Upload
olek95
View
762
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
WYDZIAŁ INśYNIERII ŚRODOWISKAStudium PodyplomoweZrównowa Ŝone systemy zaopatrzenia budynków w energie i świadectwa energetyczne
Alternatywne źródła energii
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wykład 1Biomasa - własności, technologie,ocena projektów
Wydział In Ŝynierii Środowiska Spis tre ści
� Energia odnawialna w Europie i Polsce� Globalny potencjał biomasy i kierunki
rozwoju technologii� Biomasa – podstawowe własności� Rośliny energetyczne
page 2
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� Rośliny energetyczne� Technologie energetycznego
wykorzystania biomasy� Analiza projektów energetycznego
wykorzystania biomasy
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaEnergia odnawialna w Europie i Polsce
Definicje
� Energia wyprodukowana z wykorzystaniem paliw niekopalnych takich jak: woda, wiatr, energia słoneczna, biogaz, gaz wysypiskowy i z oczyszczalni, biomasa,
page 3
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
zasoby geotermalne� Energia wyprodukowana z wykorzystaniem generatorów
na powyŜsze paliwa w całości lub proporcjonalnie� Energia uzyskana z odpadów gospodarczych, które
podlegają sortowaniu
Wydział In Ŝynierii Środowiska Regulacje światowe
Protokół z KiotoProtokół z Kioto wszedł w Ŝycie 16 lutego 2005 r. Wynika z niego, Ŝe w pierwszym okresie 2008-2012 Polska musi zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych o 6% w skali globalnej w stosunku do roku bazowego – 1988
II Protokół Siarkowy i Protokół Azotowy Oslo, 1994 ,Göteborg, 1999
page 4
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
1999
Poziom emisji, 1000 Mg/rok Substancja
1980 1990
Dopuszczalna wielko ść
emisji dla 2010
% redukcji emisji dla 2010
(w stosunku do 1990) SO2 4100 3210 1397 - 56 NO2 1280 879 - 31 NH4 508 468 - 8 LZO 831 800 - 4
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaKierunki rozwoju energetyki odnawialnej w EU
� Biała Księga „Energia dla przyszłości - odnawialne źródła energii” - 1997
� Zielona Księga „O bezpieczeństwie energetycznym” - 2000� Dyrektywa z 27 września 2001 r. Nr 2001/77/WE w sprawie
promocji energii elektrycznej wytworzonej w źródłach odnawialnych na wewnętrznym rynku energii elektrycznej
� Strategia zrównowaŜonego rozwoju EU „ZrównowaŜona Europa dla lepszego Świata”-
page 5
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� Strategia zrównowaŜonego rozwoju EU „ZrównowaŜona Europa dla lepszego Świata”-
� VI Program działań w dziedzinie ochrony środowiska „Środowisko 2010: nasza przyszłość, nasz wybór”- 2002
� Dyrektywa 2003/30/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie promocji biopaliw lub innych paliw odnawialnych dla transportu
Pakiet energetyczno – klimatyczny ?
Wydział In Ŝynierii Środowiska Przyj ęte cele dla OZE w EU
� Biała Księga� 12 % udział energii pierwotnej z OZE do roku 2010
� Dyrektywa 2003/30/WE � 5,75% udziału bio-paliw w rynku paliw dla transportu
do roku 2010 (2% na rok 2005)
page 6
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� Dyrektywa 2001/77/WE� 22 % udział OZE w bilansie energii elektrycznej do
roku 2010
� Pakiet energetyczno – klimatyczny� 3 x 20 ???
Wydział In Ŝynierii Środowiska Dyrektywa 2001/77/WE w Europie
Dyrektywa określa cel ilościowy na 22% energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych wg udziału w poszczególnych
krajach na 2010r. Dla Polski 7,5 %.
page 7
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Źródło: Mikucki O.: „Mechanizmy wsparcia odnawialnych źródeł energii w Polsce”, Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A.
