1 POŁUDNIOWY KONCERN ENERGETYCZNY S.A.Doświadczenia praktyczne ze współspalania biomasy z węglem w energetyce systemowej na przykładzie PKE S.A. 9 maja 2006 Tychy Janusz Tchórz
2 POŁUDNIOWY KONCERN ENERGETYCZNY S.A.powstał 24 maja 2000r. a działalność gospodarczą rozpoczął z dniem 1 stycznia Jest firmą powstałą z siedmiu elektrowni z południa Polski (Jaworzno III, Łaziska, Łagisza, Siersza, Halemba, Blachownia i EC Katowice). W styczniu 2002r. do Południowego Koncernu Energetycznego został przyłączony ZEC Bielsko Biała. Łączna zainstalowana moc elektryczna wynosi 4953 MWe a moc cieplna osiągalna 2400 MWt, w 2002 roku udział w rynku energii elektrycznej sprzedanej przekracza 14%, a moc zainstalowana to około 15,7% mocy polskiego systemu energetycznego. Wszystkie elektrownie Koncernu pracują w oparciu o węgiel kamienny (roczne zużycie to około 10 do 11 mln ton). Zasadniczym powodem oddolnej fuzji elektrowni była potrzeba obniżania kosztów wytwarzania energii elektrycznej, zwiększenie zdolności konkurencyjnej, zdolności inwestycyjnej, w tym kredytowej.
3 W skład PKE S.A. weszły następujące elektrownie i elektrociepłownie:El.Jaworzno III, El.Łaziska, El.Siersza, El.Łagisza, ECKatowice, El.Halemba, El.Blachownia, ZEC Bielsko Biała El. Łagisza Elektrociepłownia Katowice El. Łaziska Elektrownia Jaworzno III El. Siersza El. Halemba Moc elektr. zainstal – 1535 MWe Moc cieplna – 372 MWt Moc elektr. zainstal – 840 MWe Moc cieplna – 425 MWt Moc elektr. zainstal – 136 MWe Moc cieplna – 447 MWt Moc elektr. zainstal – 1155 MWe Moc cieplna – 196 MWt Moc elektr. zainstal – 135 MWe Moc cieplna – 692 MWt Moc elektr. zainstal – 165 MWe Moc cieplna – 174 MWt Moc elektr. zainstal – 786 MWe Moc cieplna – 37 MWt Moc elektr. zainstal 200 MWe Moc cieplna – 58 MWt El. Blachownia ZEC Bielsko Biała
4 Południowy Koncern Energetyczny S.A.PKE posiada duży potencjał techniczny umożliwiający produkcję energii odnawialnej po konkurencyjnych na tym rynku cenach w postaci bloków energetycznych z kotłami fluidalnymi Przystosowanie kotłów fluidalnych do współspalania biomasy (do 10% udziału energii chemicznej doprowadzonej do kotła) z węglem ogranicza się głównie do dobudowania linii przygotowania i podawania paliwa do kotła i nie wymaga tak wysokich nakładów inwestycyjnych, jak budowa nowych kotłów na biomasę czy też innych źródeł energii odnawialnej Najważniejszym problemem jest: pozyskanie odpowiedniej ilości biomasy po uzasadnionych ekonomicznie cenach loco elektrownia logistyka dostaw magazynowanie uregulowania prawne
5 Idea współspalania biomasy z paliwem podstawowym w istniejących kotłach fluidalnychSTRUMIEŃ ENERGII W PALIWIE PODSTAWOWYM 90% energii doprowadzonej STRUMIEŃ ENERGII ODNAWIALNEJ Udział biomasy 10% energii doprowadzonej Energia chemiczna doprowadzona do kotła
