1 / 52

BIOMASA DLA CELÓW ENERGETYCZNYCH

BIOMASA DLA CELÓW ENERGETYCZNYCH. Halina Kruczek Politechnika Wrocławska Wydział Mechaniczno-Energetyczny 2005. Plan prezentacji. Dlaczego biomasa?-wykorzystanie biomasy jako paliwa Definicje i potencjał Charakterystyki paliwa - biomasy Produkcja energii z biomasy.

more
Download Presentation

BIOMASA DLA CELÓW ENERGETYCZNYCH

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. BIOMASA DLA CELÓW ENERGETYCZNYCH Halina Kruczek Politechnika Wrocławska Wydział Mechaniczno-Energetyczny 2005

  2. Plan prezentacji • Dlaczego biomasa?-wykorzystanie biomasy jako paliwa • Definicje i potencjał • Charakterystyki paliwa - biomasy • Produkcja energii z biomasy

  3. BIOMASA – RAMY POLITYCZNE I PRAWNE • Biała Księga „Energia dla przyszłości: odnawialne źródła energii” 12% udziału energii pierwotnej z OZE do roku 2010 (8,5% z biomasy) 22% udziału OZE w bilansie energii elektrycznej • Dyrektywa z 27 września 2001 r. Nr 2001/77/WE w sprawie promocji energii elektrycznej wytworzonej w źródłach odnawialnych na wewnętrznym rynku energii elektrycznej

  4. ŚWIAT 5,2 % EUROPA8,0 % (ROK BAZOWY: 1995) EU – BIAŁA KSIĘGA KONSUMPCJA ENERGII PIERWOTNEJ 1995 2010 OŹE 5,4 % 11,5 % Biomasa 3,1 % 8,5 % REDUKCJA CO2 (Kyoto)

  5. BIOMASA – RAMY POLITYCZNE I PRAWNE POLSKA • Strategia Rozwoju Energetyki Odnawialnej 7,5% udziału energii pierwotnej z OZE do roku 2010 • (Dotychczasowe) na podst. Art.. 9a Prawo Energetyczne) Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 30maja 2003 w sprawie szczegółowego obowiązku zakupu energii elektrycznej zodnawialnych źródeł energii • Nowe rozp.1 stycznia 2005- definicja podmiotów zobowiązanych do użycia OZE , sposób wypełnienia, regulacja zagadnienia potwierdzania wytworzenia energii elektrycznej w OZE przez świadectwa pochodzenia 7,5% udziału OZE w bilansie sprzedaży energii elektrycznej • Traktat o Przystąpieniu Republiki Czeskiej, Estonii, Cypru, Łotwy, Litwy, Węgier, Malty, Polski, Słowenii i Słowacji do Unii Europejskiej. 2003

  6. Cykl wykorzystania biomasy

  7. Struktura przyrostu mocy w energetyce odnawialnej w Polsce do roku 2010 wg Strategii rozwoju energetyki odnawialnej

  8. Udział produkcji energii elektrycznej z poszczególnych źródeł odnawialnych w Polsce w roku 2010 wg modelu SAFIRE, EC BREC’2001 Scenariusz OZE 7,5% Scenariusz środowiskowy 12,5 %

  9. Krajowe zasoby biomasy potrzebnej do procesów współspalania Źródła biomasy • Leśnictwo. • Rolnictwo: • Odpady i półprodukty z produkcji rolnej, • Uprawy energetyczne. • Inne: • Przemysł drzewny, • Przemysł spożywczy, • Przemysł papierniczy • Osady ściekowe???.

  10. BIOMASA JAKO PALIWO bale pelety pył Osad papierniczy trociny zrębki

  11. Badanie krajowych zasobów biomasy Nadwyżki słomy [tys.ton] Gradziuk P. „Słoma energetyczne paliwo”, W-wa 2001 Lesistość w Polsce [tys.ha] Date statystyczne GUS, za rok 2002 Powierzchnia odłogów i ugorów[tys.ha] Date statystyczne GUS, za rok 2001 Kompleksy rolniczej przydatności gleb Instytut Upraw Nawożenia i Gleboznawstwa, Puławy

  12. Wierzba energetyczna – wstępny ranking województw wg EC BREC Analiza wielokryterialna metodą Capelanda oparta na 12 kryteriach, m.in.: • redukcji plonów upraw referencyjnych w okresach suchych, • średniej rocznej temperaturze, • udziale gleb średnich klas bonitacyjnych w areale uprawowym, • liczbie dużych farm, • udziale upraw zbożowych na danym obszarze, • wielkości produkcji ciepła sieciowego i jego ceny.