Wydział In Ŝynierii Środowiska Dyrektywa 2001/77/WE w Polsce
page 8
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Źródło: Kulesa M.: (2005) “Organizacja rynku zielonej i czerwonej energii z punktu widzenia spółek obrotu”
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaWykorzystanie źródeł energii odnawialnej w 2002 r w Polsce
Źródło energii Moc w MWProdukcja energii
elektrycznej w GWhProdukcja ciepła
w TJ
Całkowita produkcja energii
w TJ
Udział w produkcji całkowitej
Biomasa ~6500 310 102056 103173 92,0
En. słoneczna 17 - 37 37 0,0
Geotermia+pompy ciepła
89 - 526 526 0,5
page 9
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wiatr 29 60 - 216 0,2
En. wodna(MEW<5MW)
524 (185) 2276 (698) - 8192 (2511) 7,3 (2,2)
Suma ~7100 2646 102619 112146 100,0
*Biomasa – 98% całkowitej produkcji en. odnawialnej ( bez du Ŝych el. wodnych).
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaKierunki rozwoju energetyki odnawialnej w Polsce
� Strategia Rozwoju Energetyki Odnawialnej� Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 30
maja 2003 w sprawie szczegółowego obowiązku zakupu energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii (...)
page 10
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
źródeł energii (...)� Traktat o Przystąpieniu Republiki Czeskiej,
Estonii, Cypru, Łotwy, Litwy, Węgier, Malty, Polski, Słowenii i Słowacji do Unii Europejskiej. 2003
Wydział In Ŝynierii Środowiska Cele przyj ęte dla OZE w Polsce
� Strategia � 7,5% udziału energii pierwotnej z OZE do roku 2010
i 14% w 2020 r
� Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Traktat o Przystąpieniu
page 11
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� 7,5% udziału OZE w bilansie sprzedaŜy energii elektrycznej
� 7,5% udziału OZE w krajowym zuŜyciu energii elektrycznej brutto
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Prognoza przyrostu mocy zainstalowanej elektrycznej OZE w poszczególnych grupach technologicznych
page 12
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaAspekty organizacyjne i ekonomiczne wspierania energetyki odnawialnej
� Wspólne wdro ŜeniaKoncepcja ta zakłada, Ŝe kraje najbardziej rozwinięte gospodarczo będą mogły finansować tego typu projekty inwestycyjne poza swymi granicami, traktując uzyskane tą drogą jednostki redukcji emisji jako element realizacji własnych zobowiązań wynikających z konwencji.
� Mechanizm czystego rozwojuMechanizm ten zezwala państwom uprzemysłowionym uzyskiwać kredyty emisyjne w zamian za to, Ŝe zainwestują w projekty przyczyniające się do
page 13
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
emisyjne w zamian za to, Ŝe zainwestują w projekty przyczyniające się do redukcji emisji w krajach rozwijających się, nie wchodzących w skład krajów Aneksu I Konwencji.
� Handel emisjamiRamowa Konwencja Narodów Zjednoczonych zezwala na zakup ERU przez prywatne przedsiębiorstwa i wymianę ich na pozwolenia do emisji w latach 2008-2012. Wprowadzanie handlu pozwoleniami na emisje pozwala na finansowanie inwestycji ograniczających emisję pieniędzmi pochodzącymi z handlu emisjami.
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaObowi ązek zakupu energii elektrycznej z odnawialnych źródeł
Sprzedawca zobowi ązany jest do zakupu energii elektrycznej wytworzonej w O ŹE przył ączonych do sieci znajduj ących si ę w jego obszarze działania.. Zakup energii odbywa si ę po średniej cenie
page 14
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
średniej cenie sprzeda Ŝy energii elektrycznej na rynku konkurencyjnym w poprzednim roku kalendarzowym. Za niewypełnienie obowi ązku zakupu energii elektrycznej nakładana jest kara .
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaCena uprawnienia do emisji CO2 od lipca 2007
page 15
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Ceny FUTURES rocznik 2009: średnia artmetyczna cen kontraktów FUTURES z ECX, EEX
Wydział In Ŝynierii Środowiska Zielone certyfikaty
W tym systemie wyprodukowana w odnawialnym źródle energia elektryczna jest oddzielana od efektu ekologicznego, który zawarty jest w zielonym certyfikacie. Energia elektryczna sprzedawana jest na rynku energii, a zielone certyfikaty – na rynku certyfikatów.
