,9 % Lokalne kotłownie opalane olejem lub gazem 3,0 % Elektryczne ogrzewanie akumulacyjne 0,7 % 6
Poza ciepłem sieciowym, łącznie do ogrzewania gospodarstw domowych (indywidualnie lub poprzez lokalne kotłownie) zużywa się rocznie około 11,9 miliona ton sortymentów grubych, średnich i miałowych, w tym: Ok. 5 640 tys. ton sortymentów grubych Ok. 2 680 tys. ton sortymentów średnich\ - w tym 1250 tys. ton kwalifikowanych paliw węglowych, przeznaczonych do niskoemisyjnych kotłów retortowych Ok. 3 580 tys. ton miałów węglowych 2. Pozycja węgla w ogrzewnictwie komunalnym. Biorąc pod uwagę fakt, że około 80 % ciepła sieciowego produkowane jest z węgla ten nośnik energii posiada dominującą pozycję w strukturze paliwowej omawianego sektora. Należy podkreślić, że według sprawozdań URE na 6.3 mln odbiorców gazu ziemnego około 6,111 mln to gospodarstwa domowe. Stanowi to około 58 % ogólnej ilości gospodarstw. Na uwagę zasługuje jednak fakt, że tylko 10 % gospodarstw, które posiadają dostęp do gazu stosuje go do celów grzewczych. Reszta używa go przede wszystkim do gotowania i do przygotowania ciepłej wody, ogrzewając domy m.in. węglem, którego zużycie w tych gospodarstwach ocenia się na ponad 3,9 mln ton a więc ponad połowy zużycia węgla opałowego grubych i średnich sortymentów [2]. Są to głównie wysokojakościowe sortymenty handlowe otrzymywane w procesie wzbogacania urobku surowego o następujących parametrach: Typ węgla 31.1, 31.2, 32.1, 32.2, 33 Wartość opałowa w stanie roboczym [MJ/kg] 24 31 Zawartość popiołu [%] 3-12 Zawartość siarki całkowitej [%] 0,3 0,8 Zawartość wilgoci całkowitej [%] <8 Pomimo wysokich parametrów jakościowych tych węgli, są one jeszcze w wielu gospodarstwach spalane w przestarzałych piecach i kotłach CO, o sprawności wytwarzania ciepła na poziomie 25 do 60 %. Jest to główną przyczyną powstawania niskiej emisji oraz wysokich kosztów ogrzewania. Często w tego typu piecach współspalane są z węglem substytuty paliw i odpady komunalne. Od około 10 lat rośnie dynamicznie zapotrzebowanie na wysokosprawne (80 85 %), automatyczne i niskoemisyjne kotły z paleniskami retortowymi, produkowane w typoszeregu 10 2000 KW i opalane wysoko jakościowymi Kwalifikowanymi Paliwami Węglowymi. Pod tą nazwą należy rozumieć wysokojakościowe sortymenty węgla (groszkowe i miałowe bez klasy < 0,5 mm), o powtarzalnych parametrach jakościowych, spełniające wymagania technologiczne i emisyjne niskoemisyjnych kotłów grzewczych o mocy <2000 KW. Do chwili obecnej na krajowym rynku zamontowano wiele tysięcy tych urządzeń o łącznej mocy ponad 3500 MWt. (rys.1). Atrakcyjność tych kotłów związana jest głownie z niskimi kosztami wytwarzania ciepła (rys. 2) i szybkim zwrotem inwestycji. Przewiduje się, że popyt na te kotły będzie sukcesywnie rósł w miarę utrzymywania się odpowiedniej podaży i konkurencyjnych cen węgla względem 7
innych paliw, oraz w miarę wprowadzania w życie zaostrzonych standardów spalania węgla w sektorze komunalno bytowym, [3]. 4000000 3500000 3000000 2500000 KW 2000000 1500000 1000000 500000 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 lata Rys. 1. Przyrost mocy zainstalowanej kotłów retortowych, w KW 140 EnEl 120 Koszt ogrzewania PLN / GJ 100 80 60 40 GRUBE EnEl2 OO GAZ EKOG 20 8 0 0 20 40 60 80 100 120 Spraw ność % Rys. 2. Pozycjonowanie kosztów ogrzewania w zależności od rodzaju paliwa i technologii wytwarzania ciepła. Rynek komunalno bytowy i małe źródła wytwarzania ciepła na bazie węgla kamiennego dotychczas nie były objęte żadnymi uwarunkowaniami prawnymi z zakresu ochrony powietrza. W listopadzie 2009 roku, podczas posiedzenia Stałej Komisji ds. Energii ONZ w Genewie, szefowa Departamentu Mieszkalnictwa i Zarządzania Środowiskiem poinformowała o uruchomieniu projektu w ramach którego ma powstać propozycja uwarunkowań prawnych, regulujących funkcjonowanie tego rynku w zakresie: Określenia standardów emisji produktów spalania do powietrza w małych źródłach wytwarzania ciepła o małej mocy. Inwentaryzacji małych źródeł wytwarzania ciepła w wybranych krajach
