POWER industry 2011/2 by PROGRAFIKA

D o d a te k ko nfe r e n c y j ny 2 / 2 011 (2)

II Konferencja Techniczna

Nowoczesne Kotłownie. Inwestycje i Bezpieczeństwo 22-23 marca 2012 – Hotel Villa Verde, Zawiercie – Jurajski Park Krajobrazowy

czas na zmiany W programie konferencji: • Panele dyskusyjne i tematyczne. • Referaty i prezentacje specjalistyczne. • Case studies. • Techniczne wycieczki na wybrane instalacje. Tematyka paneli: • Gaz, węgiel czy biomasa? Dylematy inwestorów w zakresie wyboru optymalnego surowca energetycznego w świetle zmieniających się norm i przepisów emisyjnych. • Wykorzystanie paliw odnawialnych i niekonwencjonalnych w jednostkach węglowych. Niezbędne inwestycje i modernizacje. • Kontrola emisji, układy sterowania i nadzoru. • Bezpieczeństwo instalacji kotłowych i układów nawęglania. Uczestnicy konferencji: Przedstawiciele ciepłowni i elektrociepłowni komunalnych i przemysłowych (min. przemysł spożywczy, chemiczny, wydobywczy, włókienniczy, pts, ceramiczny, papierniczy, drzewny, maszynowy) – odpowiedzialni za instalacje kotłowe, systemy spalania i podawania paliwa, utrzymania ruchu kotłów, remonty i modernizację oraz rozwój i inwestycje. Specjaliści z biur projektowych, jednostek naukowo-badawczych i firm doradczych. Dostawcy technologii i rozwiązań technicznych a także firmy realizujące inwestycje „pod klucz”.

Aktualny program na www.apbiznes.pl

Na szczęście mamy ogromne zasoby energii... w narodzie

strona

razy

polecamy również

więcej energii

Z Ryszardem Popowskim – prezesem zarządu PGE GiEK SA Oddział Zespół Elektrociepłowni Bydgoszcz rozmawia Janusz Zakręta

strona

Janusz Zakręta

janusz.zakreta@bitubi.pl

ie zważając na wszelkie zawirowania i niesprzyjające koniunktury: krajowe, europejskie i światowe… Polacy robią swoje. Jedzą, piją, budują i produkują.

A budować lubimy jak wskazują wyniki ostatnich wyborów parlamentarnych. „Nowa stara” władza powinna zatem podziękować za kolejny kredyt zaufania i przynajmniej się postarać nie przeszkadzać „obywatelom” w realizowaniu swoich – nierzadko – bardzo ambitnych i wizjonerskich planów. Mam również nadzieję – pewnie nie tylko ja – że z tych siedmiu miliardów euro, które ponoć zostaną Polsce ze sprzedaży dodatkowych pozwoleń na emisję CO2, choć niewielki procent zostanie spożytkowany na rozwój nowoczesnych technologii i inwestycji energetycznych. Bo Polak potrafi. Wystarczy go nie krępować stosami zbędnych prawnych „udogodnień” i nie „pomagać” mu za wszelką cenę.

Kogeneracja w przemyśle spożywczym REDAKCJA ul. Skłodowskiej-Curie 42, 47-400 Racibórz tel. 32 726 79 47, fax 32 720 65 85 janusz.zakreta@bitubi.pl RADA PROGRAMOWA Przewodniczący: prof. Włodzimierz Błasiak REDAKTOR NACZELNY Janusz Zakręta tel. 608 664 129 SEKRETARZ REDAKCJI Aleksandra Wojnarowska tel. 535 094 517 PRACOWNIA GRAFICZNA PROGRAFIKA.com.pl DRUK Drukarnia Wydawnictwa NOWINY ul. Olimpijska 20, 41-100 Siemianowice Śl. WYDAWCA Agencja Promocji Biznesu s.c. ul. Skłodowskiej-Curie 42, 47-400 Racibórz tel. 32 726 79 47, fax 32 720 65 85 www.apbiznes.pl

Redakcja nie odpowiada za treść ogłoszeń oraz za treść i poprawność artykułów przygotowanych przez niezależnych autorów. Redakcja nie zwraca materiałów niezamówionych. Kwartalnik. Nakład: do 2 000 egzemplarzy

Mamy w kraju kolejny dołek, nie świński ale węglowy. Kolejka tirów pod jedną ze śląskich kopalń jest długa na tydzień. Chętnych na węgiel przed sezonem grzewczym, ale bez pośredników, nie brakuje. Do tego dochodzą jeszcze groźne komunikaty spółek węglowych o realizowanych i planowanych podwyżkach i zamieszanie gotowe. Ciepłownicy są zatem w nienajlepszych humorach u progu zimy. Nie dziwi więc fakt, że aktywnie poszukują nowych metod przetwarzania energii pierwotnej na cieplną. A jeśli przy okazji uda się sprzedać trochę energii elektrycznej, która też nie tanieje, to można liczyć na sukces. Odpowiedzią jest kogeneracja. Zarówno ta oparta na paliwie węglowym czy biomasowym ale coraz częściej również na gazie. Rynek węgla czekają zatem nieuchronne zmiany. Pewną szansą w tej zmieniającej się rzeczywistości jest dla górnictwa „śląski łupek” czyli metan. Jednak obecna polityka wsparcia systemów energetycznych opartych o gaz kopalniany raczej zniechęca niż zachęca do znaczących inwestycji. Przy właściwym i skutecznym zagospodarowaniu istniejących pokładów metanu, może on być bardzo znaczącym źródłem czystej energii dla aglomeracji śląskiej. I tutaj rozsądne wsparcie instytucji rządowych bardzo by się przydało.