Zielony certyfikat Rynek praw majątkowych
page 16
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Produkcja energii z odnawialnych źródeł
Zielony certyfikat (świadectwo pochodzenia ŚP)
Rynek praw majątkowych wynikających z ŚP
Energia elektryczna Rynek energii elektrycznej
Wydział In Ŝynierii Środowiska Czerwone certyfikaty
page 17
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Ogólny schemat systemu czerwonych certyfikatówKulesa M.: (2005) “Organizacja rynku zielonej i czerwonej energii z punktu widzenia spółek obrotu”, ].
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Globalny potencjał biomasy i kierunki
page 18
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Globalny potencjał biomasy i kierunki rozwoju technologii
Wydział In Ŝynierii Środowiska Globalny potencjał biomasy
Grunty orne (Ŝywność, pasze)
Zbiory Ŝywność/paszy
Produkcja Ŝywności
Konsumpcja Ŝywności
Pastwiska
Produkcja zwierzęca
1,5 Gha
3,5 Gha
Powierzchnia
Przeznaczenie gruntów / produkcja pierwotna Zbiory Przeznaczenie
Końcowe wykorzystanie
33
page 19
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Gospodarka leśna/produkcja włókien
Dodatkowe grunty pod biomateriały
Grunty pod rośliny energetyczne
Inne grunty
Wycinka lasów
Zbiory roślin energetycznych
Produkcja energii
Konsumpcja materiałów
Konsumpcja energii
Produkcja materiałów4,0 Gha
4,2 Gha
4
2
1
5
7
4
6
6
Odpady wtórneOdpady pierwotne Odpady końcowe
Straty
Wydział In Ŝynierii Środowiska Globalny potencjał biomasy
RodzajPotencjalna bioenergia
dostarczona w długim okresie czasu (EJ)
1. Biomasa uprawiana na nieu Ŝytkach rolnych
0-988
2. Biomasa uprawiana na gruntach zdegradowanych
8-110
3. Odpady z rolnictwa 10-27
page 20
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
3. Odpady z rolnictwa 10-27
4. Odpady z gospodarki le śnej 10-16
5. Odpady a hodowli zwierz ęcej 9-25
6. Odpady organiczne 1-3 (+31 a)
7. Bio-materiały Minus 79-115
Suma 100-1130a – organiczne odpady z bio-materiałów
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaOcena pozycji rynkowej oraz niezawodno ści technologii
page 21
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaOcena pozycji rynkowej oraz niezawodno ści technologii
Nie moŜna wyświetlić obrazu. Na komputerze moŜe brakować pamięci do otwarcia obrazu lub obraz moŜe być uszkodzony. Uruchom ponownie komputer, a następnie otwórz plik ponownie. Jeśli czerwony znak x nadal będzie wyświetlany, konieczne moŜe być usunięcie obrazu, a następnie ponowne wstawienie go.
page 22
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska Uproszczona mapa drogowa bioenergii
Egzystuj ąca Technologia Nowa Technologia
Penetracja rynku Rozwój produktu
Współspalanie -gazyfikacjaCzyste odpady + biomasaKogeneracjaPelety do ogrzewania
Elektrociepłownie w cyklu kombinowanym z gazowaniem biomasy 30 – 75 MWeGazyfikacja 1 – 5 MWeEtanol z lignocelulozy
Istniejące rynki
page 23
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Pelety do ogrzewania Etanol z lignocelulozyMetanol, biodiesel, DME
ce rynki
Rozwój rynku Urozmaicenie
Elektrociepłownie w cyklu kombinowanym na biogazBioolej dla kogeneracjiBiopaliwa dla transportu
BiowodórBiochemikaliaRegeneracja monomerówWychwytywanie CO 2
Now
e rynki
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Rodzaje procesów konwersji i technologii uŜytkowania
page 24
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
uŜytkowania biomasy
Źródło: Rybak W.: (2006) „Spalanie i współspalanie biopaliw stałych”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Biomasa – podstawowe własności
page 25
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska Proces fotosyntezy
page 26
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Fotosynteza zachodzi według ogólnego równania: 6 CO2 + 6H2O + energia świetlna = C6H12O6 + 6O2
Wydział In Ŝynierii Środowiska Rodzaje biomasy:
1. drewno i odpady drzewne,2. słoma, ziarna zbóŜ,3. słoma upraw specjalnych roślin
energetycznych: wierzba krzewiasta - wiklina (Salix viminalis), trawy olbrzymie z rodzaju Miscanthus, ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita Rusby) itd
4. osady ściekowe,
page 27
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
4. osady ściekowe, 5. inne odpady roślinne powstające na etapach
uprawy i pozyskania jak teŜ przetwarzania przemysłowego produktów (kiszonka, łuski, pestki, korzenie, pozostałości przerobu owoców itp.);,
6. paliwa biopochodne (papier i karton, stałe odpady komunalne MSW, paliwa RDF.