6
7 Przykładowe objętości różnych rodzajów paliw w formie zmielonego ziarna.
8 Założenia: Zrębki - Qri = 10GJ/t dla pozyskiwanych zrębków drzewnych, wierzba - założono plon 20t/ha, Qri = 15GJ/t Słoma- Qri = 15GJ/t, średni plon 5t/ha, założono że energetycznie wykorzystuje się 25% całkowitej produkcji słomy Brykiet- Qri = 17GJ/t
9
10
11
12 Przeprowadzone próby współspalania zrębki drzewnej w EC KatowiceW Elektrociepłowni Katowice przeprowadzono próby współspalania z paliwem podstawowym (miał i muł węglowy) zrębek drzewnych. Kocioł: Typ – CFB kocioł cyrkulacyjny ze złożem fluidalnym; 352MWt, 483tpary/h Temperatura pary wylotowej 540oC Ciśnienie pary wylotowej ,8MPa Sprawność 91%
13 Elektrociepłownia KatowiceZrębki drzewne pozyskane z drzew iglastych i liściastych o granulacji < 120mm (suma wymiarów długość+szerokość+wysokość) Wartość opałowa kJ/kg Wilgoć całkowita 40 – 65% Popiół roboczy średnio 0,37%
14 Elektrociepłownia KatowicePrzygotowanie mieszanki biomasy i miału węglowego Wydzielenie taśmociągu na który podawana była biomasa Podawanie biomasy na warstwę miału znajdującego się na taśmociągu Mieszanie i ujednorodnienie paliwa na kolejnych przesypach - dawało to stosunkowo dobre ujednorodnienie mieszanki kierowanej do zasobnika Transport mieszanki układem podajników węgla poprzez kruszarkę do kotła Następny►
15
16 Elektrociepłownia Katowice – wybrane wnioskiPodanie mieszaniny biomasy z węglem ciągami nawęglania, przez kruszarkę do zasobnika odbyło się bez problemów Mieszanina trafiająca do zasobnika była jednorodna Spalanie odbywało się stabilnie Mierzone i rejestrowane przez system pomiarowy EC Katowice poziomy emisji pyłu jak również gazowych składników spalin tj. SO2, NOx i CO w trakcie przeprowadzania prób nie odbiegały od wartości uzyskiwanych podczas normalnej eksploatacji kotła (spalanie mułu i miału węglowego) Na podstawie prowadzonych pomiarów własności fizykochemicznych popiołów dennego i lotnego nie stwierdzono różnic w stosunku do popiołów powstających podczas normalnej eksploatacji kotła Podczas pracy z udziałem biomasy 10% (energetycznie) w zasobniku tworzą się nawisy, przedmuchy i zaniki w podawaniu paliwa do kotła Próby ze spalaniem mieszanki biomasy z węglem zostały zakończone przy energetycznym udziale biomasy wynoszącym 5,13% całkowitej energii chemicznej paliwa przy stabilnym procesie podawania do kotła i spalania – dla takiego udziału biomasy w paliwie praca układów odbywała się bez zastrzeżeń
17 Przeprowadzone próby współspalania zrębki drzewnej w Elektrowni SierszaW Elektrowni Siersza przeprowadzono próby współspalania z paliwem podstawowym zrębek drzewnych. Kocioł: Typ – OFz-425 kocioł cyrkulacyjny ze złożem fluidalnym; 336MWt, 425tpary/h Temperatura pary wylotowej 560oC Ciśnienie pary wylotowej ,1MPa Sprawność 91%
18 Elektrownia Siersza Przygotowanie i podawanie biomasyZrębki drzewne pozyskane z drzew iglastych i liściastych o granulacji < 120mm (suma wymiarów długość+szerokość+wysokość) Wartość opałowa kJ/kg Wilgoć całkowita 50 – 60% Popiół roboczy średnio 0,7% Przygotowanie i podawanie biomasy Przystosowanie „rezerwowej” ładowarki do ładowanie biomasy Załadunek zrębek na warstwę miału węglowego znajdującą się na taśmociągu Transport miału i zrębek jednym taśmociągiem do zasobnika przykotłowego – mieszanie, ujednorodnienie materiału na przesypach
19 Elektrownia Siersza
