Technologia przyjazna człowiekowi

Poszukiwanie alternatywnych źródeł energii to od kilku lat jeden z ważniejszych tematów nie tylko w energetyce. Takie działania wymuszane są kurczeniem się zasobów ropy naftowej i gazu ziemnego, a co za tym idzie, stale rosnącym ich cenom oraz koniecznością przeciwdziałania zmianom klimatycznym.

Rachunek ekonomiczny sprawia, że odchodzi się od projektowania jednostek energetycznych opalanych pochodnymi z ropy naftowej czy gazem ziemnym, których według szacunków ma wystarczyć na raptem 45 – 60 lat. Tymczasem węgiel, zarówno kamienny jak i brunatny, jest tym surowcem, który ma szansę stać się na najbliższe lata dla Polski energetycznym dobrodziejstwem. Po pierwsze dlatego, że jego zasoby mogą wystarczyć na kolejne 200-300 lat. Po drugie współczesne technologie wdrażane przez RAFAKO S.A. sprawiają, że korzystanie z tych surowców staje się coraz bardziej ekonomiczne i przyjazne środowisku.

Odnawialne źródła
Wielkie nadzieje pokładane są także w alternatywnych źródłach energii, m.in. słonecznej, wietrznej czy też pochodzącej z przetwarzania tzw. biomasy w różnej postaci . Na razie to jednak znikomy procent w porównaniu z energią wytworzoną konwencjonalnymi metodami. Dlatego też cały świat stara się wypracować technologię, dzięki której pozyskanie „zielonej energii” będzie mogło odbywać się na dużo większa skalę, a przy tym będzie nie tylko przyjazne środowisku, ale także bardziej opłacalne z ekonomicznego punktu widzenia. Już teraz jej producenci mogą liczyć na spore wsparcie finansowe, m.in. z funduszy unijnych. W zachodniej Europie bowiem już od wielu lat funkcjonują obiekty zasilane energią pozyskaną z odnawialnych źródeł, m.in. ze spalania biomasy, czyli paliwa odnawialnego. I choć nie zastąpią one potężnych konwencjonalnych „fabryk energii”, czyli elektrowni na parametry nadkrytyczne, w pewnych warunkach mogą być ich uzupełnieniem.

Wysokie koszty
Dostrzegli to także polscy inwestorzy. Problem jednak leży w tym, że często, mobilizowani, czy wręcz kuszeni unijnymi dotacjami, nie mają świadomości wyzwania logistycznego i finansowego, jakie ich czeka przy tego typu projekcie. - Gdy tłumaczę potencjalnym inwestorom, że przy kotle spalającym biomasę trzeba liczyć się z kosztami trzykrotnie wyższymi, niż przy budowie tradycyjnego rusztowego kotła węglowego, to w pierwszej chwili spotykam się z niedowierzaniem. Tymczasem wynika to ze specjalnej konstrukcji takiej jednostki oraz uwzględnienia całej nowej infrastruktury i urządzeń – mówi Andrzej Zuber z Fabryki Kotłów RAFAKO S.A., największego w Europie producenta kotłów i instalacji odsiarczania spalin. Przez wiele lat jako specjalista wiodący oferował kotły dla ciepłownictwa i energetyki, a obecnie koordynuje budowę dwóch kotłów rusztowych: OS-20 opalanego zrębkami oraz OR-50 opalanego węglem kamiennym. Stąd też zna nie tylko ich rozwiązania konstrukcyjne i związane z tym koszty, ale także podejście i reakcje potencjalnych inwestorów.

Problemy z biomasą
W przypadku kotłów na biomasę wszytko bowiem zależy od rodzaju paliwa. – Węgiel kamienny spalany w kotłach rusztowych ma dość precyzyjnie określone parametry. Tymczasem biomasa biomasie nierówna. To bardzo ogólne pojęcie, pod którym rozumie się różne paliwa np. zrębki drewna o dużej zawartości wilgoci, odpady z przeróbki drewna, słomę oraz inne, pochodzenia roślinnego czy rolniczego. Przy projektowaniu kotła oraz całej infrastruktury należy precyzyjnie określić rodzaj spalanej biomasy, w tym zawartość wilgoci i skład chemiczny po to, by dobrać odpowiednią konstrukcję i materiały – wyjaśnia Andrzej Zuber.

Zróżnicowanie biomasy co do rodzaju i parametrów jest olbrzymie. Nie wystarczy określić, że paliwem będzie np. drewno lub słoma. Zupełnie innej konstrukcji wymaga kocioł spalający słomę zbożową lub inne paliwa o dużej zawartości chloru. Spowodowane jest to faktem, że biomasa, choć przyjazna środowisku, niezwykle destrukcyjnie może wpływać na elementy kotła. - W przypadku kotła węglowego żywotność części ciśnieniowej dochodzi nawet do 25 lat. Przy kotłach na biomasę o dużej zawartości chloru może być różnie - przyznaje Zuber. Dlatego właśnie tak ważne jest sprecyzowanie rodzaju paliwa, by nie narazić się na problemy eksploatacyjne, w szczególności związane z własnościami pyłu w spalinach oraz dodatkowymi kosztami związanymi z korozją wysokmotemperaturową części ciśnieniowej. – Jak mawiał mój profesor na uczelni: inaczej będą się spalały całe książki, a inaczej odpowiednio rozdrobniona i przygotowana makulatura. Poeksperymentować może każdy – wyjaśnia.