Wydział In Ŝynierii Środowiska Własno ści biomasy
page 28
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Składniki pierwiastkowe i analityczne biomasyŹródło: Rybak W.: (2006) „Spalanie i współspalanie biopaliw stałych”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
Wydział In Ŝynierii Środowiska Własno ści biomasy
page 29
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
ZaleŜność warto ści energetycznej biopaliwa od wilgotno ści na przykładzie słomyŹródło: P.Gradziuk (2003) „Technologie konwersji biomasy stałej na cele energetyczne”, Akademia Rolnicza w Lublinie,
Wydział In Ŝynierii Środowiska Własno ści biomasy
� większość biopaliw stałych zawiera znaczne ilości wilgoci, nawet do 60% masy całkowitej,
� wszystkie biopaliwa stałe są bardzo reaktywne, zawierają duŜo związków tlenowych i niewielką liczbę struktur aromatycznych,
� mają umiarkowane zawartości azotu i bardzo niewiele siarki,wartość opałowa to 8-20 MJ/kg masy suchej,
page 30
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� wartość opałowa to 8-20 MJ/kg masy suchej,� popioły zawierają umiarkowane zawartości metali śladowych, tj. arsen, kadm, chrom, ołów i rtęć,
� popioły topią się w temperaturze 1000-1700oC, dla niektórych odpadów rolniczych temperatury mogą być znacznie niŜsze.
Szczegółowe dane w tabeli 1.1 w tekście
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Rośliny energetyczne
page 31
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska Wierzba konopianka – Salix viminalis
� była wykorzystywana na cele koszykarskie
� gatunek krzewiasty, osiągający do 8 m wysokości
� prosta uprawa� nie ma duŜych wymagań
glebowych� zabiegi agrotechniczne
sprowadzają się do głębokiej
page 32
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
sprowadzają się do głębokiej orki przed nasadzeniem, zbronowania, odchwaszczenia i uŜycia środka przeciwko szkodnikom w pierwszym roku uprawy
� sadzenie moŜna przeprowadzić od lutego do maja
Wydział In Ŝynierii Środowiska Wierzba konopianka - zbiór
� wierzba moŜe uzyskać wysokość 3 m w ciągu jednego sezonu wegetacyjnego
� na plantacjach energetycznych wycinkę stosuje się co trzy lataplantacja moŜe być
page 33
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� plantacja moŜe być prowadzona przez 30 lat� faszyna� zrębki drzewne� brykiet� pelety
Wydział In Ŝynierii Środowiska Inne zastosowania wierzby
� umacnianie skarp i rekultywacja wysypisk
� utylizacja osadów ściekowych
� mała architektura
page 34
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaŚlazowiec pensylwański – Sida hermaphrodita R.
