Stan i perspektywy utylizacji metanu z kopalń szanse i zagrożenia. Profesor Stanisław Nawrat

Stan i perspektywy utylizacji metanu z kopalń szanse i zagrożenia Profesor Stanisław Nawrat

Zasoby MPW Zasoby wydobywalne bilansowe metanu pokładów węgla wynoszą 85,9 mld m 3, (w tym w złożach eksploatowanych około 26 mld m 3, a w niezagospodarowanych złożach rezerwowych lub w strefie złóż głębokich o głębokości poniżej 1000 m wynoszą ok. 60 mld m 3 ) Potencjalne zasoby metanu z pokładów węgla szacowane są na około 350 mld m 3. Udokumentowane zasoby metanu w Polsce mogłyby gwarantować niezależność energetyczną kraju 3

Metanowość kopalń węgla kamiennego w Polsce Zagrożenie metanowe w Polskich kopalniach węgla jest wysokie: metanowość absolutna wynosi 930 mln m 3 CH 4 rocznie a ujęcie metanu podziemnym odmetanowaniem wynosi ok. 300 mln m 3 CH 4 rocznie z czego ujęcie odmetanowaniem wyprzedzającym wynosi tylko ok 10%. Podstawowymi przyczynami tego stanu jest między innymi niska gazoprzepuszczalność skał na dużych głębokościach eksploatacji węgla kamiennego w Polsce (głębokości powyżej 800m). 4

Mapa koncesji na poszukiwanie, rozpoznanie i wydobywanie MPW - legenda 5

Mapa koncesji na poszukiwanie, rozpoznanie i wydobywanie MPW 6

Mapa koncesji na poszukiwanie, rozpoznanie i wydobywanie MPW część południowa 7

Mapa koncesji na poszukiwanie, rozpoznanie i wydobywanie MPW 8

Metody odmetanowania pokładów węgla Można wyróżnić następujące metody odmetanowania pokładów węgla: 1. ze względy na lokalizację wiertni na: odmetanowanie otworami z powierzchni, odmetanowanie otworami z wyrobisk górniczych (podziemne), odmetanowanie z powierzchni i z wyrobisk górniczych 9

Metody odmetanowania pokładów węgla 2. ze względu na czas odmetanowania: wyprzedzające przed prowadzoną eksploatacją, eksploatacyjne prowadzone równocześnie z eksploatacją węgla, 3. ze względu na kierunek otworu wiertniczego na odmetanowanie: otworami diagonalnymi, otworami horyzontalnymi, otworami lateralnymi. 10

Metody odmetanowania pokładów węgla 3. ze względu na sposób zwiększania gazoprzepuszczalności węgla: odmetanowanie bez szczelinowania, odmetanowanie z szczelinowaniem hydraulicznym, odmetanowanie z szczelinowaniem za pomocą materiałów wybuchowych, odmetanowanie z szczelinowaniem przy użyciu gazów (np. azotu, dwutlenku węgla). 11

4. ze względu na długości otworów odmetanowanie otworami krótkimi do 200m, odmetanowanie otworami długimi do kilku kilometrów. 12

Odmetanowanie otworami z powierzchni 13

Odmetanowanie wyprzedzające Przedeksploatacyjne odmetanowanie pokładów węgla otworami powierzchniowymi ocena zastosowania w warunkach złożowych i górniczych GZW wraz z odwierceniem otworu badawczego - projekt wykonany przez Państwowy Instytut Geologii Oddział w Sosnowcu w KHW S.A. KWK Mysłowice-Wesoła w silnie metanonośnym pokładzie grupy 500 na poziomie 865 m. Otwór pionowy i otwory kierunkowe w pokładzie zlokalizowane będą w parceli ściany przewidzianej do eksploatacji przez kopalnię w najbliższych latach. Efekty prowadzonego odmetanowania zostaną potwierdzone robotami górniczymi i badaniem metanonośności pokładu w rejonie prowadzonego eksperymentu.

KWK Mysłowice-Wesoła Pokład 501 w którym wykonano eksperyment 2015-2017 dł. 225m wyb. 840m H 3,8m PARTIA Az POKŁAD 501 ZASOBY OPERATYWNE 7941 tys. Mg POKŁAD 510 ZASOBY OPERATYWNE 32560 tys. Mg ZASOBY METANU DLA CAŁOŚCI ZŁOŻA WESOŁA Desorbowalne kat. B 1061,438 mln m3 Desorbowalne kat. C 863,075 mln m3