ŚWIAT

Polecamy literaturę fachową

miliardów

ludzi. Pod koniec 2011 r. liczba ludzi na Ziemi może przekroczyć siedem miliardów - wynika z prognoz opublikowanych na łamach tygodnika „Science". W 1999 r. liczba ludzi na Ziemi sięgnęła sześciu mld. Pod koniec tego roku może ona przekroczyć siedem mld. Do 2050 r. populacja ludzi na świecie zwiększy się jeszcze o 2,3 mld, czyli tyle, ile mieszkało na Ziemi w 1950 r. Według prognoz, w 2100 r. Ziemię będzie zamieszkiwało 10,1 mld ludzi. Dla porównania, 300 lat wcześniej był to „tylko" miliard. Niemal 97% spośród 2,3 mld, o które powiększy się populacja ludzka do 2050 r., to będą mieszkańcy gorzej rozwiniętych regionów świata. 49% z tej liczby przypadnie Afryce. Z kolei populacja w lepiej rozwiniętych regionach świata będzie się starzeć, a zatem będzie liczyć coraz mniej ludzi w wieku produkcyjnym w stosunku do emerytów. – Mimo że problemy dotyczące krajów rozwijających się różnią się od tych w krajach bogatych, to jednak w świecie podlegającym globalizacji wyzwania demograficzne w jednej części świata są wyzwaniami dla całego świata - podsumowuje autor artykułu, prof. David Bloom z Harvard School of Public Health. Źródło: wp.pl

KRAJ

miliardów e u r o . To d o d a t ko w a k w o t a j a k ą b ę d z i e najpewniej dysponował polski rząd w latach 2013 – 2020 dzięki sprzedaży pozwoleń na emisję dwutlenku węgla. Wielkie pieniądze to z reguły też wielka pokusa, by wydać je na własne potrzeby, zwłaszcza jeśli w budżecie niedobory. Tym razem podział pieniędzy będzie pod pełną kontrolą Brukseli, więc rola polskiego ministra finansów przy podejmowaniu decyzji zostanie ograniczona, ale czy to dobrze czy też źle – okaże się za dwa lata. Jak na razie Komisja Europejska przychylnym okiem patrzy na potrzeby przemysłu energochłonne go, który najpewniej najboleśniej od czuje skutki polityki klimatycznej. O taką przychylność od wielu miesięcy apelowali szefowie polskich cementowni, papierni, hut, obawiając się, że droga energia tak podniesie koszty produkcji, że przestanie być opłacalna i zakłady trzeba będzie zamknąć. Z a t e m p r z e my s ł p o w i n i e n b y ć z a d o w o l o ny. A l e i l e w praktyce może dostać pieniędzy, to zależeć już będzie znów od szczegółowych przepisów, a z tymi bywa różnie. Już nieraz przekonaliśmy się, że obietnice Brukseli to jedno, a wytyczne to drugie. Na przykład uzgadniając trzy lata temu okres przejściowy w stosowaniu pakietu klimatycznego, obiecano Polsce pulę 70 proc. uprawnień do emisji CO2 za darmo w 2013 roku, czyli w pierwszym roku obowiązywania pakietu, ale w praktyce może to być tylko ok. 50 proc., bo tak wynika z przelicznika, ustalonego przez urzędników Komisji. I nie ma gwarancji, że polski wniosek o przydział bezpłatnych uprawnień Bruksela przyjmie. Jeśli nasz rząd chce, by przemysł przetrwał, powinien bardziej aktywnie działać w Komisji Europejskiej, wspierać go i nie bać się podzielić z nim pieniędzmi. Źródło: rp.pl

Spośród pozycji literatury dotyczących inżynieryjno-produkcyjnych aspektów przetwórstwa spożywczego można wymienić: • Przetwórstwo rolno-spożywcze. Wybrane aspekty inżynieryjno-produkcyjne i energetyczne (pod red. Agnieszki Kalety i Janusza Wojdalskiego Wyd. SGGW. Warszawa 2008, ISBN 978-83-7244-809-4,obj.121 stron. • Użytkowanie maszyn i aparatury w przetwórstwie rolno-spożywczym. Wybrane zagadnienia (pod red. Janusza Wojdalskiego) Wyd. SGGW. Warszawa 2010, ISBN 978-83-7583-166 -5,obj.431 stron wraz z płytką dotycząca komputerowego wspomagania obliczeń. Pierwsza z prac zawiera charakter ystykę procesów i operacji jednostkow ych stosowanych w przetwórstwie żywności z uwzględnieniem najnowszych pozycji literatury źródłowej i uzupełniającej. Omówiono podstawy obliczania energochłonności zakładu produkcyjnego na przykładzie gorzelni rolniczej oraz przechowywania żywności w pomieszczeniach o obniżonej temperaturze. Osobny rozdział poświęcono wskaźnikom jednostkowego zużycia nośników energii i wody w kilkunastu branżach przemysłu spożywczego. Wartości liczbowe tych wskaźników mogą być przydatne zarówno dla projektantów now ych zakładów jak też w przypadku konieczności oszacowania kosztów energii i wody oraz przy staraniach o w ydanie pozwolenia zintegrowanego. Drugi podręcznik to nowość w literaturze. Zawarto podstawy z zakresu doboru i użytkowania maszyn podczas przebiegu różnych procesów i operacji jednostkowych. Zamieszczono definicje i określenia użytych terminów. Szczególny nacisk położono na zagadnienia energetyczne. Niewątpliwą nowością są przykłady danych techniczno-ruchowych i obsługi wybranych urządzeń produkcyjnych. Zawarto liczne tablice z danymi liczbowymi do prowadzenia obliczeń związanych z użytkowaniem urządzeń w przetwórstwie żywności. Oba podręczniki zawierają bardzo szczegółowe skorowidze rzeczowe co podnosi walory omawianych prac.

spis treści 6 4 razy więcej energii 18 Metan Rozmowa Rozmowa z Bernardem Barteczko z Ryszardem Popowskim

8 Efektywne wykorzystanie metanu z pokładów węgla kamiennego w Polsce

20 Czy metan może być „śląskim łupkiem"? Rozmowa z Henrykiem Paszczą

Prof. dr hab. Andrzej Olajossy

14 Zagrożenie? Metan z kopalni Piotr Plis

17 JSW SA – lider w wykorzystaniu metanu na cele energetyczne Rozmowa z Kazimierzem Gatnarem

22 Utylizacja metanu z pokładów węgla kamiennego w Polsce prof. dr hab. inż. Stanisław Nawrat

mgr inż. Sebastian Napieraj mgr inż. Natalia Schmidt

27 Who is who

Budynek biurowo-laboratoryjno-szkoleniowy firmy Wachelka INERGIS S.A., to w pełni innowacyjne rozwiązanie na polskiej mapie budownictwa użytkowego. Zastosowano w nim najnowsze rozwiązania technologiczne z zakresu Odnawialnych Źródeł Energii.