� roślina wieloletnia o corocznie zamieraj ących pędach
� wysiewany� pędy maj ą średnic ę od 5 do 30 mm, s ą miękkie w środku
� roczny przyrost do 400 cm� na cele energetyczne
� warto ść opałowa około 12 MJ/kg� niska wilgotno ść� łatwo si ę tnie i brykietuje
page 35
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� łatwo si ę tnie i brykietuje� wykorzystanie w przemy śle celulozowo-
papierniczym� rekultywacja terenów zdegradowanych chemicznie� nie ma specjalnych wymaga ń w stosunku do gleby i
klimatu� trzeba zapewni ć równomierno ść wysiewu nasion i
ochron ę przed chwastami w pierwszym roku uprawy� zbioru łodyg dokonuje si ę jesieni ą, po
przymrozkach, gdy ro ślina zgubi li ście
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaTopinambur (słonecznik bulwiasty) –Helianthus tuberosus
� blisko spokrewniony z słonecznikiem zwyczajnym� wysokość roślin od 2 do 4 m, średnica łodyg do 3 cm� na cele energetyczne
� bulwy – produkcja etanolu lub biogazu� wyschnięte pędy – spalanie, produkcja brykietów lub
peletów� świeŜe pędy – produkcja biogazu
� pasza dla zwierząt, roślina dekoracyjna� produkcja syropów fruktozowych – bulwy� Ŝywność dla diabetyków
page 36
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� Ŝywność dla diabetyków� wymagania glebowe podobne do innych roślin
okopowych (ziemniaki), bulwy sadzimy wiosną lub jesienią
� nawozi się podobnie jak ziemniaki np.. obornik� zbiory wykonuje się w zaleŜności od celu uprawy:
� bulwy – zielonkę ścinamy w XI lub XII następnie kopiemy bulwy do 50 t/ha
� zielonka – części nadziemne kosimy nawet trzy razy w roku do 150 t/ha
� bulwy-zielonka – zbiór pod koniec października
Wydział In Ŝynierii Środowiska Trawy wieloletnie
� Miskant olbrzymi� trawa kępowa� wysokość do 350 cm
� Miskant cukrowy� wysokość od 100 do 400 cm� średnica łodygi ok. 10 mm
� Spartina preriowa
� niskie wymagania co do jakości gleby� trawy są wysadzane� zbioru
page 37
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� Spartina preriowa� wysokość do 200 cm� luźne obszerne kępy
� zbioru dokonuje się jesienią
Plony:•miskant olbrzymi od 10 do 30 t s.m./ha•miskant cukrowy od 5 do 26 t s.m./ha•spartin od 17 do 29 t s.m./ha
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Technologie energetycznego wykorzystania biomasy
� spalanie, współspalanie
page 38
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� gazyfikacja� pyroliza� produkcja biopaliw
Wydział In Ŝynierii Środowiska Wykorzystanie biomasy
page 39
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska Schemat domowego kominka
page 40
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska Kotły grzewcze małej mocy
� opalane drewnem kawałkowym, granulatem, peletem, balotami słomy
� wrzutowe, automatyczne� automatyzacja sterowania
procesem spalania oraz wymuszony nawiew
page 41
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
wymuszony nawiew powietrza z rozdziałem na pierwotne i wtórne
� systemy podające: ślimakowe i pneumatyczne współpracujące z ruchomymi zgarniakami podłogowymi
Wydział In Ŝynierii Środowiska Schemat kotła na granulat drzewny
1. Przyłącze do napełniania silosu z cysterny
2. Silos na granulat3. Podajnik granulatu
do palnika
page 42
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
do palnika4. Rura podajnika paliwa5. Palnik na granulat6. Komora spalania kotła7. Komin
Wydział In Ŝynierii Środowiska Silnik Stirlinga
page 43
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska Kotły grzewcze średniej i duŜej mocy
� ciepłownie i elektrociepłownie � wykorzystywane są ruszty stałe, ruszty mechaniczne płaskie
oraz schodkowe � kotły ze złoŜem fluidalnym� do spalania paliw podsuszonych (20 - 25%) stosowane są kotły
z rusztami stałymi lub mechanicznymi poziomymi.