Odmetanowanie wyprzedzające

Odmetanowanie wyprzedzające - projekt szczelinowania hydraulicznego

Odmetanowanie wyprzedzające - Projekt szczelinowania hydraulicznego

Odmetanowanie pokładów węgla z powierzchni Program Geo Metan Projekt Gilowice PIG Oddział w Sosnowcu wspólnie PGNiG w ramach programu Geo-Metan realizuje Projekt Gilowice w ramach, którego w pozyskanych otworach od firmy DART ENERGY (Gilowice 1 i Gilowice 1H) zostało przeprowadzonych 5 zabiegów szczelinowania pokładu 510 obecnie prowadzone są testy eksploatacyjne. 19

Odmetanowanie pokładów węgla z powierzchni projekt Żory Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji Żory Sp. z o.o. wykonało otwór badawczy ŻM - 2 o maksymalnej głębokości 520 m w celu poszukiwania i rozpoznawania złóż metanu z pokładów węgla w rejonie koncesyjnym Żory M położonym na terenie Gminy Miejskiej Żory. Obecnie prowadzone są testy eksploatacyjne. 20

Odmetanowanie kopalń czynnych Dla zapewnienia bezpiecznej eksploatacji pokładów węgla stosuje się odmetanowanie w Polsce głównie z wyrobisk podziemnych. Wielkość ujęcia metanu zależy głównie od: metanonośności pokładów, gazoprzepuszczalności węgla, technologii odmetanowania. 21

Systemy odmetanowania ścian eksploatacyjnych

Systemy odmetanowania scian eksploatacyjnych

Systemy odmetanowania ścian eksploatacyjnych

Systemy odmetanowania kopalń

Systemy odmetanowania ścian eksploatacyjnych z wykorzystaniem wyrobiska

Odmetanowanie z powierzchni i z wyrobisk podziemnych w kopalni Samsonovskaya Zapadnaya na Ukrainie

Odmetanowanie z powierzchni w kopalni Samsonovskaya Zapadnaya na Ukrainie

Odmetanowanie długimi otworami - Modułowy system wiertniczy VLI drilling seria 1000 30

Schemat ideowy odmetanowanie długimi otworami (A. Jakóbow) 31

Odmetanowanie długimi otworami - Australia 32

Odmetanowanie długimi otworami - USA

Odmetanowanie długimi otworami - Chiny

Próby szczelinowania pokładów węgla z wyrobisk podziemnych Występuje problem związany z małą gazoprzepuszczalnością pokładów która w Polsce jest niewielka 0,1-10mD Problem wymaga zastosowania odpowiednich technologii szczelinowania pokładów węgla 35

Próby szczelinowania hydraulicznego pokładów węgla z wyrobisk podziemnych w KWK Rydułtowy-Anna Dla badań założono, że obejmować będą następujące etapy: odwiercenie otworów drenażowych za pomocą wiertnicy WDP 1C, wytworzenie nadciśnienia wody wtłaczanej do otworu za pomocą pomp, podsadzenia wytworzonych szczelin materiałem porowatym (odpowiednio przygotowanym piaskiem) 36

Próby szczelinowania pokładów węgla z wyrobisk podziemnych w KWK Rydułtowy-Anna Legenda: 1-obudowa ŁP; 2-pokład węgla; 3-rura obsadowa; 4-uszczelnienie górotworu; 5-głowica uszczelniająca Bimbar-1; 6-przewód wiertniczy 37

Projekt szczelinowania pokładów węgla wykonany przez AGH i ZOK II W KWK Rydułtowy-Anna Wykonano otwory nr 1, nr 2 i nr 3. Otwory wykonano w pokładzie węgla, parametry otworów były następujące: średnica otworów 65mm, orurowanie na długości 6m, rurą PCV urabialną, długości otworów 120m. 39

Próby szczelinowania pokładów węgla z wyrobisk podziemnych w KWK Rydułtowy-Anna 40

Próby szczelinowania hydraulicznego pokładów węgla z wyrobisk podziemnych w KWK Rydułtowy-Anna Otwór nr 1 Przeprowadzone szczelinowanie wykazało: Średni zrost wydatku mieszaniny gazów o 7% Średni wzrost wydatku metanu o 15% Chwilowy wzrost wydatku mieszaniny gazów o 30% Chwilowy wzrost wydatku metanu o 63% 41

20.01 21.01 22.01 23.01 24.01 25.01 26.01 27.01 28.01 29.01 30.01 31.01 1.02 2.02 3.02 4.02 5.02 6.02 7.02 8.02 9.02 10.02 11.02 12.02 13.02 Wydatek [m 3 /min] szczelinowanie Koncentracja metanu [%] Próby szczelinowania hydraulicznego pokładów węgla z wyrobisk podziemnych w KWK Rydułtowy-Anna 0,70 100 0,60 90 80 0,50 70 0,40 0,30 60 50 40 0,20 0,10 30 20 10 0,00 0 Czas pomiaru Wydatek metanu [m3/min] Koncentracja metanu [%] 42

