VI Forum Operatorów Systemów i Odbiorców Energii i Paliw Bezpieczeństwo energetyczne a nowe kierunki wytwarzania i wykorzystania energii w Warszawie Tadeusz Pająk Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Katedra Energetyki i Ochrony Środowiska E-Mail: pajak@imir.agh.edu.pl ZUSOK OCHRONA KLIMATU, ŹRÓDŁO ENERGII 1. Wprowadzenie ZUSOK, czyli Zakład Unieszkodliwiania Stałych Odpadów Komunalnych, zlokalizowany w prawobrzeżnej części Warszawy na terenie dzielnicy Targówek, to jedyny w Polsce tego typu zakład, w skład którego wchodzi instalacja do termicznego przekształcania odpadów komunalnych, w języku technicznym a także ustawy o odpadach zwana spalarnią odpadów. Tym samym skrót ZUSOK bardzo często utożsamiany jest bezpośrednio z jedyną w Polsce, działającą od 2001 r,. spalarnią odpadów komunalnych, choć w jego skład wchodzi także rozległa sortownia i kompostownia odpadów. Jej wydajność jest wyjątkowo mała i z trudem wpisuje się w krajowe statystyki w zakresie sposobów zagospodarowania odpadów komunalnych. Pozwala to jednak umieścić w oficjalnych krajowych statystykach liczbę 0,4%, która ujmuje dla Polski udział metod termicznych w zagospodarowywaniu strumienia masy odpadów komunalnych. Tymczasem tego rodzaju instalacji termicznego przekształcania odpadów w rozwiniętych krajach UE-15 jest nieporównywalnie więcej, ponad 400 i wciąż budowane są tam nowe. Ich udział w stosowanych tam metodach zagospodarowania odpadów komunalnych niejednokrotnie przekracza 50%. W Polsce potrzeba ich aktualnie zdecydowanie więcej niż ta jedyna wchodząca w skład ZUSOK. Trudnych i wymagających przepisów prawa wspólnotowego w zakresie gospodarki odpadami, miedzy innymi dotyczących już niebawem przewidzianego obowiązku redukcji masy odpadów ulegających biodegradacji nie da się, bowiem wypełnić bez wybudowania w kraju spalarni odpadów na łączną wydajność rzędu 2,4 mln Mg/rok. Udowadnia to niezbicie najistotniejszy dokument w tym względzie, jakim jest aktualnie obowiązujący Krajowy Plan Gospodarki Odpadami 2010, przyjęty decyzją Rady Ministrów z końcem grudnia 2006 r. oraz zatwierdzony przez Radę Ministrów (styczeń 2008) i Komisję Europejską (listopad 2007) Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko 2007-2013. Spalarnia ZUSOK jest w aspekcie planów budowy nowych spalarni wyraźnie pozytywnym przykładem. Przeciwnikom aktualnych projektów budowy w Polsce 12-tu dużych spalarni odpadów komunalnych spalarnia ta nie może przysporzyć argumentów na nie, które byłyby tak przydatne w nadużywanej bardzo często retoryce przeciw tym projektom. Spalarnia ZUSOK już aktualnie odgrywa istotną rolę, jako źródło energii elektrycznej, a głównie ciepła kierowanego do sieci, w tym po części jako źródło energii odnawialnej, a także znaczącą rolę w szeroko rozumianej ochronie klimatu i środowiska. Analiza tych kwestii, stanowiąca zasadniczy cel niniejszej publikacji, zostanie przedstawiona w dalszej części pracy. 2. ZUSOK wczoraj, dziś i jutro
