G G Edmund Wach, Izabela Ko³acz Ba³tycka Agencja Poszanowania Energii S.A. Mo liwoœci produkcji i wykorzystania granulatu drzewnego ( pellets) analiza tech niczno ekonom iczna inwestycji W związku z bardzo dynamicznym wzrostem produkcji granulatu (pellets) z odpadów drzewnych w E uropie, K anadzie i S tanach Z jednoczonych oraz ze światowym uznaniem tego paliwa za jeden z najlepszych substytutów oleju opał owego, węgla i gazu, wzrasta zainteresowanie granulatem również w P olsce. Wł aściwe, planowe wykorzystanie tego paliwa leż y w interesie instytucji zajmujących się ochroną środowiska i samorządów lokalnych. W ostatnim dziesięcioleciu, w budynkach stanowiących własność samorządów (szkoły, przedszkola, szpitale, budynki administracyjne itd.) zostały zainstalowane kotłownie opalane olejem, często przy pomocy funduszy ochrony środowiska. Wysokie koszty oleju opałowego i częste w przeciągu wielu miesięcy wzrosty jego ceny powodują braki środków na ogrzewanie w wielu gminach. Z astąpienie go granulatem będzie korzystne dla środowiska (redukcja C O 2) i budżetów gmin (zmniejszenie kosztów paliwa o ok. 50% ). N ajprostszym i najtań szym sposobem zamiany oleju na granulat w kotłowniach małej i średniej mocy jest wymiana palników w kotłach. K otły opalane granulatem mogą mieć zastosowanie także wszędzie tam, gdzie planowana jest wymiana kotłowni węglowych. Charakterystyka i produkcja granulatu ranulatem odpadów drzewnych (z ang. pellets) nazywamy przetworzone odpady drzewne (trociny, wióry i zrębki), prasowane pod wysokim ciśnieniem. G ranulat produkowany jest w laskach o średnicy 6-25 mm i długości do kilku cm. Paliwo to charakteryzuje się niską zawartością wilgoci (8-12% ), popiołów (0,5% ) i substancji szkodliwych dla środowiska oraz wysoką wartością energetyczną (tab. 1). C echy te powodują, że jest to paliwo przyjazne środowisku naturalnemu, a jednocześnie - łatwe w transporcie, magazynowaniu i dystrybucji. S urowcem dla produkcji granulatu są odpady drzewne z tartaków, zakładów przeróbki drewna i leśne odpady drzewne. N ajpopularniejszymi odpadami do produkcji granulatu są trociny i wióry. T echnicznie możliwe jest także produkowanie granulatu z kory, zrębków, upraw energetycznych i słomy. Z awiera on jednak większe ilości popiołu. Proces produkcji składa się z następujących elementów: mielenie surowca, suszenie, zagęszczanie i formowanie surowca w granulat, chłodzenie, przesiewanie, przechowywanie, załadunek, dystrybucja. Instalacje do produkcji granulatu zazwyczaj sterowane są automatycznie (rys. 1). N ajmniejsze instalacje do produkcji granulatu mają zdolności przerabiania ok. 1 t surowca na godzinę, przy głównym silniku o mocy 90 kw, a duże dochodzą do ok. 25 t/godzinę. Produkcja granulatu z odpadów drzewnych jest dość energochłonnym procesem, choć udział energii zużytej do produkcji tego paliwa w stosunku do energii pierwotnej w nim zawartej jest niewielki - wynosi bowiem 2,5% dla suchego surowca i ok. 20% dla surowca mokrego. T abele 2 i 3 przedstawiają zużycie energii w całym procesie produkcyjnym od zbiórki materiału do dostarczenia do konsumenta. ranulat produkowany jest z odpadów drzewnych, zatem jego produkcja przyczynia się do zmniejszania problemu zagospodarowania odpadów i zużycia paliw kopalnych 2,1 kg granulatu zastępuje 1 litr oleju opałowego. S palanie drewna nie powoduje emisji C O 2, ponieważ emisje dwutlenku węgla, powstające przy spalaniu tego paliwa, w pełni absorbowane są przez rosnące rośliny. Przejęcie na opalanie granulatem oznacza więc redukcję emisji C O 2 ok. 2,5 kg na każdym zaoszczędzonym w ten sposób litrze oleju opałowego (tab. 4 ). 89