Emisja metanu [mln m3/rok] Wydobycie węgla [mln Mg/rok] Liczba kopalń [szt] Metanowość kopalń w Polsce 1000 900 800 700 600 500 120 100 80 60 400 300 42 42 41 40 33 33 31 31 31 32 31 31 30 30 30 40 200 20 100 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Rok 0 Wydobycie węgla kamiennego Metanowość bezwzględna Metanowość wentylacyjna Liczba kopalń węgla kamiennego Odmetanowanie Utylizacja metanu z odmetanowania 43

Emisja metanu [mln m3/rok] Wykorzystanie metanu ujętego w procesie odmetanowania 400 350 300 250 200 150 100 50 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Rok Odmetanowanie Wykorzystanie 44

Emisja metanu [mln m3/rok] Niewykorzystany metan ujęty w procesie odmetanowania 160 140 120 100 80 60 40 20 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Rok Niewykorzystany metan z odmetanowania 45

Technologie utylizacji metanu pokładów węgla w zależności od koncentracji metanu w mieszaninie gazów z odmetanowania lub w powietrzu wentylacyjnym 46

Utylizacja metanu pokładów węgla sposoby wykorzystania 47

Utylizacja metanu z odmetanowania pierwsza instalacja 1997rok KWK Krupiński Skojarzony układ energetyczny w KWK Krupiński Dane techniczne silnika gazowego: paliwo gaz o wydatku 14 m 3 /min z odmetanowania kopalni Krupiński o stężeniu metanu 50 60 %, moc elektryczna 3,0 MW, moc cieplna 3,2 MW, 51

Skojarzony układ energetyczny w KWK Krupiński W 2005 r. w kopalni Krupiński zbudowano 2 instalację kogeneracyjną złożoną z silnika nr 2 tłokowy TCG 2032 V16 firmy Deutz połączony z agregatem prądotwórczym. paliwo gaz o wydatku 17 m3/min z odmetanowania kopalni Krupiński stężenie metanu 50 60 %, moc elektryczna 3,9 MW, moc cieplna 4,2 MW, 52

Utylizacja metanu z odmetanowania KWK Pniówek pierwsza centralna klimatyzacja w Polsce rok 2000 zmodernizowana w roku 2010 Dane techniczne skojarzonego układu energetycznochłodniczego w kopalni Pniówek : dwa silniki gazowe typu TBG 632 V 16 firmy Deutz, paliwo gaz z odmetanowania kopalni Pniówek o wydatku ok. 50 m 3 /min o stężeniu metanu 50 60 %, moc elektryczna 6,4 MW, moc cieplna 7,4 MW. dwie chłodziarki absorpcyjne moc chłodnicza 4,7 MW, trzy chłodziarki sprężarkowe moc chłodnicza 3,2 MW, moc chłodnicza 7,9 MW 53

Skojarzony układ energetyczny w KWK Budryk Instalacja składa się z 3 tłokowych silników gazowych firmy Deutz TBG 620V 20K wraz z generatorami prądu AVK DIG 130 o mocy 1 666 kw zostały zabudowane w KWK Budryk przez firmę ZPC Żory. Dane techniczne zespołu są następujące: paliwo gaz o wydatku 21 m3/min z odmetanowania kopalni Budryk o stężeniu metanu 50 60 %, moc elektryczna 4,998 MW, moc cieplna 5,271 MW. 54

Skojarzony układ energetyczny w KWK Borynia Spółka Energetyczna Jastrzębie w KWK Borynia" eksploatuje jeden silnik spalinowy firmy GE Jenbacher o mocy elektrycznej 1,819 MW i cieplnej 1,860 MW. 55

Skojarzony układ energetyczny w KWK Halemba-Wirek i KWK Bielszowice KWK Halemba" i KWK Bielszowice" wykorzystują gaz ujmowany odmetanowaniem częściowo w silniku spalinowym firmy GE Jenbacher typu JMS 312GS-B.LC o mocy na wyjściu 543kW i odzyskiwanego ciepła 703kW, oraz częściowo w kotłowniach na potrzeby własne. 56

Wykorzystanie metanu z KWK Nowe Brzeszcze W KWK Brzeszcze ujmowany odmetanowaniem gaz sprzedaje prawie w całości do Zakładów Chemicznych Synthos S.A. Pozostałą niewielką część wykorzystuje do produkcji ciepła za pomocą kotłów wodnych WR- 10 i WR-25 z palnikami gazowymi. 57