Patrząc na wciąż nieodległą historię spalarni ZUSOK, choć pamiętać należy, że do 1944 r. była w przedwojennej Warszawie pierwsza w Polsce spalarnia odpadów komunalnych, warto spojrzeć wstecz i w przód oraz syntetycznie skomentować wczoraj dziś i jutro tego Zakładu. Jak podano wczoraj wcale nie jest tak odległe. Sięga roku 1997, kiedy to zapadła ostateczna decyzja rozpoczęcia budowy tego Zakładu, kiedy w odpowiedzi na nią jej przeciwnicy przykuwali się łańcuchami do beczek z betonem ustawionymi tuż przed jej tymczasową bramą a władze ówczesnej Gminy Targówek wyrażały wielki niepokój o losy tej budowy, stwarzającej potencjalne zagrożenie dla zdrowia mieszkańców Targówka oraz środowiska. Budowa ZUSOK nie była łatwa. Wymagała podjęcia szeregu istotnych decyzji odnośnie ówczesnego projektu spalarni, w tym tych, które sprawiły, że już na etapie budowy projekt ten został gruntownie zmodernizowany i dopasowany w zakresie wymagań emisyjnych i procesowych do znanego już wówczas projektu obecnie obowiązującej dyrektywy w sprawie spalania odpadów. Modernizacja ta pozwoliła oddać do eksploatacji w pełni bezpieczny ekologicznie obiekt, spełniający już w roku 2001 obowiązujące z dniem 28 grudnia 2005 r. bardzo ostre przepisy dyrektywy 2000/76/WE w sprawie spalania odpadów. Dzięki temu spalarnia ZUSOK, nie musiała przechodzić żadnych dodatkowych modernizacji, aby z początkiem roku 2006 spełnić obowiązujące w krajach UE przepisy wymagającego prawa wspólnotowego w zakresie spalania odpadów. Odmiennym przykładem jest tutaj duża spalarnia w Budapeszcie, dziesięciokrotnie większa niż ZUSOK, która decyzją ówczesnych władz politycznych powstała w połowie lat 80-tych ubiegłego wieku na terenie jednej z gęsto zamieszkałych dzielnic miasta, a na przełomie 2002-2005 musiała zostać poddana bardzo istotnej modernizacji, aby spełnić przepisy wspomnianej dyrektywy. ZUSOK dzisiaj to obiekt przekształcający termicznie w sposób absolutnie bezpieczny dla środowiska, zgodny z krajowymi i wspólnotowymi przepisami, rocznie około 40 000 Mg/rok odpadów komunalnych. O spalarni dzisiejszego ZUSOK a, jak podają wyniki badań ankietowych, wie zaledwie kilka procent mieszkańców Warszawy. Gdyby Zakład ten zagrażał zdrowiu mieszkańców, środowisku, gdyby kilka razy w miesiącu trafiał z tego lub innych powodów na czołówki codziennych gazet warszawskich zapewne znacznie więcej mieszkańców Stolicy wiedziałoby o jego eksploatacji. Podstawowe dane spalarni ZUSOK, oparte na danych za rok 2008 przedstawiono w tabeli I. Tabela I. Wybrane dane eksploatacyjne spalarni ZUSOK za rok 2008 Parametr Jednostka Wartość strumień masy spalonych odpadów Mg/rok 39 729 średnia wartość opałowa odpadów kj/kg 10 057 łączna ilość godzin pracy w roku h/rok 7372 moc generatora prądu elektrycznego MW e 2,4 ilość wytworzonej energii elektrycznej MWh e 10 545,3 obecna moc cieplna przyłącza do sieci MW th 9 ilość ciepła przekazanego do sieci GJ 243 010 średnioroczne stężenie pyłu mg/m 3 u 0,56 średnioroczne stężenie SO 2 mg/m 3 u 4,22 średnioroczne stężenie NO 2 mg/m 3 u 114,56 średnioroczne stężenie CO mg/m 3 u 0,29 średnioroczne stężenie DCDD/PCDF ng TEQ /m 3 u 0,052 2
Podane w tabeli I dane posłużą w dalszej części do przedstawienia komentarza w zakresie analizy najważniejszych punktów ciężkości niniejszego referatu, to jest roli spalarni ZUSOK w zakresie źródła energii i ochrony klimatu. ZUSOK jutro to całkowicie odmienny Zakład w stosunku do obecnego, wpisujący się nie tylko w nowoczesny, kompleksowy system zagospodarowania warszawskich odpadów komunalnych, ale także w ogólnokrajowe plany budowy 12-tu nowych spalarni odpadów komunalnych, jak podano na wstępie niezbędnych dla wypełnienia przez Polskę najważniejszych, zapisanych w Traktacie Akcesyjnym i w ustawie o odpadach przepisów w zakresie zagospodarowania odpadów. Na rysunku 1 przedstawiono