p ole c a

11. 21-22. Białystok Bezpiec zeństwo Produkcji i pracy w zakłada ch spożyw czych

at or: o r g a niz apbizn es.pl

p ole c

st yc zeń 2012 Zar ząd zan ie med iam i w prze myś le spo żyw czy m. Ene rgia – Wo da – Śro dow isko

@ or

Główną innowacją jest pompa ciepła o mocy 54 KW, która współpracuje z gruntowym kolektorem pionowym w postaci 30 odwiertów o głębokości 40 m każdy. Stwarza to możliwość pozyskania taniego geotermalnego ciepła z ziemi. Zastosowana pompa ciepła sprawdza się również doskonale w upalne letnie dni. Chłodzenie pasywne z wykorzystaniem dolnego źródła pozwala na uzyskanie taniego chłodzenia z ziemi z wykorzystaniem 1000 m² instalacji podpodłogowej. Latem układ powoduje odbieranie, poprzez instalację podpodłogową, ciepła znajdującego się w pomieszczeniach i przekazuje je do kolektora gruntowego. Takie rozwiązanie umożliwia akumulację ciepła w gruncie w porze letniej i odzyskanie go w okresie zimowym. Jest to tzw. regeneracja wymiennika gruntowego.

or: g a niz at apbi zn es.pl

Włączenie do systemu instalacji grzewczej kolektorów słonecznych, które podgrzewają ciepłą wodę użytkową, powoduje – w momencie uzyskania przez c.w.u. zadanej temperatury – że oddają pozyskiwane nadal ciepło do gruntu, zwiększając tym samym akumulację ciepła w gruncie. Sprawność całego układu, poprzez odprowadzanie w lecie zbędnego ciepła z pomieszczeń i kolektorów słonecznych, jest wyjątkowo wysoka.

Kolejnym ciekawym rozwiązaniem jest wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła - Zapewnia ona wymaganą wymianę powietrza w pomieszczeniach. W okresie zimowym, w centrali wentylacyjnej z powietrza usuwanego z pomieszczeń odzyskuje się ciepło przy pomocy rekuperacji. Jednocześnie pompa ciepła w okresie zimowym umożliwia dogrzanie powietrza wychodzącego z rekuperatora (wymiennik obrotowy), natomiast w okresie letnim jest ono chłodzone przez agregat wody lodowej.

Aby móc w pełni kontrolować parametry budynku, wdrożony został autorski system automatyki. Pozwala on dostosować poszczególne parametry do aktualnego zapotrzebowania budynku na ciepło, chłód oraz wentylację.

28 Kogeneracja w przemyśle spożywczym Lech Maryniak 40 Kogeneracja w rzeczywistości – modele obliczeniowe Wojciech Piesik 44 Czynniki wpływające na zapotrzebowanie energii cieplnej w wybranych zakładach przemysłu spożywczego Janusz Wojdalski, Bogdan Dróżdż

50 Energia skojarzona z Legionowa Rozmowa z Leszkiem Sierzputowskim

Budynek posiada również specjalistyczny system opomiarowania i monitoringu on-line, poprzez który uprawnieni pracownicy mogą na bieżąco – bez konieczności wizyty w kotłowni – kontrolować oraz sterować parametrami pracujących tam urządzeń. Szczegółowa i ciągła rejestracja oraz archiwizacja wszystkich parametrów pracy poszczególnych urządzeń pozwoli w przyszłości zdobyć unikalne doświadczenia i wykorzystać je w praktyce. Budynek jest obiektem innowacyjnym, jakich niewiele jest jak dotąd w Polsce i Europie, co zostało potwierdzone zdobyciem PIERWSZEJ NAGRODY w konkursie JURAJSKI PRODUKT ROKU 2009 w kategorii "Usługa Budowlana".

energetyczne wykorzystanie metanu

razy

okiem eksperta

więcej energii

Z Ryszardem Popowskim – prezesem zarządu PGE GiEK SA Oddział Zespół Elektrociepłowni Bydgoszcz rozmawia Janusz Zakręta

Ryszard Popowski

Kto korzysta z tego co

Co spowodowało, że

Największa i najnowocześniej-

wyprodukuje Zespół

zastanawiali się nad własnym

sza w systemie jest ECII?

Elektrociepłowni Bydgoszcz?

źródłem energii?

Zacznijmy od otoczenia.

Tak, jest to elektrociepłownia pracu-

Taryfy, które przedstawił KPEC na do-

jąca w skojarzeniu. Sprawność układu

stawy pary były dla nich nie do przyjęcia.

przekracza 80%, co pozwala na znaczne

ok 300 tys. mieszkańców. Poza kilkoma

To był również powód, który sprawił, że

oszczędności energii pierwotnej. Zużywa-

przysłowiowymi „piecami kaflowymi”

postanowiliśmy wydzierżawić parociąg

my ok. 15% energii chemicznej mniej, co

i ogrzewaniem etażowym, większość

od zakładu ciepłowniczego. Zyskaliśmy

jest czystym zyskiem zarówno od strony

miasta zaopatruje się w ciepło produko-

możliwość sprzedaży energii bezpośred-

kosztowej jak i środowiskowej. Kogene-

wane w elektrociepłowni i rozprowadzane

nio do odbiorcy, co było naturalne biorąc

racja jest bardzo mocno wspierana przez

przez KPEC (Komunalne Przedsiębiorstwo

pod uwagę bliskie sąsiedztwo Stomilu.

Unię Europejską jako optymalny sposób przetwarzania energii.

Bydgoszcz to duże miast, które ma

Energetyki Cieplnej). Praktycznie cała

Ważne dla fabryki jest również to, że

para techniczna zużywana przez prze-

otrzymują całkowicie czystą energię

mysł czyli zakłady chemiczne ZACHEM

jaką jest para. Emisje kontrolowane są

Jaka jest zatem Wasza

i Stomil Bydgoszcz jest produkowana

na etapie produkcji w EC.

strategia rozwoju? Mając na uwadze rosnące obostrzenia

u nas czyli w EC II. Dostawy ciepła dla miasta Ale pobliski Stomil przymierzał się do samodzielnej produkcji energii?

zabezpiecza również EC II?