  13. BILANS SŁOMY W POLSCE -(w tyś. m3 )

  14. Biomasa na Dolnym Ślasku- rzepak

  15. Rozmieszczenie kotłów grzewczych na słomę w woj. dolnośląskim kotły grzewcze na słomę elektrownie wodne instalacje fotowoltaiczne kolektory słoneczne do 6 m2

  16. Rozmieszczenie instalacji do spalania odpadów drzewnych i inne OŹE kotły grzewcze na odpady drewna elektrownie wodne instalacje fotowoltaiczne kolektory słoneczne do 6 m2

  17. Problemy związane z produkcja energii z biomasy • Problemy wymagające rozwiązania aby biomasę użyć jako paliwo wynikają z jej własności fizyko-chemicznych tj. niska gęstość i wilgotność stwarzają problemy ekonomiczne z transportem i magazynowaniem • Problem wymagający rozwiązania te rozdrobnienie biomasy i doprowadzenie jej do kotłów lub gazogeneratorów • Problemy w czasie spalania to zagrożenie zanieczyszczaniem się powierzchni i korozją wysokotemperaturową

  18. Krajowe zasoby biomasy potrzebnej do procesów współspalania (1/3) Konkurencja o biomasę: • Zapotrzebowanie na biomasę przez różne sektory: • Elektroenergetyka i ciepłownictwo, • Transport, • Przemysł. • Złożoność problematyki • Strona podażowa: leśnictwo, rolnictwo, • Konkurencja po stronie popytu, • Uwarunkowania: środowisko, przestrzeń produkcyjna, infrastruktura techniczna itd. • Konieczność indywidualnego (regionalnego) podejścia do zasobów biomasy.

  19. Krajowe zasoby biomasy potrzebnej do procesów współspalania (2/3) Uprawy energetyczne: • Wieloletni charakter upraw (bioróżnorodność, zaangażowanie gruntów na wiele lat), • Skład fizyko-chemiczny (uprawy lignocelulozowe), • Rentowność produkcji (priorytet dla produkcji żywności), • Polityka rolna (dopłaty, Wspólna Polityka Rolna UE), • Wykorzystanie gruntów: • Grunty nie uprawiane (odłogi i ugory), • Struktura własnościowa, • Warunki (klasy bonitacyjne, rolnicza przestrzeń produkcyjna), • Produktywność. • Podejście wielofunkcyjne: • Rekultywacja, • Ochrona wód (Fitoremediacja, strefy buforowe).

  20. Krajowe zasoby biomasy potrzebnej do procesów współspalania (3/3) Zagadnienia organizacyjne: • Łańcuch dostaw: • Skup (standaryzacja i pomiar), • Przetwarzanie (technologia współspalania), • Przechowywanie. • Organizacja producentów: • Rozproszona, scentralizowana (integracja pionowa, pozioma), • Grupy producenckie, • Mechanizacja produkcji. • Wykorzystanie istniejącej infrastruktury i doświadczenia: • Rolnictwo, • Logistyka.

  21. Współspalanie biomasy z paliwami kopalnymi - ramy prawne • Ilość „zielonej” energii elektrycznej w procesie współspalania ma być określana jest na podstawie udziału strumienia energii chemicznej biomasy lub biogazu w całkowitym strumieniu energii chemicznej paliwa – obecnie podano metodykę obliczania • Paragraf 4 punkt 3 Rozporządzenia mówi, że „jednostka wytwórcza powinna być wyposażona w urządzenia i przyrządy pomiarowe zapewniające pomiary i rejestrację, umożliwiające obliczenie ilości energii wytwarzanej z biomasy lub z biogazu – obecnie obowiązują określone miejsca pomiaru (Dotychczasowe) Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 30 maja 2003r.:

  22. WSPÓŁSPALANIE Cele ilościowe a problemy organizacyjne • Zdaniem ekspertów z MGPiPS wypełnienie przyjętego w Traktacie Akcesyjnym celu indykatywnego dla Polski (7,5%) będzie wymagało co najmniej 4-procentowego udziału energii elektrycznej ze współspalania w krajowym zużyciu energii elektrycznej brutto w roku 2010. • Zakładając, że zużycie energii elektrycznej brutto w roku 2010 wyniesie ok. 150 TWh (obecnie wynosi ok. 139 TWh), 4% energii elektrycznej ze współspalania przekładać się będzie na ok. 65 PJ energii chemicznej dostarczonej biomasy (odpowiednik ok. 3 mln ton węgla). Zakładając, że zdecydowaną większość paliwa będzie stanowić drewno, pozyskanie drewna opałowego (świeżego) w ciągu roku powinno wynieść ok. 8-10 mln ton (ok. 10 - 12 mln m3). Problem: Czy uda się w Polsce stworzyć odpowiednio duży rynek biomasy? (Sektor leśny szacuje, że z istniejących drzewostanów możliwe jest pozyskanie na cele energetyczne 2,5-3 mln ton drewna.) Czy cena produkowanej zielonej energii nie będzie wysoka przy takim zapotrzebowaniu na biopaliwa?

  23. Charakterystyka biomasy Własności fizyko-chemiczne biopaliw zależą w dużym stopniu od ich składu chemicznego masy palnej i substancji mineralnej, zawartości części lotnych, popiołu i jego składu. Wielkości te decydują o doborze sposobu spalania pozwalającego na minimalną emisję i uniknięcie zagrożeń eksploatacyjnych (zanieczyszczenie powierzchni, szlakowanie, korozja wysokotemperaturowa). Zawartość popiołu w energetycznie przydatnej słomie jest podobnego rzędu jak dla węgla kamiennego. Natomiast dla roślin energetycznych mieści się w zakresie 2-6%. Jedynie dla odpadów drzewnych zawartość popiołu jest bardzo niska i wynosi poniżej 1%. Kaloryczność biomasy, w przeliczeniu na masę suchą, jest rzędu 15-20 MJ/kg. Zawartość azotu i siarki w biomasie jest niska, ale duża jest zawartość chloru, szczególnie w przypadku słomy, co stwarza duże ryzyko występowania korozji. Biomasa, w porównaniu z węglem, charakteryzuje się dużą zawartością części lotnych. Mała gęstość biomasy stanowi problem transportowy i magazynowy – 250 -360 kg/m3

  24. SKŁAD BIOMASY Fuel Characteristics

  25. Zmiana wartości odpadowej biomasy

  26. Procesy wykorzystania biomasy do celów energetycznych

  27. Fermentacja-BIOGAZ • Techniczny potencjał biogazu, obliczony dla wartości opałowej równej 23 MJ/m3 gazu w beztlenowej fermentacji odchodów zwierzęcych, wynosi 37,5 PJ. • W Polsce funkcjonuje ok. 1,8 przemysłowych i 1,470 komunalnych oczyszczalni ścieków a ich liczba stale rośnie. Potencjał techniczny biogazu z osadów ścieków wynosi obecnie ok. 100 PJ. Podobny potencjał ma gaz wysypiskowy.

  28. Fermentacja-BIOGAZ • Z fermentacji 1 tony biomasy można uzyskać paliwo gazowe w ilości 350~500 m3 o cieple spalania 18000~24500 kJ/nm3. Odpad z fermentacji metanowej – szlam pogazowy stanowi nawóz organiczny. • Fermentacja metanowa wykazuje dwie maksymalne wydajności gazu: • przy temp. 30–35oC (bakterie mezofilne) • przy temp. 52–55oC (bakterie termofilne) • W skład biogazu wchodzą następujące gazy w różnej proporcji w zależności od parametrów fermentacji: • metan 55~70% • wodór 1~3% • tlen 0,5~1% • dwutlenek węgla do 40% • gazy różne 1~5%

  29. Gaz wysypiskowy • W Polsce istniało w 1998 r. 20 instalacji do wykorzystywania • gazu wysypiskowego o mocy nie przekraczającej 400 kW każda. • Przyrost mocy zainstalowanej w jednostkach wykorzystujących gaz wysypiskowy Objętościowy skład gazu (po odrzuceniu N2) wynosi: CO 34–54,5% H2 10–22% CO2 6–26% CH4 8–32% C2H4 4–6% C2H6 0,1–1% C3H 0,3–2%

  30. Porównanie bezpośredniego i pośredniego współspalania Bezpośrednie współspalanie / Pośrednie • Wymagane tylko rozdrobnienie • Wpływ na zanieczyszczenie powierzchni Z, korozję K i produkty spalania A • Wzrost kosztów z powodu Z, K i składowanie popiołów • Dodatkowy wstepny proces • problemyZ, K są minimalizowane • Popiół z biomasy odseparowany (gazyfikacja) • Wzrost kosztów inwestycyjnych