Wykorzystanie metanu z KWK Sośnica Makoszowy Kompania Węglowa S.A. uruchomiła w 2009r. w KWK Sośnica Makoszowy instalację energetyczną kogeneracyjną Tedom Quanto D 2000 SP (o sprawności całkowitej 84,5 proc.) o mocy elektrycznej 1,95 MW i mocy cieplnej 1,94 MW wykorzystującą gaz z odmetanowania kopalni. 58

Wykorzystanie metanu z KWK Mysłowice Wesoła Moc elektryczna elektrociepłowni to ponad 2,8 megawata, moc cieplna - blisko 3 megawaty. 59

Silniki gazowe w ZEC Katowice W czterech elektrociepłowniach pracują silniki gazowe produkujące energię elektryczną i ciepło w kogeneracji, zasilane gazem pochodzącym z odmetanowania kopalń. Łączna moc elektryczna silników wynosi 15,878 MW. 60

Wykorzystanie metanu z PG Slesia Metanowość kopalni wynosi ok 40 m 3 CH 4 /min (21 mln/rok). odmetanowaniem pozyskano ok. ok 13m 3 CH 4 /min (7 mln/rok). W okresie grzewczym kopalnia spala metan w kotłach gazowo olejowych 2 x 8 MW oraz kotle gazowo olejowym 1 MW. PG Silesia sprzedaje część ujmowanego gazu za pośrednictwem spółki Metanel S.A. do Rafinerii Czechowice-Dziedzice. 61

Wykorzystanie metanu z KWK Sośnica Makoszowy Kompania Węglowa S.A. uruchomiła w 2009r. w KWK Sośnica Makoszowy instalację energetyczną kogeneracyjną Tedom Quanto D 2000 SP (o sprawności całkowitej 84,5 proc.) o mocy elektrycznej 1,95 MW i mocy cieplnej 1,94 MW wykorzystującą gaz z odmetanowania kopalni. 62

Wykorzystanie metanu z zlikwidowanej kopalni węgla kamiennego Morcinek Firma Karbonia sp. z o.o ujmuje metan ze zrobów zlikwidowanej kopalni Morcinek. Który przesyła rurociągiem ok. 200 000 m3ch4/rok do kopalni CSM, gdzie jest spalany w silnikach gazowych. 63

Wykorzystanie metanu z zlikwidowanej KWK Żory 64

Wykorzystanie metanu z zlikwidowanej kopalni węgla kamiennego Żory Firma Gazkop sp. z o.o ujmuje metan ze zrobów partii C zlikwidowanej kopalni Żory i utylizacji metanu w silniku gazowym dla produkcji energii elektrycznej o mocy 2 MW a ciepło sprzedaje firmie ogrzewającej osiedle. 65

Silnik gazowy w zlikwidowanej KWK Żory 66

Silnik gazowy w zlikwidowanej KWK Żory 67

Wykorzystanie metanu z zlikwidowanej kopalni węgla kamiennego Żory Firma Cetus sp. z o.o realizuje projekt pozyskania metanu ze zlikwidowanej kopalni Żory i utylizacji metanu w silniku gazowym dla produkcji energii elektrycznej. Został odwiercony otwór do przekopu badawczego na poz. 400 m, łączącego zlikwidowaną kopalnię Żory z kopalnia Jankowice w rejonie nasunięcia orłowskiego. 68

Wykorzystanie metanu z zlikwidowanej kopalni węgla kamiennego Anna - Południe Firma POLTEXMETAN sp. z o.o. odwierciła otwory dla eksploatacji metanu z zlikwidowane kopalni węgla kamiennego Anna Południe następnie przewiduje sprzedaż metanu do Ciepłowni w Wodzisławiu Śląskim. 69

Poszukiwanie i rozpoznanie metanu pokładów węgla zlikwidowanej kopalni Anna Firma Termospec sp. z o.o uzyskała koncesję na poszukiwanie i rozpoznanie metanu w polu zlikwidowanej kopalni Anna w marcu zostanie wykonany otwór T-1. 70

Poszukiwanie i rozpoznanie metanu pokładów węgla zlikwidowanej kopalni Anna Lokalizacja zrobów górniczych - pokład 703 71

Prognozowane zasoby metanu w obszarze koncesyjnym Anna Nienaruszone rejony m3 Zroby m3 Matryca węglowa 9 543 816 192.00 4 230 868.50 System spękań 528 659 232.00 101 366 512.00 72