graficznie projekty budowy 12-tu niezbędnych w tym celu spalarni odpadów komunalnych zaplanowanych w dużych miastach bądź regionach kraju [1], [2]. Szczecin 180 tys. Mg/rok 300 mln PLN Koszalin 120 tys. Mg/rok 280 mln PLN Poznań 200 tys. Mg/rok 640 mln PLN Bydgoszcz - Toruń 180 tys. Mg/rok 400 mln PLN Gdańsk 250 tys. Mg/rok 539,03 mln PLN Łódź 250 tys. Mg/rok 660 mln PLN Olsztyn 120 tys. Mg/rok 517,64 mln PLN Białystok 100 tys. Mg/rok 413,289 mln PLN Warszawa 265 tys. Mg/rok 533,42 mln PLN Górnośląski Związek Komunalny 2 x 250 tys. Mg/rok 1081,16 mln PLN Kraków 250 tys. Mg/rok 703 mln PLN Rys.1. Graficzna ilustracja projektów budowy instalacji termicznego przekształcania odpadów komunalnych wg listy indykatywnej z dnia 30 lipca 2009 r. do Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko 2007-2013 Jak wskazuje rysunek 1 na terenie obecnego ZUSOK powstanie jedna z 12-tu projektowanych aktualnie w kraju spalarni odpadów komunalnych. Będzie to nowoczesna, dwuliniowa, oparta o najlepszy dostępny stan techniki spalarnia odpadów komunalnych, o rocznej wydajności rzędu 265 000 Mg/rok. Jej proces projektowy wymagający opracowania szeregu dokumentów celem złożenia wniosku do Funduszu Spójności dla uzyskania dofinansowania jest daleko zaawansowany. Projekt ten pod względem zaawansowania należy do wiodących spośród wszystkich 12-tu znajdujących się na tzw. liście indykatywnej do Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko. Jako jeden z dwóch, według stanu na 3
połowę września 2009 r., pomyślnie przebrnął przez fazę uzyskania decyzji środowiskowej, a poprzedzony został wielomiesięczną i wielowymiarową kampanią i dyskusjami ze społecznościami lokalnymi, organizacjami ekologicznymi oraz najbardziej zagorzałymi przeciwnikami. ZUSOK według przyjętego umownie pojęcia jutro powinien podjąć eksploatację najpóźniej do końca 2015 r., a idealnym rozwiązaniem byłoby, aby fakt ten miał miejsce już z początkiem roku 2014 r., kiedy miasto Warszawa, ale także wszystkie pozostałe polskie gminy będą musiały dokonać 50% redukcji masy odpadów ulegających biodegradacji. Można, zatem z umiarkowaną dozą optymizmu patrzeć na przyszłość ZUSOK i jego rolę w warszawskim systemie kompleksowego zagospodarowania odpadów komunalnych. Zbudowana i służąca obecnemu Zakładowi infrastruktura, nabyte doświadczenia obecnych pracowników w zakresie eksploatacji tego typu instalacji, a także wysoki poziom zaufania społecznego, jakie obecna spalarnia ZUSOK wypracowała przez te osiem lat eksploatacji dobrze wróżą na najbliższe jutro. 3. ZUSOK, jako źródło energii Pomimo, że zasadniczą rolą spalarni, stanowiącą jedynie uzupełniający element systemu gospodarki, jest bezpieczne dla środowiska unieszkodliwienie strumienia masy odpadów, które pozostają wobec nadrzędnych metod ich zagospodarowania, to towarzyszący temu procesowi odzysk energii ma kluczowe znaczenie i aktualnie w nomenklaturze angielskojęzycznych czy niemieckojęzycznych krajów UE fakt ten jest wyraźnie podkreślany, a zwroty określające proces spalania odpadów, jako: waste to energy, energy from waste bądź Energie aus Abfall są tego najlepszym przykładem [3]. Jak wspomniano na wstępie dzięki jedynej w Polsce spalarni ZUSOK metody termicznego przekształcania odpadów komunalnych pozostawiają symboliczny ślad w krajowej statystyce, stanowiąc 0,4% udziału w pozostałych metodach zagospodarowania odpadów, opartych głównie