Wyboru najlepszych, dostępnych technik spalania paliw kopalnych w tym węgla oraz wytwarzania ciepła w gospodarstwach domowych i małych kotłowniach, gwarantujących maksymalną sprawność i minimalną emisją produktów spalania do powietrza. Określenia optymalnych parametrów jakościowych paliw, w tym paliw węglowych, gwarantujących uzyskanie odpowiedniej sprawności wytwarzania ciepła i spełnienia norm emisji. O ile do grupy technologii przyjaznej środowisku zostaną zaliczone węglowe kotły retortowe to wymusi to zmianę struktury sortymentowej spalanych węgli z sortymentów grubych na sortymenty średnie i miałowe. Zresztą niska konkurencyjność węgla grubego w stosunku do gazu ziemnego, od lat jest powodem sukcesywnego spadku popytu na te sortymenty. Zużycie tego węgla ma ciągle tendencję malejącą, z ponad 13,5 mln ton / rok w 1996 roku do 5,63 mln ton w 2008 roku. Obecnie, zapotrzebowanie na paliwa kwalifikowane szacuje się na poziomie ponad 1,25 MT /r. Katowicki Holding Węglowy SA jako pierwszy, rozpoczął pod koniec lat 90 tych produkcję tego typu paliw. Dzisiaj produkty o nazwach handlowych EKORET i EKO-FINS są cenione na rynku ze względu na swoje parametry jakościowe. Biorąc pod uwagę najnowsze rozwiązania techniczne oraz ewentualne, przyszłe normy z zakresu emisji z małych źródeł grzewczych rekomendowane paliwa węglowe dla sektora komunalno bytowego powinny posiadać następujące parametry: Tabela 1. Paliwa do kotłów retortowych rekomendowane przez KHW SA TYP SORTYMENTU EKORET EKO-FINS Typ węgla 31.1, 31.2, 32.1 31 32, (33) Węgiel po procesie wzbogacania (ciecz ciężka, osadzarki, inne..) Uziarnienie [mm] 5(8) 25 0-25 Zawartość mułu: < 0,5 mm --- < 5 % Wartość opałowa [MJ / kg] >26 >25 Zawartość popiołu [%] <10 <10 Liczba ROGI <10 <25 Zawartość siarki całkowitej <0,6 <0,6 [%] Zawartość chloru [%] <0,2 <0,2 Zawartość rtęci [ppm] <0,1 <0,1 Zawartość fluoru [%] <0,01 <0,01 Temperatura spiekania > 1100 > 1100 popiołu w atmosferze reduk. [0 C ] Katowicki Holding Węglowy SA ma w planie zwiększyć produkcję paliw groszkowych do 300. a następnie do 400 tysięcy ton / rok oraz produkcję wzbogaconych paliw masłowych w dostosowaniu do potrzeb rynku, [4]. Szacuje się, że popyt na węgiel w sektorze komunalno bytowym do roku 2020 wyniesie: w zakresie kwalifikowanych paliw węglowych do 3 200 000 ton / rok, w przypadku utrzymania tendencji rozwojowych tego rynku, w zakresie sortymentów grubych do 5 000 000 ton / rok. 9
Tabela 2. Potencjalne możliwości produkcyjne paliw kwalifikowanych na bazie zasobów krajowych, [5] : Rok 2015 2030 Paliwa groszkowe [tys. ton] 2665 2310 Paliwa miałowe [tys. ton] 1830 1710 Razem KPW 4495 4020 3. Podsumowanie Rola węgla w sektorze komunalno bytowym będzie zależała od: podaży nowoczesnych, niskoemisyjnych kotłów o wysokiej sprawności, odpowiedniej podaży i łatwego dostępu do kwalifikowanych paliw węglowych, polityki Państwa, szczególnie w zakresie traktowania tego typu rozwiązań grzewczych na równi z innymi, konkurencyjności w zakresie kosztów wytwarzania ciepła w stosunku do innych nośników energii. Szacuje się, że ilość węgla opalowego w sektorze komunalno bytowym może pozostać na obecnym poziomie, ale popyt zostanie ukierunkowany na kwalifikowane sortymenty groszkowe i miałowe o wysokich parametrach jakościowych. Ze względu na okresowy niedobór tego typu węgli na krajowym rynku są one już obecnie zastępowane węglem z importu (Rosja). W wersji niekorzystnej dla węgla, jego zużycie w sektorze komunalno bytowym może być niższe (2020 r) o około 3-4 mln ton. 4. Literatura 1. Gajos S., Klusek M, Kurczabiński L.: Podaż i jakość węgli produkowanych przez katowicki Holding Węglowy SA w świetle przewidywanych zmian jakościowych na rynku odbiorców energetycznych. XXIII Konferencja: Zagadnienia surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej. IGSMiE PAN. Zakopane, 2009. 2. Buńczyk A., Daniluk A.: Energetyka Cieplna w Polsce wstępne wyniki badań. Biuletyn Urzędu Regulacji Energetyki, nr 6, 2003. 3. Kurczabiński L.: Strategia marketingowa produktów EKORET i EKO-FINS. Kwalifikowane paliwa węglowe. KHW SA, Katowice., 2007. 4. Kurczabiński L.: Kwalifikowane paliwa węglowe dla nowoczesnych niskoemisyjnych kotłów w ogrzewnictwie komunalno- bytowym i w ciepłownictwie. Konferencja naukowo techniczna: Produkcja ciepła z biomasy i z węgla a zrównoważony rozwój gmin. Ustroń, 2006. 5. Kurczabiński L.: Studium aktualnego stanu zasobów produkcji węgla W Polsce, głównie dla sektora ogrzewnictwa oraz prognoza do 2015 roku. Materiały własne. 2008. 10