Przekrój przez model geologiczny w płaszczyźnie trajektorii odwiertu T3 73

Mapa objętości metanu wolnego, [ Sm 3 ] 74

Mapa objętości metanu zaadsorbowanego [ Sm 3 ] 75

Wykaz zainstalowanych w Polsce silników gazowych wykorzystujących MPW, jako paliwo L.p. Rok urucho mienia Kopalnia Spółka Miasto Moc elektryczna [MW] Typ silnika 1 1997 KWK Krupiński JSW S.A. EC Suszec Suszec 3,00 TBG 632 V16 2 1999 KWK Bielszowice Kompania Węglowa S.A. Ruda Śląska 0,54 JMS 312GS-B.LC 3 1999 KWK Halemba Kompania Węglowa S.A. Ruda Śląska 0,54 JMS 312GS-B.LC 4 2000 KWK Pniówek JSW S.A. Pniówek 3,20 TBG 632 V16 5 2000 KWK Pniówek JSW S.A. Pniówek 3,20 TBG 632 V16 6 2003 KWK Budryk JSW S.A. ZPC Żory Ornontowice 1,66 TBG 620 V20K 7 2003 KWK Budryk JSW S.A. ZPC Żory Ornontowice 1,66 TBG 620 V20K 8 2003 KWK Budryk JSW S.A. ZPC Żory Ornontowice 1,66 TBG 620 V20K 9 2005 KWK Krupiński JSW S.A. EC Suszec Suszec 3,90 TCG 2032 V16 10 2006 KWK Pniówek JSW S.A. Pniówek 3,90 TCG 2032 V16 11 2008 KWK Borynia JSW S.A. Jastrzębie-Zdrój 1,90 JMS 612 GS 12 2009 Sośnica Makoszowy Kompania Węglowa S.A. Zabrze 1,95 Tedom Quanto D 2000 SP 13 2009 Szczygłowice Kompania Węglowa S.A. Knurów 1,95 Tedom Quanto D 2000 SP 14 2009 KWK Mysłowice Wesoła KHW S.A. / ZEC S.A. Mysłowice 1,403 JMS 420 GS-S.L A05 15 2009 KWK Mysłowice Wesoła KHW S.A. / ZEC S.A. Mysłowice 1,403 JMS 420 GS-S.L A05 16 2011 EC Moszczenica SEJ S.A. Jastrzębie-Zdrój 4,00 TCG 2032 V16 17 2011 KWK Pniówek JSW S.A. Pniówek 4,00 TCG 2032 V16 18 2011 KWK Krupiński JSW S.A. Suszec 2,00 G3520C CMM 19 2011 KWK Krupiński JSW S.A. Suszec 2,00 G3520C CMM 76

Wykaz zainstalowanych w Polsce silników gazowych wykorzystujących MPW, jako paliwo 20 2011 KWK Żory GAZKOP-1 Żory 2,00 21 2012 KWK Wieczorek KHW S.A. / ZEC S.A. Katowice 1,485 JMS 420GS-S.L B25 22 2012 KWK Wieczorek KHW S.A. / ZEC S.A. Katowice 1,485 JMS 420GS-S.L B25 23 2012 KWK Śląsk KHW S.A. / ZEC S.A. Ruda Śląska 1,483 JMS 420 GS-S.L B305 24 2012 KWK Śląsk KHW S.A. / ZEC S.A. Ruda Śląska 1,483 JMS 420 GS-S.L B305 25 2014 KWK Wesoła KHW S.A. / ZEC S.A. Mysłowice 2,681 JMS 616 GS-S.L 26 2015 Kostuchna KHW S.A. / ZEC S.A. Katowice 1,485 JMS 420GS-S.L B305 27 2015 Kostuchna KHW S.A. / ZEC S.A. Katowice 1,485 JMS 420GS-S.L B305 28 2015 KWK Wujek KHW S.A. / ZEC S.A. Katowice 1,485 JMS 420GS-S.L 29 2015 KWK Rydułtowy-Anna KW S.A. Rydułtowy 2,00 30 2016 KWK Jankowice KW S.A. Rybnik 2,00 31 2016 KWK Jankowice KW S.A. Rybnik 2,00 32 2016 KWK Brzeszcze KW S.A. Brzeszcze 2,50 33 2016 KWK Brzeszcze KW S.A. Brzeszcze 2,50 34 2018 KWK Bielszowice KW S.A. Ruda Śląska 2,00 71,94 77

Utylizacja metanu z odmetanowania w wyniku zastosowania silników gazowych Obecnie moc zainstalowanych silników wynosi ok. 72 MWe Koszt dotychczasowych inwestycji można szacować na ok. 300 mln zł 78

Utylizacja metanu z odmetanowania Wynika z tego że są poniesione nakłady na utylizację metanu z pokładów węgla, która wymaga zapewnienia: stałych dostaw paliwa gazowego zapewnienia stabilizacji ilościowojakościowej rozwiązanie problemu magazynowania metanu w okresach występowania jego nadwyżek 79

Oczyszczanie i wzbogacanie mieszaniny metanowo-powietrznej 80

Instalacja pilotowo doświadczalna do wzbogacania metanu z odmetanowania w KWK Pniówek 81