na składowaniu (92% udziału). Średnio we wszystkich krajach UE-27, a zatem również i w nowych krajach UE, w których podobnie jak w Polsce ilość spalarni jest znikoma, udział metod termicznych wynosi 19%, odzysku i recyklingu 40% a składowania 41%. Ponad 400 spalarni odpadów komunalnych aktualnie eksploatowanych w krajach UE spala rocznie około 58,5 mln ton odpadów komunalnych. Typowa spalarnia pracująca w krajach UE spalając jedną tonę odpadów pozwala dzięki odzyskowi ich energii wytworzyć około 400 kwh e energii elektrycznej oraz około 1000 kwh th ciepła. Odzyskiwana, zatem stąd energia elektryczna i cieplna, produkowana najczęściej w skojarzeniu, pozwala zasilić około 7 mln gospodarstw domowych i około 13,4 mln domostw w ciepło [3]. Dobitnym przykładem potwierdzającym, jak istotną rolę mogą odgrywać spalarnie odpadów komunalnych traktowane, jako źródła elektryczności i/lub ciepła a coraz częściej, jako chłodu, jest miasto Wiedeń, w którym 3 zainstalowane tam spalarnie odpadów komunalnych dostarczają w ciągu roku średnio 25% ciepła kierowanego do sieci zdalaczynnego ogrzewania miasta, czy w Szwecji w Uppsala, gdzie ciepło wytworzone w tamtejszej spalarni pokrywa około 40% potrzeb tego miasta. W przypadku projektu nowej spalarni dla ZUSOK przewidywana jest, podobnie jak dla większości krajowych projektów spalarni odpadów komunalnych, najbardziej efektywna forma odzysku energii chemicznej zawartej w odpadach, czyli jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła. Taka forma odzysku pozwala, w zależności od potrzeb, stosować bardzo elastyczną koniunkcję pomiędzy wytworzoną energią elektryczną i ciepłem. Możliwym będzie, zatem wytwarzać: energię elektryczną i ciepło z preferencją wytwarzania ciepła, energię elektryczną i ciepło z preferencją wytwarzania elektryczności, 4
oraz układ pośredni. Jeśli założyć, że ekonomicznie uzasadnione będzie wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła z preferencją na przykład produkcji ciepła, co może mieć miejsce w okresie sezonu grzewczego, gdy zapotrzebowanie ciepła jest priorytetem, wówczas możliwym będzie wytworzyć w ciągu roku około 105 GWh e energii elektrycznej i około 200 GWh th ciepła, zakładając dla tego rodzaju instalacji i tego trybu pracy wskaźnik produkcji energii elektrycznej równy 0,4 MWh e na 1 tonę termicznie przekształconych odpadów oraz 0,75 MWh th /Mg ciepła, przy założeniu eksploatacji ZUSOK przez 8000 h/rok. Będzie to odpowiadać mocy generatora równej około 13 MW e i mocy cieplnej rzędu 25 MW th. Należy tutaj dodać, że już wkrótce moc zainstalowanego na terenie ZUSOK przyłącza do sieci ciepłowniczej wyraźnie wzrośnie, z obecnych 9 MW th do 50 MW th. Biorąc jednocześnie pod uwagę, że zgodnie z oczekiwanym niebawem rozporządzeniem Ministra Środowiska w sprawie szczegółowych warunków technicznych kwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów komunalnych jako energii z odnawialnego źródła energii 42% wytworzonej w ZUSOK energii elektrycznej będzie miało charakter energii zielonej, wówczas w ciągu roku zostanie wytworzone około 44 GWh e tego rodzaju energii odnawialnej. Będzie to zarazem energia wolna od emisji CO 2, co dla ochrony klimatu ma istotne znaczenie. W podobny sposób, przyjmując kolejne wskaźniki, można wyznaczyć podobne parametry dla trybu pracy na przykład z preferencją energii elektrycznej oraz dla pośredniego czy ekstremalnego po stronie energii