środowiskowe? W tej chwili mamy limit emisji

Dodatkowo w czasie zimy wspoma-

CO 2 na poziomie 1100tys. ton, któ-

Był taki etap kiedy zastanawiali

ga ją jeszcze ECIII, ponieważ system

r y w ykorzystujemy prawie w 100

się nad uruchomieniem produkcji pary

nie jest w pełni drożny hydraulicznie.

procentach. Przyjęliśmy założenie,

technicznej. Jednak po tym jak przed-

Docelowo będzie tam źródło awaryjne

że po 2016 roku chcemy zwiększyć

stawiliśmy swoją ofertę a jednocześnie

i szczytowe niezbędne przy wystąpieniu

ok. czterokrotnie produkcję energii

kiedy zdali sobie sprawę z tego na jakie

pików zużycia. Jest to oczywiście dosyć

elek tr ycznej. Oczy wiście związa-

kłopoty napotkają podejmując się takiej

droga instalacja ale bezpieczeństwo musi

ne jest to z budową nowych źródeł

inwestycji…zostało po staremu.

kosztować.

i dostosowaniem istniejących.

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Planujecie również inwestycję

jak zamierzacie go zrealizować?

w biomasę?

Tak się akurat składa, że żywotność

Tak. Drugą inwestycją będącą na

istniejących urządzeń wytwórczych-

etapie przetargu, jest dostosowanie

szczególnie kotłów – kończy się ok 2015.

jednego z kotłów parowych do spalania

Zatem do tego czasu będziemy musieli

biomasy z możliwością od 0 do 100%.

utrzymać produkcję aby nie stracić rynku

Ta technologia, którą zamierzamy za-

i zapewnić bezpieczeństwo odbiorcom.

stosować rozwiąże problem zarówno

Takie bezpieczeństwo ma zapewnić

NO x jak i pyłów z dużym zapasem.

projekt budowy bloku parowo-gazowego

Pozostaje jeszcze oczywiście kwestia

w Bydgoszczy. Jest to jeden z pięciu

biomasy i tego jak będzie ostatecznie

projektów zaplanowanych do realizacji

liczona jej emisyjność w zakresie CO2.

w grupie PGE GiEK SA opartych o gaz.

Czy emisja z transportu będzie włączana w ten łańcuch, czy nie. Tak czy inaczej

Jaka to będzie jednostka? Jest tak projektowana, że będzie mo-

w żaden sposób nie można tego porównać do węgla. Kocioł będzie uruchomiony

gła pracować stabilnie przez cały rok przy

do końca 2012 roku. Ilość zużywanej

swojej mocy. Inaczej mówiąc, projekt bloku

biomasy szacowana jest na poziomie

jest oparty o zapotrzebowanie zakładów

300 tys. ton rocznie.

chemicznych na parę. To będzie duża jednostka pracująca w skojarzeniu, posia-

Skąd zamierzacie pozyskać taką

dająca ok 240 MWe. Porównując do aktu-

ilość paliwa?

alnych parametrów, to dzisiaj dochodzimy

Naszym ambitnym celem jest pozy-

do 140 MWe. Teraz, rocznie produkujemy

skanie biomasy, którą będziemy mogli

ok 600 tys. MWh a z samego bloku

transportować koleją, a która będzie

parowo-gazowego będzie to ok. 1200 tys.

pochodzić z odpadów produkcyjnych

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Inwestycje w ZEC Bydgoszcz

fot. APB

To bardzo ambitny plan. Pytanie

przy przetwarzania produktów rolnych. Liczymy również na wykorzystanie synergii dużej grupy jaką jest PGE, która będzie miała większy potencjał w pozyskiwaniu paliwa biomasowego niż poszczególne podmioty. W przypadku braku biomasy będziecie mogli nadal palić węglem… Taką możliwość będzie miał zmodernizowany kocioł. Niezbędne będzie oczywiście wybudowanie instalacji odsiarczania. Prawdopodobnie w oparciu o metodę półsuchą. I tutaj znowu udział w dużej grupie przynosi korzyści. Produkty z naszej instalacji odsiarczania nie mogły by być wykorzystane do produkcji np. materiałów budowlanych ale są doskonałym wkładem technologicznym do instalacji mokrego odsiarczania spalin. A więc inne siłownie z grupy PGE mogą taki półprodukt wykorzystać. Na zakończenie chciałem zapytać czy nie obawiacie się, że ZACHEM zrezygnuje z Waszej energii i zacznie ją sam produkować? A wtedy te projekty, o których Pan mówił stają się wątpliwe. Rozpoczęcie wytwarzania energii na taką dużą skale wiąże się z wieloma ryzykownymi decyzjami. Nie jest tutaj decydujący tylko rachunek ekonomiczny przygotowywanego projektu. Ponadto my dysponujemy wiedzą i doświadczeniem, którą trudno zdobyć z marszu. Możemy zapewnić odbiorcy bezpieczeństwo dostaw a jako grupa energetyczna będziemy również w stanie zapewnić korzystne warunki współpracy.

2/2011

energetyczne wykorzystanie metanu

okiem eksperta

Efektywne wykorzystanie metanu z pokładów węgla kamiennego w Polsce Pod hasłem: „metan jako źródło energii” należy uważać przede wszystkim jego pochodzenie, czyli: – gaz naturalny (ziemny) oraz gaz metanowych kopalni węgla, – niekonwencjonalne źródła metanu takie jak, biogazy, w tym: biogazowanie, składowiska odpadów, ścieki substancji organicznych, gazy bagienne itp.