Europejskie rynki granulatu Granulat i urządzenia do jego spalania i transportu produkuje się łącznie w kilkunastu krajach europejskich, przy czym największe rynki granulatu powstały i nadal gwałtownie rozwijają się w Szwecji, D anii, Finlandii, Austrii i Niemczech. D zisiejszy europejski rynek granulatu obejmuje produkcję ok. 1 mln t paliwa rocznie (ok. 18 P J energii chemicznej), a moc produkcyjna wynosi ok. 2 mln t/rok. B adania rynku, prowadzone w ramach programów współf inansowanych przez Komisję Europejską, pozwoliły zidentyf ikować ponad 130 instalacji produkujących granulat i brykiety, choć trudno ocenić, czy są to pełne dane. Szwecja jest obecnie największym producentem granulatu w Europie i drugim, po U SA, na świecie. P rodukcja granulatu w 19 9 9 r. wyniosła ok. 550 tys. t, a w 2002 r. 800 tys. ton. W 2000 r. na szwedzkim rynku działało ponad 25 dużych instalacji produkcji granulatu, których maksymalna moc produkcyjna wynosi ok. 1200 tys. t/rok. Szwedzkie przedsiębiorstwa produkcji granulatu inwestują także w krajach bałtyckich, Finlandii i Rosji. W Szwecji granulat spalany jest w kilku dużych ciepłowniach i elektrociepłowniach. Stosowany jest także w wielu małych instalacjach w budynkach jednorodzinnych. P oziom produkcji granulatu w D anii osiągnął ok. 150 tys. t w 2001 r., a roczna konsumpcja tego paliwa wynosi ok. 220 tys. ton. D latego też granulat importowany jest z U SA, Kanady, Szwecji i republik bałtyckich. Wykorzystuje się go tu przede wszystkim w małych instalacjach (10-15 kw), a także w 37 niewielkich ciepłowniach i kilku elektrociepłowniach. P ierwsze f ińskie instalacje produkcji granulatu powstały w 19 9 7 r. W 2000 r. całkowita produkcja wyniosła 40 tys. t (0,72 P J), przy czym większość (85-9 0%) wyprodukowanego paliwa była eksportowana do Szwecji i D anii. W samej Finlandii granulat wykorzystywany jest przede wszystkim w instytucjach publicznych - do kotłów olejowych z przystawionymi palnikami do spalania granulatu. P onadto zainstalowano ok. 200 małych kotłów w domach jednorodzinnych. W 2000 r. T urku Energia rozpoczęła współspalanie węgla i granulatu (ok. 5 tys. t) w 100 MW elektrociepłowni opalanej węglem. W Austrii stosuje się granulat w indywidualnych urządzeniach, a także w małych sieciach ciepłowniczych. Szacuje się, że w 19 9 9 r. zainstalowano 4 tys. systemów cieplnych opalanych granulatem, a rynek małych kotłów opalanych granulatem szacuje się na 10 tys. rocznie. Zużycie granulatu w Austrii w 19 9 8 r. szacowano na 40 tys. ton. Rosnąca popularność tego paliwa wspomagana jest przez państwo. W Niemczech rozpoczęto komercyjną produkcję w 19 9 9 r., głównie na potrzeby właścicieli domków jednorodzinnych. Zainteresowanie czystymi technologiami grzewczymi wspierane jest przez państwo. Analiza techniczno-ekonomiczna inwestycji Analizę przeprowadzono dla dwóch linii produkcyjnych granulatu, o wydajności 2,5 t/h i 8,5 t/h oraz przy wilgotności granulatu 8% (tab. 5). Zestawienie kosztów inwestycji obejmujące koszty budynków, montażu i podatku prezentuje tab. 6. Założenia przyjęte do obliczenia kosztów produkcji są następujące: Energia elektryczna: Zużycie energii 110 kwh/ t granulatu Cena 0,23 zł/kwh Energia cieplna: Zużycie energii 2,7 GJ/t Sprawność paleniska 75% Zużycie energii chemicznej 3,6 GJ/t Wartość opałowa paliwa 6 GJ/m 3 Wilgotność paliwa 50% Jednostkowy koszt paliwa 72 zł/m 3 Koszt jednostki energii 12 zł/gj Koszty produkcji, obliczone na podstawie tych założeń oraz analizę ekonomiczną prezentują tabele 7, 8 i 9. Amortyzacja: 14% urządzenia (49 50000 zł) i 2,5% inf rastruktura (700000 zł). Koszty produkcji obejmują koszty amortyzacji, surowca, energii i koszty pracownicze. 90