page 44
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
z rusztami stałymi lub mechanicznymi poziomymi. � paliw wilgotnych (40 - 60%) kotły wyposaŜone są w ruchome
ruszty schodkowe� paleniska fluidalne pozwalają na efektywne spalanie biopaliw
niskiej jakości
Wydział In Ŝynierii Środowiska Kocioł rusztowy opalany biomas ą
page 45
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaKocioł parowy z rusztem pochyłym
page 46
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Współspalanie biomasy w kotłach fluidalnych
STRUMIEŃ ENERGII W PALIWIE
PODSTAWOWYM
90%energii
doprowadzonejSTRUMIEŃ
page 47
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Energia chemiczna doprowadzona do kotła
STRUMIEŃ ENERGII
ODNAWIALNEJUdział
biomasy 10%energii
doprowadzonej
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaPrzystosowanie kotłów do współspalania biomasy
� udziału energii chemicznej doprowadzonej do kotła pochodzącej z biomasy moŜe wynosić do 10%
� przystosowanie kotła ogranicza się głównie do dobudowania linii przygotowania i podawania paliwa do kotłarozwiązanie takie nie wymaga duŜych
page 48
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� rozwiązanie takie nie wymaga duŜych nakładów inwestycyjnych
� biomasa po zmieszaniu z paliwem właściwym zostaje zmielona
Wydział In Ŝynierii Środowiska Gazyfikacja
� podział na trzy fazy: suszenia i odgazowania paliwa, wytworzenia mieszaniny gazów w warunkach niedoboru powietrza, spalania gazów w komorze spalania w obecności nadmiaru tlenu
� właściwości fizykochemiczne mieszaniny wytworzonych gazów zaleŜą od rodzaju i właściwości
page 49
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
wytworzonych gazów zaleŜą od rodzaju i właściwości paliwa.
� mieszanina składa się zwykle z: CO, H2, N2, CO2, H2O, CxHy w tym CH4 oraz innych substancji gazowych.
Wydział In Ŝynierii Środowiska Gazyfikacja
Zagazowywarka EKOD-I
page 50
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Gazyfikacja
Wykorzystanie biogazu do produkcji energii elektrycznej i ciepła
page 51
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
elektrycznej i ciepła
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaTechnologia IGCCP
page 52
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaGazyfikacja paliwa z odpadów RDF
page 53
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska Gazyfikacja biomasy i współspalanie
page 54
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska Piroliza
� polega na termicznym przekształceniu biomasy w warunkach braku dostępu tlenu
� w wyniku procesu otrzymuje się produkt stały (węgiel drzewny), produkt ciekły (olej pyrolityczny) oraz mieszaninę gazów palnych
� w zaleŜności od warunków procesu wyróŜnia się: pyrolizę konwencjonalną (conventional pyrolysis),
page 55
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
pyrolizę konwencjonalną (conventional pyrolysis), szybką (fast pyrolysis) i błyskawiczną (flash pyrolysis)
� w wyniku pyrolizy szybkiej otrzymuje się produkt nazywany bio-olejem lub olejem pyrolitycznym
Wydział In Ŝynierii Środowiska Piroliza biomasy
page 56
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska Technologie wykorzystania biomasy w CHP
page 57
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Spalanie Biomasy Spalanie Biomasy Ocena projektuOcena projektu
page 58
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Zdjęcie Credut: Bioenerginovator
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaSystem spalania biomasy opis
� Ciepłownia� Odzysk ciepła odpadowego� Spalanie biomasy dla pokrycia
zapotrzebowania bazowego� Systemy szczytowe� Rezerwa systemowa
System dystrybucji ciepła
page 59
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� System dystrybucji ciepła� Ciepła woda na zasilaniu, woda
schłodzona na powrocie� Dla pojedynczych budynków lub
dla systemu ciepłowniczego
� Zaopatrywanie w paliwo� Zbiórka, składowanie i transport � Zautomatyzowane przenoszenie paliwa z
zasobnika do spalania
Zdjęcie: Bioenergia Suomessa
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaSystem spalania biomasy opis (cd.)