Zawartość metanu, % Oczyszczanie i wzbogacanie mieszaniny metanowo-powietrznej 100% 99,26% 80% 60% 53,20% 40% 20% 0% gaz wlotowy produkt 82

Skraplanie gazu z odmetanowania W 2011r. w KWK Krupiński została uruchomiona instalacja do skraplania metanu z odmetanowania przez firmę LNG Silesia Sp. z o.o. 83

Wykorzystanie gazu z pola Moszczenica Zasoby metanu wynoszą od 250 350 mln m 3, a zbadany skład jakościowy kształtuje się następująco: 84

Sprężanie gazu z odmetanowania 85

Schemat ideowy instalacja do wykorzystania metanu w postaci sprężonej z odmetanowania pola Moszczenica 86

Instalacja do wykorzystania metanu w postaci sprężonej z odmetanowania pola Moszczenica 87

Instalacja do wykorzystania metanu w postaci sprężonej z odmetanowania pola Moszczenica dla ogrzewania szkoły w Jastrzębiu Zdroju 88

Sprężanie metanu pokładów węgla z zbiornika Moszczenica 89

Sprężanie metanu pokładów węgla z zbiornik Moszczenica 90

Sprężanie metanu pokładów węgla otwór do zbiornika Moszczenica 94

Sprężanie metanu pokładów węgla projekt zbiornik Moszczenica 95

Pakiet butli wysokociśnieniowych do transportu Sprężonego Gazu Ziemnego (CNG) 96

Emisja metanu [mln m3/rok] Metan z powietrza wentylacyjnego 620 600 580 560 540 520 500 480 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Rok Metanowość wentylacyjna 97

Koncentracje metanu w szybach wentylacyjnych kopalń stan na 2008r.

Instalacji laboratoryjna IUMK-1 w PWr

Instalacja IUMK-100 Kolejnym etapem było zaprojektowanie i wykonanie w skali półtechnicznej instalacji o symbolu IUMK-100. W wyniku współpracy i uzgodnień Akademii Górniczo-Hutniczej z Jastrzębską Spółką Węglową S.A. próby i badania pracy instalacji IUMK-100 przeprowadzono w rejonie szybu VI w KWK Jas-Mos. należącej do Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A. w okresie od 01.05.2012r do 15.07.2012r.

Parametry instalacja IUMK-100 Instalacja półtechniczna IUMK-100 posiadała następujące parametry: strumień powietrza koncentracja metanu w powietrzu wartość opałowa mieszaniny metanowo - powietrznej strumień metanu energia w paliwie moc cieplna moc cieplna użytkowa V VAM = 1000 3000 m 3 /h, Z CH4 = 0,4-1 %, 0,14-0,35 MJ/m 3, V CH4 = 4,0-30 m 3 /h, Q = 140-1050 MJ/h, P = 38-291 kw, P = do 100 kw.

Schemat ideowy instalacji IUMK-100

Schemat poglądowy instalacji IUMK-100

Model lokalizacyjny instalacji IUMK-100 przy szybie Jas 6 KWK Jas - Mos Opis: 1 stacja odmetanowania, 2Przyłącze gazu z odmetanowania, 3 Rurociąg odmetanowania, 4 Dyfuzor, 5 Lutniociąg pobierający gaz z szybu, 6 Filtr przeciwpyłowy, 7 Wentylator, 8 Mieszalnik gazów, 9 Lutniociąg buforowy, 10 Komin, 11 Instalacja utylizacji metanu, 12 Przyłącze instalacji C.O., 13 budynek stacji wentylatorów głównych, 14 Nagrzewnice powietrza, 15 Droga, 16 Szyb kopalniany, 17

Fotografia instalacji IUMK-100 przy szybie Jas 6 KWK Jas - Mos Reaktor Lutnia Mieszalnik gazów Element bezpieczeństwa

Wyniki badań instalacji IUMK-100

Realizacja Projektu Instalacja IUMK-100 Badania W czasie od 05.05.2012 do 27.07.2012 zostało zutylizowane łącznie 24.571 m 3 metanu w tym: z powietrza wentylacyjnego 6 617 m 3 z odmetanowania 17 954 m 3 Wyprodukowano 146 GJ ciepła w postaci gorącej wody wykorzystanej do ogrzewania budynku wentylatorów głównych kopalni.

Realizacja Projektu Instalacja IUMK-1000 Projekt Przeprowadzone badania laboratoryjne (instalacji IUMK-1) i w skali półtechnicznej (instalacji IUMK- 100) wykazały możliwość utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego w przepływowym reaktorze w sposób umożliwiający produkcję ciepła przy zachowaniu warunków autotermiczności i stanowiły podstawowe założenia do opracowania projektu przemysłowej instalacji utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego IUMK-1000.