G G Możliwości wykorzystania granulatu ranulat jako paliwo nadaje się do wykorzystania zarówno w instalacjach indywidualnych, jak i systemach ciepłowniczych. P rzeznaczony jest głównie dla małych instalacji, ze względu na łatwoś ć zaopatrzenia i trudniejsze w użyciu inne postaci biomasy - szczap rąbanych, zrębków czy brykietów. W nowoczesnych dużych kotłach do spalania biomasy używa się głównie paliwa mniej przetworzonego, w postaci zrębków i trocin ze względów ekonomicznych. N a rynku europejskim istnieje szeroka gama urządzeń do spalania granulatu drzewnego o mocach 10-1000 kw: kominki i małe piecyki instalowane w mieszkaniach, specjalne palniki oraz instalacje podawania paliwa, które instaluje się w kotłach olejowych lub węglowych; obecnie produkowane są palniki do spalania granulatu od 6 kw do 1 MW, kotły dostosowane do spalania granulatu. ranulat stosuje się również w dużych kotłach węglowych, zarówno rusztowych, jak i pyłowych (mielenie granulatu). P alniki i kotły (rys. 2, 3, 4) posiadają instalacje automatycznego i regulowanego zasilania paliwem, o możliwoś ciach jego transportu do kilkunastu metrów. Wyposażone są w regulowane dmuchawy powietrza do spalania, automatyczne zapalniki elektryczne i zabezpieczenia przed przegrzaniem i przeładowaniem paliwem kotła. P roces spalania często kontrolowany jest za pomocą sond lambda. N arażone na wysoką temperaturę częś ci, wykonane są z metali żaroodpornych i ceramicznych. Wszystkie znajdujące się w handlu urządzenia posiadają certyf ikaty władz krajowych lub instytucji europejskich. Technologia palników rozwijana jest od szeregu lat na bazie technologii spalania zrębków, w pełni sprawdzona w praktyce. S prawnoś ci kotłów z palnikami granulatu osiągają wartoś ci powyżej 9 0% i powodują powstawanie emisji gazów szkodliwych i pyłów porównywalne z najlepszymi palnikami gazu ziemnego. Wnioski P rodukcja i zastosowanie energetyczne granulatu z odpadów drzewnych w ostatnich 3 latach w krajach Unii Europejskiej doznały bardzo dynamicznego (nawet kilkukrotnego) przyspieszenia. Technologia produkcji granulatu drzewnego, bazująca na produkcji granulatów paszowych, jest bardzo rozwinięta, w pełni niezawodna i zautomatyzowana. G ranulat z odpadów drzewnych jest konkurencyjny dla oleju, węgla i gazu pod względami ekonomicznymi i ze względu na mniejsze emisje gazów i pyłów oraz przewyższa pod względem ekologicznym każde inne paliwo, będące pochodną drewna (trociny, zrębki, brykiety, szczapy). Rysunek 1. Typowa instalacja do produkcji granulatu drzewnego (20-24t/h). 91

Rysunek 2. Palniki z zasilaniem: a) dolnym, b) poziomym, c) górnym. Rysunek 3. Schemat palnika z zasilaniem górnym. Tabela 1. Średnie własności granulatu: Średnica Długość 6-12 mm 4-5 mm (średnie) Gęstość nasypowa 500-600 kg/m 3 Gęstość materiału 1 000-1 400 kg/m 3 Zawartość wilgoci < 12% Zawartość popiołu < 1,5% Zawartość części drobnych < 1,5% Wartość opałowa 16,9 MJ/kg 4,7kWh/kg Zawartość siarki 0,08% Zawartość chlorków 0,03% Tabela 2. Bilans energii zużytej dla przemysłowej produkcji granulatu z odpadów tartacznych: Działanie Energia zużyta na wytworzenie 1 t suchej masy [kwh/t] Energia w % w stosunku do energii pierwotnej zawartej w suchej masie Umieszczenie materiału w magazynie 1 0,02 Granulowanie 77 1,5 Złożenie w magazynie przejściowym 6 0,1 92

Pobieranie 0 0 Transport samochodem ciężarowym (150 km) 40 0,8 Wsypanie do silosa klienta 1,5 0,03 Razem 125,5 2,45 Tabela 3. Zużycie energii do produkcji granulatu z odpadów leśnych i rolnych: Działanie Energia zużyta na wytworzenie 1 t suchej masy [kwh/t] Energia w % w stosunku do energii pierwotnej zawartej w suchej masie Pozyskanie surowca 105 2 Suszenie (słońce, lato) 0 0 Zrębkowanie 39,1 0,8 Transport (Ciągnik, 20 km) (17,6) (0,3) Ciągnik do kontenera Samochód ciężarowy, 20 km 2,9 0,2 Złożenie w suszarni 0,6 0,01 Suszenie Słońce (pod dachem) 36 0,7 Słońce (na wolnym powietrzu) 70 1,3 Utrata wartości opałowej 702 13,5 W suszarniach mechanicznych 749,1 14,4 Transport 0,5 0,01 Mielenie 20 0,4 Granulowanie 77 1,4 Złożenie w magazynie przejściowym 6 0,1 Transport 0 0 Transport samochodem ciężarowym (30 km) 8 0,15 Wsypanie do silosa klienta 1,5 0,03 Razem 301,8 335,8 967,8 1014, 9 Tabela 4. Poziom emisji dla różnych paliw [mg/mj]: 5,8 6,5 18,6 19,5 Emisje Olej opałowy Gaz ziemny Koks Granulat Dwutlenek węgla 78000 52000 104000 0 Tlenek węgla 50 50 4500 25 Dwutlenek siarki 140 0 240 7 Tlenki azotu 40 40 70 43 Pyły 5 0 60 5 93