Kocioł to nie wszystko
Andrzej Zuber wskazuje jednak na fundamentalne aspekty, jakie powinni wziąć pod uwagę inwestorzy, zamierzający budować jednostki opalane biomasą. - Trzeba mieć przemyślane kwestie dostępu do konkretnego rodzaju paliwa, regularnych dostaw, transportu i składowania. To spore przedsięwzięcie logistyczne, przy którym budowa kotła to najmniejszy problem dla nas - zapewnia.

Podstawowy problem może wynikać z konieczności zapewnienia systematycznych dostaw określonego paliwa w ciągu całego roku. Dwudziestotonowy kocioł na biomasę (OS-20) potrzebuje około 10 ton paliwa na godzinę o wilgotności do 55%. Kwestie transportu, najczęściej samochodowego oraz wielkości terenu przeznaczonego pod budowę mogą być w niektórych przypadkach decydujące o niepowodzeniu inwestycji. Jak podkreśla Andrzej Zuber, jest on jak najbardziej zwolennikiem spalania biomasy w odpowiednio do tego skonstruowanych kotłach. Jednak zdecydowanie odradza takie rozwiązania klientom, gdy widzi, że są one dla nich nieuzasadnione technicznie. –Technicznie do rozwiązania jest każdy dobrze zdefiniowany problem. W wielu przypadkach ograniczeniem może być ekonomia, w tym wielkość przewidywanych środków finansowych na realizację przedsięwzięcia. Najgorszy dla mnie scenariusz może być taki, że pokonamy problemy techniczne i ekonomiczne na etapie realizacji inwestycji, a nie będzie czym palić w kotle – wskazuje Zuber.

Konstrukcyjny kolos
By uświadomić klientom skalę zjawiska, jako przykład porównuje dwa kotły, których budowę koordynuje osobiście. Chodzi o opalany miałem węglowym rusztowy kocioł OR-50 (50 t/h x 485 oC x 5,6 MPa x 105 oC) i spalający biomasę rusztowy kocioł OR-20 (20 t/h x 485 oC x 5,6 MPa x 105 oC). Obydwie jednostki różnią się przede wszystkim ciężarami poszczególnych zespołów, a co za tym idzie, kosztami realizacji. Ponad dwukrotnie mniejszy wydajnościowo kocioł na biomasę jest też dwukrotnie...większy tonażowo! Powierzchnia do zabudowy kotła OR-50 jest porównywalna na długość i szerokość (20 000 x 12 000 mm) do potrzeb zabudowy kotła biomasowego OS-20. Wysokość całkowita kotła biomasowego od poziomu odżużlania wynosi ok. 26 000 mm i w sposób znaczący przewyższa kocioł węglowy o ok. 6 000 mm. Część ciśnieniowa kotła biomasowego OS-20 jest cięższa od kotła węglowego OR-50 półtorej razy. Wynika to głównie z minimalnej wartości opałowej zrębków drewna na poziomie 7,3 MJ/kg przyjętej do projektowania kotła biomasowego. Atutem spalania biomasy może być brak tlenków siarki w spalinach. Atutem spalania niskozasiarczonego węgla może być niska zawartość chloru oraz wysoka temperatura mięknięcia popiołu.

Rozsądnie i racjonalnie
- Kotły na biomasę powinny powstawać tam, gdzie jest jej źródło, np. przy tartakach czy zakładach obróbki drewna, na terenach zalesionych pozwalających pozyskać surowiec w niedużej odległości. Taka lokalizacja eliminuje koszty transportu i składowania oraz zapewnia w miarę stały strumień biomasy. Ciepło uzyskiwane z biomasy może być wykorzystana w suszarniach lub innych ciągach technologicznych, a wyprodukowana energia elektryczna jest dodatkowym bonusem. Budowanie kotłów opalanych biomasą współpracujących z turbiną parową ma sens w przypadku dostępu taniego paliwa. Tymczasem w Polsce dzieje się na odwrót. Motorem napędowym są dotacje na „zieloną energię”, bez świadomości, że do jej wytworzenia potrzebny jest dostęp do paliwa i gwarancja systematycznych dostaw – wskazuje Andrzej Zuber. Jak podkreśla, stara się to uświadomić potencjalnym inwestorom przy okazji bezpośrednich rozmów czy też w referatach podczas różnych branżowych konferencji. - Chodzi o to, by racjonalnie wykorzystali swoje pieniądze. Jeżeli zostaną przeznaczone na nietrafione projekty, to są to zmarnowane fundusze, niekiedy pochodzące z naszej, czyli podatników kieszeni. A można je przecież spożytkować dużo lepiej – przekonuje.

Jego zdaniem troska o środowisko powinna opierać się nie tylko na coraz bardziej przyjaznych metodach pozyskiwania energii stosowanych w przemyśle, ciepłownictwie i energetyce zawodowej, lecz zaczynać się w każdym domu. Począwszy od racjonalnego wykorzystania energii elektrycznej i cieplnej, po segregację naszych śmieci.