elektrycznej bądź ciepła wariantu odzysku energii w nowej spalarni ZUSOK. Wyniki obliczeń ilości wytworzonej energii w różnej postaci dla dwóch podstawowych, potencjalnie możliwych trybów pracy projektowanej spalarni ZUSOK przedstawiono w tabeli II. Są to dane szacunkowe. Szczegółowe obliczenia w tym względzie i wynikające stąd analizy ekonomiczne są nieodłącznym elementem odpowiednich rozdziałów studium wykonalności dla nowej spalarni ZUSOK, jako jednego z zasadniczych dokumentów niezbędnych do opracowania na etapie projektowym. Tabela II. Wyniki obliczeń ilości wytworzonej energii elektrycznej i ciepła dla potencjalnie możliwych trybów pracy projektowanej na terenie ZUSOK nowej spalarni odpadów Tryb pracy projektowanej spalarni ZUSOK moc gen. MW e Energia elektryczna wytworz. GWh e zielona MWh e moc MW th Ciepło wytworz. GWh th Tryb pracy z preferencją wytwarzania ciepła 13 105 44 25 200 Tryb pracy z preferencją wytwarzania energii elektrycznej 16,5 132 56 11,5 93 Analizując podane w tabeli II wartości należy także wziąć pod uwagę ilości energii elektrycznej i ciepła, jakie produkowane są przez obecną spalarnię, co przedstawia tabela I. Projekt nowej spalarni nie wyklucza, bowiem eksploatacji obecnej instalacji. Jak wskazują syntetyczne analizy odzysku ciepła z obecnej i projektowanej spalarni ZUSOK łatwo zauważyć, że spalarnie te będą istotnymi, wpływającymi nie tylko na poprawę ochrony klimatu i jakości środowiska instalacjami, ale także niezależnymi od konwencjonalnych nośników energii źródłami energii elektrycznej i ciepła, co w aspekcie podniesienia poziomu bezpieczeństwa energetycznego miasta ma bardzo duże znaczenie. 5
4. Ochrona klimatu Analizując ochronę klimatu związaną z eksploatacją obecnej i projektowanej spalarni ZUSOK w sensie dosłownym, czyli w aspekcie zagrożenia przed emisją CO 2 stwarzającą bezpośrednie zagrożenie dla efektu cieplarnianego, należy wziąć pod uwagę następujące czynniki: termiczne przekształcanie w obecnej i projektowanej spalarni ZUSOK w sumie około 300 000 ton odpadów komunalnych w skali roku spowoduje, że tej wielkości strumieni masy odpadów nie trafi na składowiska zlokalizowane dalej lub bliżej Warszawy. Proces ten należy rozpatrywać nie tylko w skali jednego roku, ale szeregu kolejnych lat planowanej eksploatacji ZUSOK, pomijając dla potrzeb tej analizy fakt, że od roku 2013 składowanie nieprzetworzonych odpadów komunalnych nie będzie prawnie możliwe. Tym samym trafiający rokrocznie na składowiska tej wielkości strumień masy odpadów, znów zakładając hipotetycznie, że znajdą się takie składowiska, które go zechcą przyjąć, będzie źródłem emisji CO 2 i przede wszystkim metanu do atmosfery, który w skali oddziaływania na efekt cieplarniany jest około 23 razy większym zagrożeniem, niż CO 2. Dla uproszczenia tej analizy zaniedbuje się jednocześnie także i ten fakt, że emisja CO 2, jaka będzie wydzielana wraz ze spalinami z rur wydechowych samochodów przewożących te 300 tys. ton odpadów w skali każdego roku na składowiska nie będzie miała tutaj znaczenia, co jest nieprawdą. Nie można jednak nie brać pod uwagę, że z jednej tony składowanych odpadów powstaje w ciągu 20 lat jej deponowania przeciętnie 230 m 3 gazu składowiskowego, w którym udział metanu stanowi od 45 do 65%, a dwutlenku węgla od 25 do 35%. Jaki ładunek metanu i dwutlenku węgla trafi w związku z tym do atmosfery, albo jakiego można byłoby