Parametry modułowej instalacji IUMK-1000 110

Modułowa instalacja IUMK 1000 projekt lokalizacyjny dla KWK Pniówek 111

Instalacja IUMK-1000 z modułem dla produkcji energii elektrycznej turbina parowa 112

Instalacja IUMK-1000 z modułem dla produkcji energii elektrycznej Organic Rankine Cycle 113

Sposoby regulacji koncentracji metanu w szybie wentylacyjnym Możliwe jest uzyskanie w szybie wentylacyjnym kopalni wystarczającej koncentracji metanu (ok 0,5%) poprzez odpowiednie dodawanie strumieni metanu z : wydzielającego się do wyrobisk górniczych ( udostępniających, przygotowawczych i eksploatacyjnych, odmetanowania przy wykorzystaniu podziemnej stacji, upustów w tamach izolujących wyrobiska i zroby.

Sposoby regulacji koncentracji metanu w szybie wentylacyjnym

Pozyskanie i wykorzystanie metanu dla klimatyzacji i produkcji energii elektrycznej w kopalniach węgla kamiennego 117

Pozyskanie i wykorzystanie metanu dla klimatyzacji i produkcji energii elektrycznej w kopalniach węgla kamiennego 118

Wykorzystanie metanu z zlikwidowanych kopalń w Saarbrucken (Niemcy) 119

Schemat wytwarzania energii z gazu kopalnianego w Saarbrucken (Niemcy) 120

Przykładowe wykorzystanie metanu z zlikwidowanych kopalń w Saarbrucken (Niemcy) Elektrownia Fenne/Niemcy/ Zagłębie Saary Elektrownia Wellesweiler/Niemcy/Zagłębie Saary Elektrociepłownia Camphausen/Niemcy/ Zagłębie Saary Dane techniczne: Dane techniczne: Dane techniczne: Moc elektryczna: 42,7 MW Moc elektryczna: 5 MW Moc elektryczna: 2,7 MW Moc cieplna: 42,7 MW Moc cieplna: 27t/godz. pracy Moc cieplna: 3 MW Zużycie metanu: 80 mln. m 3 /a * Zużycie metanu: 13,5 mln. m 3 /a * Zużycie metanu: 5,3 mln. m 3 /a * Zmniejszenie emisji: 1,2 mln. t CO 2 przelicz./a Zmniejszenie emisji: 200.000 t CO 2 przelicz./a Zmniejszenie emisji: 79.010 t CO 2 przelicz./a Projektowanie, budowa i eksploatacja skojarzonego układu energetycznego z silnikami gazowymi wykorzystującymi metan kopalniany w Fenne/Saar/Niemcy Projektowanie, budowa i eksploatacja skojarzonego układu energetycznego z turbiną gazową wykorzystującą metan kopalniany z Wellesweiler/Saar/Niemcy (*) gaz kopalniany w odniesieniu do100% CH 4 Projektowanie, budowa i eksploatacja skojarzonego układu energetycznego z silnikiem gazowym spalający metan kopalniany w Wellesweiler/Niemcy/Zagłębie 121 Saary

Informacje ogólne Evonik Industries AG Obrót w 2010: Załoga w 2010: Obszar działania: Obrót w 2010: Załoga w 2010: 13,3 mld EUR około 34.000 pracowników ponad 100 krajów Evonik New Energies GmbH 258,8 mln EUR 772 pracowników Moc zainstalowana (produkcja energii) z metanu kopalnianego około 187 Mwel około 140 MWth 122

Wykorzystanie metanu przez Steag Mine Gas Power (Niemcy) Obecnie firma posiada 40 modułowych silników gazowych o mocy 1.3 MW każdy, co pozwala uzyskać moc elektryczną około 50 MW i moc cieplną około 60 MW. Paliwem jest metan z zlikwidowanych w rejonie Westfalii. 123

Wykorzystanie metanu przez Steag Mine Gas Power (Niemcy) 124

Wykorzystanie metanu przez Steag Mine Gas Power (Niemcy) silniki gazowe moc 1,3 MW każdy zabudowa kontenerowa 125

Wykorzystanie metanu ze zlikwidowanych kopalń w Republice Czeskiej Green Gas Czechy 126

Podsumowanie Szanse i zagrożenia wykorzystania MPW W Polsce występują duże zasoby metanu pokładów węgla - potencjalne zasoby metanu z pokładów węgla szacowane są na około 250-350 mld m 3, które to zasoby powinny być w znacznie lepszym stopniu pozyskane w poprzez odmetanowanie: pokładów węgla w czynnych kopalniach, zbiorników metanu w kopalniach zlikwidowanych, pokładów węgla w rejonach, gdzie nie jest prowadzona eksploatacja węgla. 133