Dostarczanie biomasy Dostarczanie biomasy Dostarczanie biomasy Dostarczanie biomasy (wsad)(wsad)(wsad)(wsad)
Zasilanie ciepłą Zasilanie ciepłą Zasilanie ciepłą Zasilanie ciepłą wodąwodąwodąwodą
System System System System odprowadzania odprowadzania odprowadzania odprowadzania spalin i kominspalin i kominspalin i kominspalin i kominKocioł rezerwowy Kocioł rezerwowy Kocioł rezerwowy Kocioł rezerwowy
i szczytowyi szczytowyi szczytowyi szczytowy
OdpylanieOdpylanieOdpylanieOdpylanie
WymiennikWymiennikWymiennikWymiennikciepłaciepłaciepłaciepła
page 60
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
PrzesyłPrzesyłPrzesyłPrzesył
Schemat: Przewodnik inwestora. Małe Komercyjne Systemy Spalania Biomasy NRCan
Pobieranie biomasy Pobieranie biomasy Pobieranie biomasy Pobieranie biomasy (wsadu)(wsadu)(wsadu)(wsadu)
MagazynowanieMagazynowanieMagazynowanieMagazynowaniebiomasy biomasy biomasy biomasy (wsadu)(wsadu)(wsadu)(wsadu)
Odpopielanie i składowanie popiołuOdpopielanie i składowanie popiołuOdpopielanie i składowanie popiołuOdpopielanie i składowanie popiołuKomora paleniskowaKomora paleniskowaKomora paleniskowaKomora paleniskowa
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaObciąŜenie szczytowe a obci ąŜenie podstawowe
Instalacje spalania biomasy mogą być dobierane pod:
� ObciąŜenie szczytowe� Maksymalizacja zuŜycia biopaliwa
i minimalizacja zuŜycia paliw kopalnych� Większy, droŜszy system� Niska efektywność pracy przy częściowym
Wykres planowanego systemuBiomasa Szczyt
Obciążenie(Moc)
Zapotrzebowanie(Energia)
OCO
page 61
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� Niska efektywność pracy przy częściowymobciąŜeniu jeśli zapotrzebowanie jest zmienne
� ObciąŜenie podstawowe� Praca z wydajnością bliską projektowej,
więc z wysoką sprawnością� Znacznie niŜsze koszty inwestycyjne� Wymagany system konwencjonalny dla
pokryciaobciąŜenia szczytowego
(Moc) (Energia)
Wykres planowanego systemuBiomasa Szczyt
Obciążenie(Moc)
Zapotrzebowanie(Energia)
OCO
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaUwarunkowania projektu spalania biomasy
� Dostępność, jakość i cena biomasy w stosunku do paliw kopalnych� Przyszłe nie-energetyczne wykorzystanie biomasy (np.
pulpa)� Kontrakty długoterminowe
� MoŜliwa powierzchnia pod dostawy, składowanie i duŜe kotły
page 62
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
i duŜe kotły� Wymagana niezawodna i wyspecjalizowana
obsługa� Zaopatrzenie w paliwo oraz obsługa odpopielania
� Przepisy środowiskowe dotyczące jakości powietrza i zagospodarowania popiołu
� Ubezpieczenie i zagadnienia bezpieczeństwa
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Przykłady: Austria, Niemcy i Słowenia
Scentralizowane systemy energetyczne
Grupy budynków zawierające szkoły, szpitale i skupiska mieszkalne
Automatyczny załadunek wsadu
page 63
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Zdjęcie: Ken Sheinkopf/ Solstice CRESTZdjęcie: Centrales Agrar-Rohstoff-Marketing-und Entwicklungs-Netzwerk
Kocioł na drewnoZmiana zasilania ciepłowni z paliw kopalnych na biomasę , Słowenia
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Przykład: KanadaBudynki u Ŝyteczno ści publicznej i handlowo usługowe
Indywidualne budynki mogą być zaopatrywane w ciepło z własnych kotłowni opalanych biomasą� UŜyteczność publiczna: szkoły, szpitale, budynki miejskie
� Budynki handlowo usługowe: magazyny, garaŜe, itp.
page 64
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Zdjęcie: ECOMatters Inc.
Niewielki, komercyjny system ogrzewania, KanadaZdjęcie: Grove Wood Heat
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaPrzykłady: Brazylia i USA
Ciepło technologiczne
Zwykle wykorzystywane tam gdzie jest produkowana biomasa i wymagane jest ciepło technologiczne
� Tartaki, cukrownie i wytwórnie wódki, produkcja mebli oraz suszarnie w procesach rolniczych.