Niniejszy artykuł dotyczy głównie

działań górniczych stan równowagi me-

Bowiem badania eksperymentalne i mo-

metanu kopalni węgla kamiennego oraz

chanicznej i termodynamicznej górotworu

delowe obliczenia teoretyczne wskazują

niektórych odniesień do gazu ziemnego.

zostaje silnie naruszony. Drążenie chod-

na to, że często objętość makroporów

Podkłady węgla Górnośląskiego Zagłębia

ników, eksploatacja ścian, szczególnie

(i dużych szczelin) jest zbyt mała w po-

Węglowego zawierają nadal znaczne

systemem „na zawał” powoduje znaczne

równaniu z ogólną ilością wydzielającego

ilości metanu. Państwowy Instytut Geo-

deformacje górotworu w otoczeniu wyro-

się metanu z węgla. Zdarzają się od tego

logiczny ocenia tam perspektywiczne

bisk. Stan naprężeń górotworu podlega

odstępstwa w przypadkach gdy budowa

zasoby metanu na około 254 mld m ,

relaksacjom zachodzącym od odkrytych

matrycy węgla ma formę monoporową

a w tym zasoby bilansowe (wydobywalne)

powierzchni w głąb masywu skalnego,

(jednolitą strukturę porów). Desorbowany

na około 150 mld m . Znaczna część tych

czyli od dużych szczelin i kanałów do

gaz dyfunduje do makroporów, gdzie

ilości metanu występuje w kopalniach

mniejszych spękań, propagujących aż

następnie podlega filtracji, zazwyczaj

należących do Jastrzębskiej Spółki

do subtelnych form struktury porowej

zgodnie z prawem Darzy. Filtracja gazu

Węglowej (J.S.W.), które stosują jego

matrycy, czyli mikroporów. Wskutek

może być wspomagana systemem ruro-

utylizację w dużej skali.

destrukcji matrycy węgla utworzy się sieć

ciągów ssących, czyli odmetanowaniem

makroporów połączonych z powstający-

podkładów węgla. Mieszanina gazów z

wykorzystać ten metan, należy wcze-

mi (lub byłymi) mezoporami pośrednimi,

odmetanowania zawiera dość znaczne

śniej stworzyć odpowiednie warunki

aż do mikroporów o rozmiarach rzędu

ilości powietrza dostarczanego w celach

umożliwiające uwalnianie metanu

1-go nanometra. W tym kierunku z

wentylacji wyrobisk oraz inne gazy.

z matrycy (szkieletu) węgla, w której

oczywistych przyczyn następuje spadek

Typowy skład gazu z odmetanowa-

został on pierwotnie zdeponowany.

ciśnienia, aż do takiej wartości, dla

nia jednej z kopalń J.S.W. przedstawiony

Właściwie należy tu mówić o zespole

której może rozpocząć się proces na

jest w tabeli 1 [1]. Z wielu powodów

ogół skomplikowanej desorpcji metanu.

zawartość metanu w gazach z odmeta-

Rola mikroporów, ich powierzchnia

nowania zmienia się w szerokim zakresie.

zwana właściwą oraz ich pojemność

Za reprezentatywny przedział uważa się

zwana sorpcyjną dla metanu, jest istotna.

zawartość (45–55)% metanu, nie ujmuje

Aby móc w jakikolwiek sposób

zjawisk zachodzących w stanie gazo-geo-dynamicznym górotworu skalnego podczas eksploatacji pokładów. Otóż w efekcie długotrwałych, wieloletnich

2/2011

Prof. dr hab. Andrzej Olajossy AGH Akademia Górniczo-Hutnicza Kraków

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

się natomiast gazu zawierającego poniżej 30% metanu – a szkoda, bo mógłby on podlegać procesom wzbogacania w metan. W ostatnich latach w polskich kopalniach węgla ujmuje się odmetano-

Tabela 1. Skład gazu z odmetanowania jednej z kopalń węgla kamiennego

Składnik

Zawartość

CH4 [%]

50,89

C2H6 [%]

0,0

C2H4 [%]

0,0

N2 [%]

40,39

CO [%]

0,0008

CO2 [%]

1,37

O2 [%]

7,35

jest koniecznością z uwagi na poprawę

H2 [%]

0,0

Parametr

Wartość

bezpieczeństwa w kopalniach. Przy tym

Wartość opałowa [MJ/mn3]

jednak większość metanowych kopalń

Gęstość w warunkach normalnych [kg/mn ]

1,002

wykorzystuje ten gaz energetycznie.

Masa cząsteczkowa [kg/kmol]

22,41

W związku z tymi dwoma okolicznościami

Liczba Wobbego [MJ/mn ]

20,56

gaz pochodzący z odmetanowania

Udział H2S, NOX, siarki organicznej [%]

0,0

Zawartość cząstek stałych [mg/mn3]

1÷2

waniem ponad 300 mln m3/rok metanu. Należy zaznaczyć, że w uwarunkowaniach polskiego górnictwa węglowego prowadzenie odmetanowania pokładów

18,1 3

należy traktować jako konwencjonalne źródło energii, o którym wiadomo w jaki sposób należy go zagospodarować.

wydajne rozwiązanie z użyciem palników

Deutz, do (44–46)% w nowszych silni-

W krótkim szkicu tego zagadnienia

gazowych w kotłach wodnych WR-

kach firmy Jenbacher. Schemat blokowy

trzeba podkreślić wysoką efektywność

10 i WR-25 stosuje się w niektórych

elektrociepłowni z silnikiem gazowym

wykorzystania gazów z odmetanowania

kopalniach należących do Kompanii

przedstawiony jest na rysunku 1 [2]. Zain-

w kopalniach należących do J.S.W. I tak:

Węglowej. Drugim ważnym sposobem

stalowane przy kopalniach silniki gazowe

kopalnie „Zofiówka i „Jas Mos” wykorzy-

wykorzystania gazu z odmetanowania

to jednostki o mocy od 1,6 do 4,2 MW,

stują ten gaz w ponad 95 procentach.