Tabela 5. Własności surowca i granulatu: Opis Jednostki Ilość Granulat t/h 2,5 8,5 Wilgotność % 8 8 Zawartość wilgoci t/h 0,2 0,68 Masa sucha t/h 2,3 7,82 Objętość drewna litego m 3 /h 5,75 19,55 Objętość nasypowa surowca m 3 /h 14,375 48,874 Objętość drewna litego m 3 /rok 27 600 93 840 Objętość nasypowa m 3 /rok 69 000 234 595 Granulat t/rok 12 000 40 800 Tabela 6. Koszty inwestycji: Rodzaj kosztów tys. zł Linia technologiczna produkcji granulatu 1 600 Suszarnia z paleniskiem i silosem paliwa 1 820 Rębak paliwa z przenośnikiem zrębków 80 Rębak surowca do granulatu z przenośnikiem zrębków 80 Montaż urządzeń 300 Projekty techniczne 250 Doradztwo techniczne, nadzór 200 Uruchomienie 100 Adaptacja hal produkcyjnych 500 Rozdzielnie i linie elektryczne 120 Infrastruktura zewnętrzna (drogi, ogrodzenia, instalacja wodna i ppoż.) 100 Inne* 500 Razem 5 650 * w pozycji Inne ujęto koszty modernizacji instalacji pozyskania surowca takie jak: zakup korowarek, adaptacja systemu transportu wewnętrznego odpadów, przystosowanie istniejących kotł owni w tartakach do spalania gorszych odpadów drewna. Tabela 7. Zestawienie kosztów produkcji (tys. zł): Produkcja t/rok 15 500 20 000 Koszty pracownicze 300 300 Koszty zarządu 100 100 Remonty 190 245 Energia elektryczna 400 515 Energia cieplna 670 870 94

Surowiec 900 1 350 Amortyzacja* 710 710 Koszty finansowe (średnio) 225 225 Razem 3 495 4 315 Tabela 8. Analiza ekonomiczna (tys. zł): Produkcja Opis 15 500 t/r 20 00 t/r 250 zł/t 300 zł/t 250 zł/t 300 zł/t Przychody 3 875 4 650 5 000 6 000 Koszty 3 495 3 495 4 315 4 315 Amortyzacja 710 710 710 710 Zysk brutto (zb) 380 1 155 685 1 685 Zysk netto (zn) 273 832 493 1 213 PBT (lata) 5,75 3,66 4,69 2,94 SPBT (lata) 5,18 3,02 4,05 2,39 PBT = KI : (zn+ A) SPBT = KI : (zb+a) Tabela 9. Przepływy gotówki (tys. zł): Rok 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Przychody 250zł/t 3875 3875 3875 3875 3875 3875 3875 Nakłady 5650 Kredyt 5650 Koszty eksploatacji 2553 2553 2553 2553 2553 2553 2553 Spłata rat kapitałowych 942 942 942 942 942 942 Spłata odsetek 158 396 330 264 198 132 66 Amortyzacja 791 791 791 791 791 791 791 Wynik finansowy inw. brutto Podatek dochodowy 28% -158 136 201 267 333 399 465 531 38 56 75 93 112 130 149 Wynik finansowy netto 98 145 192 240 287 335 382 Rentowność netto sprzedaży 2,52% 3,74% 4,97% 6,19% 7,42% 8,64% 9,87% Saldo przepływów -158-53 -6 42 89 137 184 1173 Skumulowane saldo przepływów -158-211 -217-175 -86 51 235 1408 95

Literatura: 1. Biomasse Holz ein nachwachsender Energierohstoff, I nformationszentrum Energie, Baden-Württemberg 2001. 2. An Integrated European Market for Densified Biomass Fuels in 2001. 3. Refined Biomass - a source for climate change and business opportunities, OPET, Sweden 2001. 4. Wood Pellets - Quality Criteria from Raw Material to Heat, Conference Proceedings, Salzburg 2001. 5. Mucha Rainer, CPM for Wood Pelleting, Pellets Specialists. 6. Biogene Brennstoffe nr 3. Holz-Pellets ein Brennstoff mit Z ukunft. N euer K omfort mit Pelletsheizungen. S. W. R. 2001. 7. Market Development for Refined Biomass, Study Report, 2001. 8. Wood for Energy Production, Centre for Biomass Technology, Denmark 1999. 9. www.biowatti.oy 10. www.brikettenergi.se 11. www.kozistoves.com 12. www.naturenergi.se 13. www.oypelletenergi.fi 14. www.redler.co.uk 15. www.sh.slu.se 16. Tomasz Lisowski - oferta Evergood. 96