20 Elektrownia Siersza – wybrane wnioskiPodczas przeprowadzonych prób nie stwierdzono żadnych negatywnych zjawisk wpływających na ewentualne pogorszenie parametrów uzyskiwanych przez kocioł Podczas przeglądu kotła po wykonanych próbach nie zauważono negatywnych skutków, zarówno jeśli chodzi o czystość powierzchni ogrzewalnych jak również stan podajników węgla W kotle OFz-425 można spalać do 10% biomasy, warunkiem aby taki udział uzyskać jest budowa osobnej linii podawania biomasy Nie można podawać samych zrębek do zasobnika przykotłowego ze względu na możliwość zawieszania się w zasobniku jak również występujące przedmuchy z układu podajników węgla
21 Przeprowadzone próby współspalania mączki mięsno kostnej w Elektrowni Jaworzno III/IIW Elektrowni Jaworzno III/II przeprowadzono próby współspalania z paliwem podstawowym maczki kostno zwierzęcej Kocioł: Typ – CFB kocioł cyrkulacyjny ze złożem fluidalnym; 180MWt, 260tpary/h Temperatura pary wylotowej 540oC Ciśnienie pary wylotowej ,7MPa Sprawność 91%
22 Elektrownia Jaworzno III/IIPodstawowym celem próby było znalezienie sposobu zagospodarowywania mączki mięsno-kostnej w aspekcie ochrony zdrowia ludzi, zwierząt i środowiska, a także pozyskanie alternatywnego źródła paliwa odnawialnego. Podstawowe parametry mączki kostno zwierzęcej Wodór [%] 4 ÷ 5 Siarka [%] 0,4 ÷ 0,6 Popiół [%] 25 ÷ 30 Wilgotność całkowita[%] 1,2 ÷ 2,5 Wartość opałowa [MJ/kg] 17,5 ÷ 20 Chlor [%] 0,5 ÷ 0,7 Fluor [%] 0,010 ÷ ,015 Potas [%] 0,20 ÷ 0,30 Sód [%] 1,50 ÷ 1,80 Fosfor [%] 8,00 ÷ 9,00
23 Elektrownia Jaworzno III/IIDla celu przeprowadzenia prób została wykonana instalacja pilotowa do rozładunku, tymczasowego magazynowania i podawania mączki do kotła. Instalacja podawania Rozładunek mączki
24 Elektrownia Jaworzno III/II – instalacja rozładunkuPowrót Następny►
25 Elektrownia Jaworzno III/II – instalacja podawaniaPowrót Następny►
26 Elektrownia Jaworzno III/II – wybrane wnioskiZ energetycznego punktu widzenia mączka mięsno-kostna jest bardzo atrakcyjnym paliwem alternatywnym i może być współspalana z węglem w kotłach fluidalnych. Wyniki analiz chemicznych popiołów lotnego i dennego nie różnią się przy porównaniu ich dla samego węgla i przy współspalaniu mączki. Wyniki pomiarów stężenia emisji pyłowej i gazowej również nie wykazują istotnych różnic pomiędzy spalaniem samego węgla i współspalaniem mączki mięsno-kostnej. * – CO został wyłączony z regulacji zawartych w rozporządzeniu, podana wielkość 310 jest wartością gwarantowaną przez dostawcę kotła CFB OF-260
27 Elektrownia Jaworzno III/II – wybrane wnioskiDuża zawartość tłuszczu w mączce mięsno-kostnej powoduje trudności transportem pneumatycznym. Z uwagi na ostre wymogi sanitarno-weterynaryjne proces transportu mączki musi być tak zorganizowany aby ograniczyć do minimum kontakt z pracownikami. Z uwagi na intensywny nieprzyjemny zapach zbiornik magazynowy i instalacja transportowa muszą zapewnić odpowiednią szczelność.
28 Wykorzystanie możliwości kotłów fluidalnychPrzeprowadzone próby dowodzą, że w przypadku kotłów fluidalnych dla współspalania biomasy w ilości 5 do 7% wartości energetycznej całkowitego strumienia paliwa nie są konieczne zmiany konstrukcyjne w istniejących obiektach. Wykorzystanie istniejącego potencjału kotłów fluidalnych w PKE S.A. może zapewnić około 60 MWe mocy zainstalowanej ze źródeł odnawialnych przy konkurencyjnym poziomie nakładów inwestycyjnych w stosunku do innych nowych źródeł OZE. Barierą może okazać się jednak pozyskanie wymaganej ilości biomasy z rynku.