jest kogeneracyjne wytwarzanie energii

przy czym silniki o niższej mocy posiadają

Znana z wprowadzenia wielu innowacji

elektrycznej i ciepła w modułach CHP,

zapłon iskrowy, a silniki o wysokiej mocy

technicznych i racjonalnych rozwiązań

czyli silnikach gazowych, stosowane we

są wysokoprężne. W starszych typach

ekonomicznych kopalnia „Pniówek”

wszystkich kopalniach należących do

modułów skojarzonego wytwarzania

stara się podnosić ten wskaźnik do

J.S.W. Jest to podyktowane wzrasta-

energii do ich zasilania wymagane

ponad 80%. Na tym tle pewnego rodzaju

jącą sprawnością wytwarzania energii

było paliwo gazowe o wysokiej liczbie

ewenement stanowi silnie metanowa ko-

elektrycznej, począwszy od (36–38)%

metanowej (Methane Number) MN=80,

palnia „Brzeszcze”, (Kompania Węglowa)

w urządzeniach starszej generacji firmy

czemu odpowiada dość duża wartość

która w 100 procentach przesyła gaz z odmetanowania do pobliskich Zakładów Chemicznych „Dwory” w Oświęcimiu (chociaż powstaje pytanie, czy jest to najkorzystniejsza forma w aspekcie

Rys. 1. Schemat bloku elektrociepłowni z silnikiem gazowym

ekonomicznym). Główne wykorzystanie gazu metanowego w kopalniach J.S.W. polega na jego spalaniu w kotłach węglowych, np. w elektrociepłowniach „Zofiówka” i „Moszczenica”, gdzie działa Spółka Energetyczna „Jastrzębie” S.A. Bardziej

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

2/2011

energetyczne wykorzystanie metanu

okiem eksperta liczby Wobby’go, a przede wszystkim

korzystnie [3]. Otóż wykres na rysunku 2

inwestycyjne modułów CHP są raczej

zawartość metanu w gazie musiała być

dotyczy zależności:

wysokie. Gdyby dana kopalnia metanowa

wyższa od 54%. Zmniejszenie wartości

K = aM-b; a = 4250, b=0,313

tych parametrów objawiało się niestabilną

gdzie: K – koszt na jednostkę energii;

nie wykazywała zapotrzebowania na

praca silnika. Jednak postęp techniczny

M – moc elektryczna silnika.

wytwarzanie prądu elektrycznego,

w tej dziedzinie sprawił, że aktualnie np.

Zatem jednostkowy koszt wytwo-

a szczególnie ciepła, to istnieje alter-

firma Jenbacher produkuje silniki gazowe

rzenia energii maleje wykładniczo ze

natywny sposób zagospodarowania

na zubożone w metan paliwo aż do 30%

wzrostem mocy elektrycznej urządzenia,

gazu z odmetanowania. Chodzi tu

CH4. W związanych z tym innowacjami

będąc naturalnie wysokim dla egzempla-

o wzbogacenie metanem tych gazów do

technologicznymi stosuje się wstępną

rzy małej mocy. Przy eksploatacji silnika

żądanej, użytecznej zawartości końcowej

komorę intensywnego mieszania gazu

należy dążyć do pełnego wykorzystania

metanu. W zależności od potrzeb pro-

i powietrza, turbodoładowanie oraz

mocy elektrycznej i mocy cieplnej,

duktem może być gaz opałowy grupy Lw

system Lenaux specjalnego sterowania

zapewniając ich stały odbiór, tak jak to

o średniej zawartości 80% CH4, lub gaz

procesu spalania paliwa.

odbywa się na terenach kopalń węgla

grupy E o zawartości ponad 96% CH4.

Daje się zatem przewidywać dobrą

[4]. Udział poszczególnych elementów

Po wstępnym, oczyszczeniu mieszaniny

perspektywę przed zastosowaniem

składowych modułu CHP w kosztach

gazów kopalnianych i ich osuszeniu na-

silników gazowych nie tylko w odniesieniu

inwestycyjnych przedstawia tabela 2.

do metanowych gazów kopalnianych,

Jednak dodatnią wartość wskaźnika

ale także do zaazotowanych gazów

NPV (zaktualizowana wartość netto)

ziemnych i biogazów. Wydaje się, że

uzyskuje się dopiero wtedy, gdy silnik

również aspekt ekonomiczny stosowania

jest obciążony prawie przez około 8

tych urządzeń prezentuje się raczej

tysięcy godzin w roku. Ponadto koszty

leży odseparować azot, tlen i ewentualnie Rys. 2. Jednostkowe koszty inwestycyjne modułu CHP firmy Jenbacher

dwutlenek węgla od metanu. Usuwanie ze składu gazów tlenu jest szczególnie kłopotliwe technicznie – nie można na przykład skraplać tych gazów w sposób bezpośredni. Z kolei dla typowo spoty-

900 800

K Koszty [Euro/kW]

700 600 500

K = 4250Me-0,313

400 300 200 100 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Me Moc [tys. kW]

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

2000

fot. APB

Moduł CHP – silnik

Instalacje elektryczne Centrala sterowania

50%

14%

Kocioł instalacja ciepła

Zasobnik ciepła

Oprogramowanie sterownika ciepła

12,5%

11%

5,5%

kanych ilości gazów z odmetanowania

gazów taki jak na przykład naturalny

tlen, traktowane jako jeden składnik przy

stosowanie do ich separacji metod

klinoptylolit, który po odpowiedniej

adsorpcji równowagowej, o zawartości

membranowych lub kriogenicznych jest

aktywacji staje się sprawnym zeolitowym

łącznej około 44% oraz resztę stanowił

nieuzasadnione ekonomicznie. Natomiast

sitem molekularnym.

dwutlenek węgla o zawartości około

odpowiednio zmodyfikowana metoda

Akademia Górniczo-Hutnicza oraz

3%. Proces separacji składał się z kilku

adsorpcyjna: vacuum pressure swing

Jastrzębska Spółka Węglowa zrealizowa-

kolejno zachodzących operacji techno-

adsorption (VPSA) może być skutecz-

ły projekt celowy KBN, którego rezultatem

logicznych, a to: napełnianie adsorbera

na. W Akademii Górniczo-Hutniczej,

była instalacja pilotowa posadowiona przy

przy podwyższonym ciśnieniu gazu,

przy współpracy z Instytutem Ciężkiej

stacji odmetanowania kopalni „Pniówek”.