Wnętrze komory paleniskowej
Wytłoki trzciny cukrowej do procesów cieplnych w młynie, Brazylia
Trzcina cukrowa dla ciepła procesowego, Hawaje
page 65
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Zdjęcie: Ken Sheinkopf/ Solstice CRESTZdjęcie: Ralph Overend/ NREL PixZdjęcie: Warren Gretz/ NREL Pix
paleniskowejcieplnych w młynie, Brazyliaprocesowego, Hawaje
Wydział In Ŝynierii Środowiska
RETScreen ® Moduł Spalania Biomasy
� Analiza produkcji energii w dowolnym miejscu na świecie, koszt w okresie Ŝywotności i redukcja gazów cieplarnianych� Od pojedynczych budynków do
duŜych zgrupowań z siecią cieplną� Biomasa w obciąŜeniu szczytowym,
page 66
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� Biomasa w obciąŜeniu szczytowym, jako rezerwa oraz w odzysku ciepła odpadowego
� Wymiarowanie i oszacowanie kosztów rurociągów sieci ciepłowniczej
� Obecnie niedostępne analizy:� DuŜych ciepłowni (> 2,5 MW)
� W zamian dostępny model CHP
Wydział In Ŝynierii ŚrodowiskaRETScreen ® Spalanie biomasy Obliczenia energetyczne
Wyznaczenie ekwiwalentu ilości stopniodni sezonu
grzewczego
Określenie zapotrzebo-wania, krzywej
obciążenia i ilości godzin pracy przy pełnym
obciążeniu
Wyznaczenie całkowitego
Obliczenie zapotrzebowania
szczytowego
page 67
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Sprawdź e-Podręcznik
Ocena projektów w zakresie Czystej Energii:RETScreen® Projektowanie i Przykłady
Rozdział: Spalanie biomasy
Wyznaczenie całkowitego zapotrzebowania na energię
Określenie konfiguracji energetycznej
Wyznaczenie ilości paliwa
Dobór rurociągów sieci cieplnej
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Przykłady weryfikacji modelu RETScreen ® Spalanie biomasy
� Wyznaczenie krzywej obciąŜenia� Porównano ze
Szwedzkim modelem DD-IL dla 4 miast w Europie i Ameryce Północnej
Dobór rurociągów sieci
Krzywa przebiegu obciążenia Krzywa przebiegu obciążenia Krzywa przebiegu obciążenia Krzywa przebiegu obciążenia –––– Uppsala, Szwecja Uppsala, Szwecja Uppsala, Szwecja Uppsala, Szwecja
60
80
100
% o
bcią
żeni
a sz
czyt
oweg
o%
obc
iąże
nia
szcz
ytow
ego
% o
bcią
żeni
a sz
czyt
oweg
o%
obc
iąże
nia
szcz
ytow
ego
RETScreenDD-IL
page 68
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� Dobór rurociągów sieci ciepłowniczej� Porównanie z
programem ABB R22 z dobrym rezultatem
Wartość opałowa drewnaWartość opałowa drewna� Porównano z 87 próbkami kory drzewnej ze wschodniej Kanady� RETScreen® oszacowuje wartość opałową dla odpadów drzewnych z
dokładnością 5% dla danych z próbek
0
20
40
0 2 000 4 000 6 000 8 000Liczba godzinLiczba godzinLiczba godzinLiczba godzin
% o
bcią
żeni
a sz
czyt
oweg
o%
obc
iąże
nia
szcz
ytow
ego
% o
bcią
żeni
a sz
czyt
oweg
o%
obc
iąże
nia
szcz
ytow
ego
Wydział In Ŝynierii Środowiska Wnioski
� Koszt energii cieplnej z biomasy moŜe być znacznie niŜszy od kosztu ciepła konwencjonalnego, nawet biorąc pod uwagę wyŜsze koszty początkowe systemów biomasowych
� RETScreen® określa krzywą obciąŜenia, wymaganą
page 69
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
� RETScreen® określa krzywą obciąŜenia, wymaganą moc instalacji biomasowej i instalacji szczytowej oraz dobiera rurociągi sieci ciepłowniczej przy uŜyciu minimalnej ilości danych wejściowych
� RETScreen® znacznie obniŜa koszty opracowania wstępnego studium wykonalności
Wydział In Ŝynierii Środowiska
Dziękuję za uwagę
page 70
Alternatywne źródła energii – wykład 1
Dr in Ŝ. Andrzej Wiszniewski
Dziękuję za uwagę