29
30 Elektrownia Jaworzno IIIZostały przeprowadzone próby współspalania biomasy na kotle nr 2: ścier drzewny drobna zrębka drzewna. Opracowano koncepcję budowy instalacji podawania biomasy do kotłów bloków 200 MW Zlecono na podstawie opracowanej koncepcji i wykonanych pomiarów wykonanie dokumentację uwierzytelniającej Planowane złożenie wniosków o rozszerzenie koncesji po wykonaniu III próby współspalania biomasy w postaci brykietów – I kwartał 2006 Planowane rozpoczęcie produkcji energii z OŹE na instalacji uproszczonej IV kwartał 2006
31 EC Katowice Zostały przeprowadzone próby współspalania biomasy (zrębka drzewna) na kotle fluidalnym. Planowane jest przeprowadzenie prób ze spalaniem brykietu drzewnego. W trakcie przygotowywania jest dokumentacja uwierzytelniająca. Opracowywana jest koncepcja układu technologicznego magazynowania i podawania biomasy. Zakładana produkcja energii ok. 40GWh OZE przy udziale współspalanej biomasy ok. 5% Planowane złożenie wniosku o rozszerzenie koncesji – I kwartał 2006r Rozpoczęcie produkcji energii z OŹE – IV kwartał 2006r
32 ZEC Bielsko Biała – EC2 Zostały przeprowadzone wstępne próby współspalania biomasy (śruta rzepakowa) na kotle fluidalnym. Dostosowywany jest układ nawrotu popiołu z elektrofiltra w celu umożliwienia rozładunku magazynowania i pneumatycznego podawania śruty rzepakowej do kotła. Szacowana wydajność układu ok. 4t/h ok. 12 – 15% udziału masowego paliwa. W grudniu zostaną wykonane próby i pomiary kotła podczas współspalania śruty rzepakowej. Planowane jest przeprowadzenie prób współspalania zrębek i brykietów w II kwartale 2006 Zlecono wykonanie dokumentacji uwierzytelniającej (śruta rzepakowa) Planowane złożenie wniosku o rozszerzenie koncesji – III kwartał 2006r Rozpoczęcie produkcji energii z OŹE – IV kwartał 2006r
33 Elektrownia Łaziska Uzyskano koncesję na produkcję energii z OŹE drogą współspalania na blokach nr 225MW– luty 2005r Na podstawie opracowanego programu funkcjonalno użytkowego instalacji podawania biomasy do kotłów bloków 225MW - została podjęta decyzja o etapowaniu budowy instalacji podawania biomasy. I etap – budowa uproszczonej instalacji podawania biomasy - zakłada się możliwość produkcji energii z OZE na poziomie ok. 50GWh/r Trwają prace związane z wykonaniem projektu budowlanego i uzyskaniem pozwolenia na budowę dla docelowej instalacji podawania biomasy Po uruchomieniu uproszczonej instalacji podawania biomasy planowane jest wykonanie pomiarów kotłów bloków 125MW przy współspalaniu, przygotowanie dokumentacji uwierzytelniającej i złożenie wniosku o rozszerzenie koncesji na I kwartał 2006. Produkcja energii z OŹE w Elektrowni Łaziska rozpoczęła się
34 Elektrownia Siersza Dostosowano istniejące urządzenia instalacji nawęglania tak aby umożliwić podawanie biomasy i spełnić wymagania URE odnośnie rozliczeń produkcji energii z OŹE na blokach 1 i 2 Uzyskano koncesję na produkcję energii z OŹE drogą współspalania na kotłach nr 1 i 2 – grudzień 2004r Wybrano dostawcę docelowej instalacji podawania biomasy dla kotłów 1 i 2, planowane przekazanie do eksploatacji w VII 2006 Produkcja energii z OŹE na instalacji tymczasowej za okres I – XI 2005 wyniosła ok. 48GWh, spalono 52,5tys. ton biomasy W listopadzie została podjęta decyzja o rozpoczęciu działań w celu wdrożenia współspalania biomasy na bl przeprowadzono wstępne próby współspalania Planowane jest wykonanie pomiarów kotłów 3-6 przy współspalaniu biomasy, przygotowanie dokumentacji uwierzytelniającej i złożenie wniosku o rozszerzenie koncesji na I kwartał 2006.
35 Możliwości wykorzystania istniejących kotłów pyłowych do produkcji energii odnawialnejW kotłach pyłowych współspalanie biomasy może być realizowane m.in.poprzez: Przygotowanie mieszaniny biomasy z węglem i podanie jej do kotła – próby zostały przeprowadzone na blokach 225MW w Elektrowni Łaziska i Jaworzno III spalanie biomasy w przedpalenisku (rusztowym, fluidalnym) zgazowanie biomasy w zgazowywaczu i spalanie uzyskiwanych gazów w istniejącym kotle spalanie biomasy na ruszcie dobudowanym w kotle pyłowym Każda z tych metod przed rozpoczęciem inwestycji wymaga wykonania indywidualnej analizy techniczno-ekonomicznej.