adsorpcja, desorpcja metanu, pierwsza

Syntezy Organicznej w Kędzierzynie

Schemat blokowy tej instalacji prezentuje

pod niższym ciśnieniem, zawracanie

opracowano odpowiednią innowację

rysunek 3 [5]. Składa się ona głównie z

części gazu z desorpcji do operacji płu-

technologiczną tej metody. Separacja

segmentu oczyszczania i osuszania gazu

kania, płukanie adsorbera oraz desorpcja

inertnych gazów od metanu odbywa się w

surowego (PSAI) oraz z modułu separacji

pod ciśnieniem „próżni”. Etapy te tworzą

kolumnach adsorpcyjnych wypełnionych

azotu i tlenu od metanu (VPSA). Cztery

krótką sekwencję, która się powtarza

głównie wyspecyfikowanym wcześniej

kolumny adsorberów były wypełnione

składając się na cykl operacji. Są one

sorbentem. Może to być węgiel aktywny

przede wszystkim specyfikowanym

całkowicie zautomatyzowane, z użyciem

produkowany przez firmę Takeda (Ja-

węglem aktywnym (Takeda – Japan).

programowalnego sterownika.

ponia), posiadający duży współczynnik

Gaz był dokładnie osuszony i częściowo

Wykonano wiele testów doświad-

selektywności równowagowej metanu od

pozbawiony dwutlenku węgla tak, ze

czalnych na tej instalacji. W odpado-

azotu wraz z tlenem. Może to być również

przed wejściem do modułu VPSA składał

wym gazie stwierdzono mniej niż 2%

innego typu adsorbent wykazujący dużą

się zasadniczo z dwóch składników:

zawartości metanu. W produkcie udało

selektywność kinetyczną rozdziału tych

metan o średnim stężeniu 53%, azot i

się osiągnąć stężenie ponad 96% CH4.

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

2/2011

Tabela 2. Udział poszczególnych elementów systemu CHP w kosztach inwestycji

energetyczne wykorzystanie metanu

okiem eksperta

Rys. 2. Jednostkowe koszty inwestycyjne modułu CHP firmy Jenbacher

Sprawność separacji metanu w procesie

kawerny w zlikwidowanych kopalniach

Jak dotychczas w Polsce nie powiodły

wyniosła 92%. Taki gaz wysokometano-

metanowych. Tak np. wydobywa się gaz

się próby eksploatacji metanu z nienaru-

wy może być transportowany do sieci

z odwiertu „Kaczyce” na terenie byłej

szonych pokładów węgla na dużą skalę,

przesyłu gazu, po wcześniejszym jego

kopalni „Morcinek”. Być może będzie

tak jak to ma miejsce w Zagłębiach San

sprężeniu. Trzeba zauważyć, że koszt

podjęte wydobycie gazu z nieczynnych

Juan, Black Warrior i innych w USA.

odpowiedniej do tego celu sprężarki i

rejonów kopalni „Anna” oraz nieczynnej

Powodem tej sytuacji są odmienne

ewentualny koszt rurociągu kontaktowe-

kopalni „Żory”, chociaż ilości gazu nie

właściwości układu węgiel – metan,

go może być wysoki, co może obniżać

będą tam duże.

które występują w tamtych rodzajach

konkurencyjność w zastosowaniu tej technologii.

Odrębnym zagadnieniem jest

węgla amerykańskiego w porównaniu

otworowa eksploatacja metanu z niena-

z rodzajami węgla w Polsce. Chodzi tu

Inną formą zwiększenia efektywności

ruszonych pokładów węgla wykonywana

o własności sorpcyjne oraz o budowę

wykorzystania gazów z odmetanowania

z powierzchni. W połowie lat 90-tych

struktury porowej matrycy węgla.

byłoby retencjonowanie tych gazów na

ubiegłego stulecia kilka firm zagranicz-

W Akademii Górniczo-Hutniczej,

okres letni w zbiornikach (wyrobiskach)

nych, w tym Amoco oraz Texaco wyko-

przy udziale autora tego artykułu, został

podziemnych w celu zużycia zapasów

nało odwierty w pokładach, na przykład

opracowany oryginalny sposób określa-

gazu w okresie zimowym. Magazyny

zaliczanych do serii pokładów rudzkich.

nia skłonności danego rodzaju węgla do

takie powinny być lokowane w odpo-

Mniejsze firmy francuskie próbowały

uwalniania metanu. Mianowicie różne

wiednio otamowanych wyrobiskach

w podobny sposób pozyskać metan z

rodzaje węgla zalegające w pokładach

podziemnych, skąd gaz będzie czerpany

antracytowych pokładów wałbrzyskich.

mają różne wartości takich parametrów

na powierzchnię.

Wyniki badań pobranych rdzeni próbnych

sorpcyjnych jak: efektywny współczynnik

W pewnym sensie naturalnymi

nie były upowszechnione, a dalsze prace

dyfuzji metanu, związany z nim charak-

obiektami magazynowymi są zroby i

po pewnym czasie zostały zaniechane.

terystyczny okres desorpcji, pojemność

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

sorpcyjną oraz różne parametry struktury

drugiego modułu instalacji taki blok

ilościach powietrza wentylacyjnego

porowej, charakteryzowane przez mono-

mógłby utylizować wysokozaazotowany

rzędu 250 tys. m3 na godzinę, a więc

porowatość lub biporowatość. Relacje

gaz ziemny.

znacznie niższych niż w warunkach

między tymi parametrami determinują

Prawdziwe wyzwanie badawcze

polskich kopalni węgla. Tak np. w przy-

skłonność, a przede wszystkim szybkość

stanowi natomiast zagadnienie wyko-

padku kopalni „Zofiówka” J.S.W., jest to

uwalniania metanu z nienaruszonego

rzystania metanu zawartego w powietrzu

sześciokrotnie mniej. Należałoby zatem

wcześniej pokładu węgla.

wentylacyjnym, wydalanym z kopalń

dostarczyć gaz z odmetanowania do

Zatem jeszcze w fazie przedpro-

węgla kamiennego. Otóż roczne zasoby

powietrza wentylacyjnego, aby uzyskać

jektowej eksploatacji metanu otworami

metanu w powietrzu wentylacyjnym

stężenie około 1% CH4 objętościowo, co

z powierzchni, relacje te powinny być

naszych kopalni wynoszą około 600 mln

jest wątpliwe z wielu względów, między

zbadane i określone, aby minimalizować

m3 i mają tendencję wzrostową. Newral-

innymi wystarczalności gazu. Aktualnie

ryzyko podjęcia eksploatacji gazu wyko-

gicznym parametrem w tym zagadnieniu

jednak prace badawczo-rozwojowe nad

nywanej z powierzchni.

jest stężenie metanu w wielkich ilościach

tym zagadnieniem powinny być podjęte.