Podsumowanie Szanse i zagrożenia wykorzystania MPW Odmetanowanie pokładów węgla i zrobów w czynnych kopalniach węgla powinno zostać zintensyfikowane przez przedsiębiorców górniczych w formie działalności własnej lub zleconej, zwłaszcza że istnieją nowoczesne technologie wiertnicze. 134

Podsumowanie Szanse i zagrożenia wykorzystania MPW Metan pozyskany w procesie odmetanowania kopalń czynnych powinien być w pełni wykorzystany gospodarczo obecnie jeszcze ok. 100 mln m3 metanu odprowadzane jest do atmosfery (straty ekonomiczne i efekt cieplarniany). Istnieją możliwości wykorzystania ujętego metanu w silnikach gazowych dla produkcji energii elektrycznej i ciepła. 135

Podsumowanie Szanse i zagrożenia wykorzystania MPW W Polsce rozwijane powinny być badania i technologie ujmowania MPW otworami z powierzchni z nieeksploatowanych złóż węgla i dla odmetanowania wyprzedzającego w kopalniach czynnych. Konieczne jest opracowanie przemysłowej technologii szczelinowania pokładów węgla z wyrobisk podziemnych. 136

Podsumowanie Szanse i zagrożenia wykorzystania MPW Istnieją technologie ujmowania MPW otworami z powierzchni w eksploatowanych złożach węgla (za zrobów) w związku z czym odmetanowanie z powierzchni zrobów w kopalniach czynnych i zlikwidowanych powinno być dynamicznie rozwijane. Rozwijane powinny być technologie pozwalające wykorzystać metan emitowany do atmosfery z powietrzem wentylacyjnym obecnie ok. 600 mln m3 metanu co roku jest emitowane z kopalń do atmosfery (strata ekonomiczna i efekt cieplarniany). W najbliższych latach można przewidywać wzrostu opłat i kosztów za odprowadzanie metanu do atmosfery. 137

Podsumowanie Zagrożenia wykorzystania MPW Zachodzi pilna potrzeba zintensyfikowania działań w zakresie rozwoju odmetanowania kopalń: 1. zlikwidowanych - obecnie odmetanowanie prowadzone jest tylko w 2 byłych kopalniach dla pozyskania paliwa dla silników gazowych, istnieje szereg kopalń zlikwidowanych, z których metan nie jest ujmowany z powodu braku inwestorów, lub skomplikowanej procedury prawnej w zakresie uzyskania koncesji (w Sejmie są prowadzone prace legislacyjne nad możliwością uzyskania koncesji na poszukiwanie, rozpoznanie i eksploatację metanu wg procedury open door ), 138

Podsumowanie Zagrożenia wykorzystania MPW 2. będących w stanie likwidacji znowelizowana w 1016r. Ustawa o funkcjonowaniu górnictwa pozwala na bez koncesyjną eksploatację metanu w czasie prac likwidacyjnych dla zapewnienia bezpieczeństwa, min. także poprzez uwzględnienie w projektach likwidacji kopalń rozwiązań umożliwiających pozyskanie metanu po zamknięciu kopalni i wykorzystania go dla celów gospodarczych (dla kopalni zlikwidowanej powinny być określony zasoby metanu w zbiorniku pokopalnianym, sposób odwadniania kopalni lub czasokres zatopienia kopalni, sposób ujęcia metanu lokalizacja otworów odmetanowania z powierzchni, sposób gospodarczego wykorzystania metanu rozwiązania te powinny być poparte analiza ekonomiczną opłacalności). 139

Podsumowanie Zagrożenia wykorzystania MPW Celowym jest opracowanie kompleksowej technologii zapewniającej usuwanie metanu powietrza z mieszaniny metanowo powietrznej ujmowanej w procesie odmetanowania a następnie sprężania metanu do postaci CNG sprężony gaz może być wykorzystywany dla celów energetycznych : 1. w kotłach obiektów mieszkalnych i komunalnych, nie posiadających połączeń przesyłowych do sieci gazowniczych dobrym przykładem jest instalacja do sprężania metanu z odmetanowania zbudowana przez Urząd Miasta Jastrzębie Zdrój i JSW S.A. w celu dostarczania gazu dla szkoły, 2.jako paliwo ekologiczne zasilające silniki wysokoprężne w miejskiej komunikacji autobusowej. 140

Podsumowanie Zagrożenia wykorzystania MPW Słabe zaangażowanie samorządów i przedsiębiorców w rozwijanie ujęcia i wykorzystania metanu pokładów węgla dla ekologicznej (bez smogowej) produkcji energii elektrycznej i ciepła. 141