  31. Koncepcje współspalania biomasy z węglem

  32. Korzyści wynikające ze współspalania biomasy • Niskie koszty inwestycyjne • Niewielka zmiany parametrów operacyjnych kotła przy niskim udziale cieplnym biomasy • Wysoka sprawność • Wykorzystanie istniejącej infrastruktury i urządzeń • Okresowe fluktuacje biomasy mogą być rekompensowane zmiana udziału biomasy do wegla • Mozliwość użycia duzej ilości biomasy pozwalajacej na istotną redukcje CO2jak SO2 i NOx

  33. Spalanie –współspalanie biomasy Porównanie kosztów inwestycyjnych

  34. Wodór z biomasy - Układ oddzielnej gazyfikacji i procesu uszlachetniania gazu BIOMASA

  35. Wodór z biomasy - Podwójny układ ciśnieniowych reaktorów fluidalnych do gazyfikacji i regeneracji sorbentu O2/H2O BIOMASA PARA

  36. Realizowane prace w zakresie paliw odpadowych i biomasyw zespoledr hab..inz. Halina Kruczek PWr W-9 http://www.itcmp.pwr.wroc.pl/~hkruczek/ • Selektywna gazyfikacja paliw niskogatunkowych w tym biomasy paliw odpadowych do produkcji czystego gazowego paliwa z przewagą wodoru i produktów stałych przydatnych w przemyśle cementowym • Wykorzystanie paliw alternatywnych w kotłach energetycznych –opracowanie konceptu technicznego z doborem paliwa i optymalizacją sprawności i emisji • Charakterystyki biomasy i paliw odpadowych do współspalania w kotłach oraz optymalizacja układów transportu biomasy

  37. BAZA BADAWCZO-APARATUROWA • Piec badawczy do gazyfikacji i spalania paliw z analizatorem spalin on-line firmy Siemens • Piec zapłonowy

  38. Układ do poboru próbek do oznaczania dioksyn i furanów Aparaturatermograwimetr do badań własności paliw kinetyki zgazowania i spalania Temperature range – up to 1500 oC, heating rate 0.01 to 300 oC /min Coupled with IR, MS or GC/MS techniques

  39. Piec do badań materiałow organicznych i nieorganicznych w temperaturach do 1300 oCClassic -Claren Sonda aspiracyjna chłodzona wodą do pomiaru temperatur w ośrodku zapylonym.

  40. Praktyczne rozwiazania stosowania biomasy-Domowe piece grzewcze Mały kocioł opalany peletami

  41. Małe Systemy Grzewcze 15 - 150 kWth

  42. Średnie Systemy grzewcze

  43. Kocioł z rusztem obrotowym A – pierwsza komora spalania z rusztem obrotowym, B – komora dopalania, C – płomienica kotła,D – wentylator spalin, E – filtr spalin, F – komin, G – układ transportu żużla i popiołu

  44. Kocioł opalany słomą

  45. Kotły energetyczne opalane mieszanką paliw kociołfluidalny kocioł pyłowy

  46. Kocioł fluidalny ze złożem cyrkulacyjnym. 550 MWt, 194/179 kg/s, 16.5/3.7 MPa, 545/545°C

  47. Kocioł w Świeciu Dane projektowe kotła: WMT przy spalaniu 100% węgla 234 t/h Wydajność przy spalaniu 100% biomasy 180 t/h Zakres obciążeń (spalanie węgla) 50  100 % WMT Zakres obciążeń (spalanie biomasy) 38  77 % WMT Ciśnienie pary świeżej 9,6 MPa Temperatura pary świeżej 510  5°C Ciśnienie projektowe (walczak) 11,7 MPa Temperatura wody zasilającej (gr. dostaw) 200  5°C

  48. Pośrednie instalacje produkcji energii z biomasy

  49. 1 3 2 Pośrednie instalacje produkcji energii z biomasy i węgla • Kocioł parowy OR-10, D = 10 t/h, tp = 420°C • Instalacja zgazowania biomasy, • Tłokowy silnik parowy, P = 1 MWe, Q = 7 MWt Koncepcja i projekt techniczny instalacji zgazowania biomasy i wykorzystania gazu jako paliwa dodatkowego w kotle rusztowym

More Related