uniknąć, gdyby odpady te trafiały przez co najmniej 20 letni okres eksploatacji do spalarni ZUSOK łatwo wyliczyć, spalanie w spalarniach ZUSOK około 300 000 ton odpadów komunalnych w ciągu roku, z których wytworzone zostaną podane przykładowo w tabeli I i II rodzaje energii zastąpi niezbędny w tym celu strumień masy węgla, co przyjmując odpowiednie relacje pomiędzy wartościami opałowymi węgla i odpadów stanowić może w przybliżeniu substytut 120 000 ton węgla w roku. Jeśli źródłem energii nie będą odpady, to dla jej równoważnego wytworzenia musi zostać spalony węgiel w podanej ilości, co jest logiczną konstatacją. Z każdej jego spalonej tony wprowadzona zostanie do atmosfery określona ilość CO 2, a przy okazji niewspółmiernie większa niż przy spalaniu odpadów komunalnych ilość innych zanieczyszczeń; jak pyłów, dwutlenku siarki, tlenku węgla, tlenków azotu, węglowodorów aromatycznych, rtęci etc. Orientacyjnie można podać, że wytworzenie 1 MWh e energii elektrycznej w konwencjonalnych źródłach opalanych węglem wiąże się z emisją CO 2 od 0,85 do 1,1 Mg CO 2 /MWh e, trzeci argument, który w aspekcie ochrony klimatu jest równie istotny, to fakt, że znaczna część energii elektrycznej wytworzonej z odpadów, a konkretnie 42%, będzie zerowym źródłem emisji CO 2, bo będzie to energia odnawialna, wytworzona z biomasy zawartej w odpadach. Jeśli zesumować i rozpatrywać szczegółowo wszystkie wyżej wymienione argumenty, to bez wątpliwości spalanie odpadów komunalnych w spalarniach ZUSOK stanie się dla środowiska i ochrony klimatu wyraźnie bardziej przyjazne niż ich składowanie czy zastępowanie paliwem konwencjonalnym. 5. Podsumowanie 6
Przytoczone w syntetycznej postaci argumenty i liczbowe dane związane z obecnym i projektowanym procesem spalania odpadów komunalnych w warszawskim ZUSOK potwierdzają jednoznacznie następujące fakty: projektowana na terenie ZUSOK nowa spalarnia to jedynie element nowoczesnego kompleksowego systemu zagospodarowania odpadów komunalnych w największym polskim mieście i zarazem stolicy kraju. Bez niego system ten nie będzie w stanie spełnić zapowiadanych już w perspektywie 2013 r. bardzo ostrych wymagań w zakresie redukcji masy odpadów ulegających biodegradacji. O związanych z taką ewentualnością konsekwencjach, o wysokości możliwych w takim przypadku kar nakładanych przez Europejski Trybunał Sprawiedliwości czy wstrzymaniu dotacji z funduszy UE trudno w tym miejscu nie wspomnieć, zarówno obecna, ale przede wszystkim projektowana na terenie ZUSOK spalarnia odpadów to istotne źródło ekologicznie przyjaznej, a w pewnym zakresie także odnawialnej energii elektrycznej i ciepła. Dla ich alternatywnego wytworzenia trzeba byłoby użyć węgla, z czym związane byłoby zdecydowanie bardziej większe zagrożenie klimatu i środowiska niż biorąc pod uwagę alternatywne spalanie odpadów. Literatura: 1. Pająk T.: Abfallwirtschaft in Polen unter besonderer Berücksichtigung der Planung für die Abfallverbrennungsanlagen. MÜLLMAGAZIN Abfall Rohstoff Energie Zeitschrift für nachhaltige Wirtschaften. Nummer 1/2009, s. 8-12. 2. Pająk T.: Instalacje termicznego przekształcania odpadów komunalnych zaawansowanie projektów budowy w decydującym etapie ich rozwoju. Artykuł przyjęty na XIII Międzynarodowy Zjazd Ekologiczny, Poznań, listopad 2009. 3. Stengler E.: Waste to Energy and Recycling The Magic Formula. Confederation of European Waste to Energy Plants, 2007. 7