36 Obowiązujące regulacje prawnePolska Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 – Prawo energetyczne (Ustawa z dnia 20 stycznia 2005 o zmianie ustawy - Prawo Energetyczne oraz ustawy – Prawo ochrony środowiska) Rozporządzenie MGiP z dnia 9 grudnia 2004 w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii regulują całokształt spraw związanych z wytwarzaniem i obowiązkiem zakupu energii wytwarzanych w odnawialnych źródłach energii Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 sierpnia 2003 w sprawie standardów emisyjnych – określa m.in.. standardy emisyjne dla współspalania biomasy oraz odpadów z paliwem podstawowym Ustawa z dnia 24 stycznia 2004 o podatku akcyzowym oraz ustawa z dnia 29 sierpnia 1997 Ordynacja Podatkowa- całokształt spraw związanych ze zwolnieniami energii elektrycznej wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii z akcyzy Unia Europejska Dyrektywa Parlamentu i Rady Europy z dnia nr 2001/77/EC w sprawie promocji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych na wewnętrznym rynku energii
37 Obowiązujące regulacje prawneRozporządzenie MGiP z dnia 9 grudnia 2004 w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii Biomasa- stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji Mączka mięsno-kostna jest biomasą Ścier drzewny jest biomasą
38 Obowiązujące regulacje prawneRozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 sierpnia 2003 w sprawie standardów emisyjnych Paliwem jest również biomasa rozumiana jako produkty składające się w całości lub w części z substancji pochodzących z rolnictwa lub leśnictwa używane w celu odzyskania zawartej w nich energii oraz następujące odpady: Roślinne z rolnictwa i leśnictwa Roślinne z przemysłu spożywczego, jeżeli odzyskuje się wytwarzaną energie cieplną Włókniste, roślinne z procesu produkcji pierwotnej masy celulozowej i z procesu produkcji papieru z masy, jeżeli odpady te są spalane w miejscu produkcji, a wytwarzana energia cieplna jest odzyskiwana Korek Drewno, z wyjątkiem drewna zanieczyszczonego impregnatami i powłokami ochronnymi, które mogą zawierać związki chlorowcopochodne lub metale ciężkie, oraz drewna pochodzącego z odpadów budowlanych lub z rozbiórki
39 Produkcja energii z OŹENa podstawie przedstawionej do URE dokumentacji uwierzytelniającej uzyskano w PKE S.A. rozszerzenie koncesji na produkcję energii „zielonej” w: Elektrowni Siersza - na blokach nr 1 i 2 metodą współspalania biomasy roślinnej z paliwami podstawowym w sumie MWe = 24 MWe Elektrowni Łaziska metodą współspalania biomasy roślinnej z paliwami podstawowymi: = 32 MWe Elektrowni Jaworzno III/II metodą współspalania mączki mięsno-kostnej z paliwami podstawowymi 7+7 = 14 MWe
40 Produkcja energii z OŹEPKE S.A. obecnie produkuje zieloną energię z biomasy pochodzenia roślinnego w Elektrowni Siersza i Elektrowni Łaziska oraz z biomasy pochodzenia zwierzęcego w Elektrowni Jaworzno III/II. W tych zakładach na razie pracują instalacje wykonane metodą niskonakładową posiadające szereg ograniczeń technologicznych.
41 Uprawy energetyczne PKE podjął pracę badawczo rozwojową w celu wytypowania roślin energetycznych których uprawa byłaby możliwa na terenach biologicznie zdegradowanych np. na zrekultywowanych składowiskach odpadów energetycznych. Wstępnie zakłada się sprawdzenie możliwości uprawy następujących roślin: - wierzba salix sp, - miscanthus, - ślazowiec pensylwański, - róża bezkolcowa W wyniku pracy badawczej oczekuje się wyboru optymalnej rośliny jak również opracowania technologii jej uprawy w trudnych warunkach. Umożliwi to pozyskanie dodatkowego areału do wykorzystania na uprawy energetyczne.
42
43 Podsumowanie PKE S.A. jest przygotowane pod względem technicznym do wytwarzania energii odnawialnej poprzez współspalanie biomasy z paliwami podstawowymi. Wykonane próby a później uzyskane doświadczenia eksploatacyjne potwierdziły, że produkowana w ten sposób energia z OŹE jest wytwarzana z zachowaniem ostrych wymagań dotyczących emisji substancji szkodliwych do atmosfery, spełnia także wymagania ustawy o odpadach. Jest to konkurencyjny ekonomicznie sposób produkcji energii odnawialnej. Może on być w Polsce jedną z głównych dróg osiągnięcia celu indykatywnego 7,5% udziału energii z OŹE w roku 2010.
44 Dziękuję ...i zapraszam do współpracy.