Autor niniejszego artykułu dokonał

powietrza odprowadzanego przez szyby

adaptacji adsorpcyjnej metody VPSA z

wentylacyjne. Według aktualnych przepi-

Literatura

użyciem modyfikowanego klinoptylolitu

sów górniczych stężenie to nie powinno

[1] Gatnar K., Problematyka ujęcia

naturalnego do separacji metanu z

przekraczać 0,75% CH4 objętościowo.

i zagospodarowania MPW z ob-

zaazotowanych gazów ziemnych. Otóż

Praktycznie zawartość metanu emito-

szarów górniczych Jastrzębskiej

w tego typu sicie molekularnym (ZMS)

wanego do atmosfery wynosi średnio

Spółki Węglowej. Międzynarodowa

adsorbują się: siarkowodór, dwutlenek

0,35% objętościowych, czyli około

konferencja „Wykorzystanie metanu

węgla, woda oraz azot, a metan przecho-

połowy wartości tego parametru, a więc

pokładów węgla”, Katowice, 1994.

dzi przez sito o otworkach posiadających

względnie mało. Chodzi tu zarówno o

[2] Recknagel H., Sprenger E., Honno-

średnicę 3,7 nanometra. Dzieje się to

aspekt technologiczny, jak i o aspekt

man W., Schramek E., Ogrzewnictwo

pod takim ciśnieniem, jakie występuje

ekonomiczny tego zagadnienia, które

na głowicy odwiertu gazowego, np. 60

nie powinny kolidować ze sobą. Według

[3] Olajossy A., Możliwość kogeneracji

i klimatyzacja, EWFE, 1994.

bar. Zatem produkt instalacji pod tym

przeprowadzonych analiz podana war-

trzech rodzajów energii w oparciu

ciśnieniem może być bezpośrednio

tość średnia tego parametru, jakkolwiek

o zubożony w metan gaz. Polityka

kierowany do sieci przesyłowej gazu

dopuszczalna technologicznie, nie jest

Energetyczna, Wydawnictwo I.G.S.M

wysokometanowego (grupa E), bez

akceptowalna ekonomicznie. Bowiem

i E., PAN, Tom II, z. 1., 2008.

potrzeby dodatkowego sprężania.

aby przedsięwzięcie wykorzystania tego

[4] Nawrat S., Kuczera Z., Łuczak R.,

Metoda ta jest szczególnie efektywna,

metanu jako źródła energii w instalacjach

Życzkowski P., Napieraj S., Gatnar K.,

gdy zawartość azotu w gazie naturalnym

ciepłowniczo-energetycznych było efek-

Utylizacja metanu z pokładów węgla

nie przekracza 35%, a ilość przerabiane-

tywnym, odpowiednie stężenie metanu

w polskich kopalniach podziemnych.

go gazu surowego mieści się w przedziale

powinno się kształtować na poziomie

Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-

od tysiąca do piętnastu tysięcy metrów

około 1% objętościowo. W górnictwie

-Dydaktyczne. AGH Kraków, 2009.

sześciennych na godzinę. Stężenie

światowym działają już różne instalacje

[5] Olajossy A., Nowe możliwości wyko-

metanu w produkcie może sięgać 98%, a

zasilane gazem o różnym stężeniu: od

rzystania gazów o niskiej zawartości

sprawność separacji metanu w instalacji

0,2 do 1,2 % obj. CH4. Stosuje się do

metanu. Polityka Energetyczna,

94%. Instalacja może również służyć do

tego celu między innymi: adsorpcyjne

Wydawnictwo I.G.S.M. i E.. PAN, Tom

produkcji gazu opałowego z zaazotowa-

koncentratory metanu, katalityczne

VIII, z. 1., 2005.

nego gazu eksploatowanego na terenach

reaktory przepływowo rewersyjne oraz

pozbawionych możliwości korzystania z

turbiny gazowe ze spalaniem katali-

infrastruktury. Po dołączeniu na przykład

tycznym. Odbywa się to jednak przy

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Artykuł wykonano w ramach pracy statutowej, AGH nr 11.100.281

2/2011

energetyczne wykorzystanie metanu

opracowania i analizy

Zagrożenie? Metan z kopalni

Rocznie w polskich kopalniach wydziela się blisko 900 mln m3 metanu, z czego mniej niż jedna trzecia trafia do instalacji odmetanowania, a zdecydowana większość jest wyprowadzona do atmosfery drogą wentylacyjną, nie pozostając obojętnym na klimat ani na bezpieczeństwo eksploatacji kopalni.

Z danych Wyższego Urzędu Gór-

niewykorzystanie. Proces energetycz-

tworzy mieszaninę wybuchową, stwa-

niczego [1] wynika, że przy malejącym

nego zagospodarowania metanu ma

rzając szereg niebezpieczeństw przy

wydobyciu węgla w polskich kopalniach

miejsce w polskim górnictwie już od

eksploatacji szybów kopalnianych, jednak

następuje jednoczesny wzrost wydzie-

kilku lat, a liderem w tej działalności na

na zagrożenie występujące w tytule

lania metanu towarzyszący eksploatacji

rodzimym rynku jest JSW S.A., która już

niniejszego artykułu można spojrzeć nie

górniczej. Na podstawie ustaleń nadzoru

od roku 1997 realizuje szereg projektów

od strony warunków technicznych eks-

prowadzących do wzrostu efektywności

ploatacji lecz z punktu widzenia instalacji

wykorzystania ujętego metanu. Inicjatywa

wykorzystujących ten gaz palny do celów

górniczego wiadomo, że z pokładów metanowych pochodzą cztery na pięć ton wydobytego węgla i na każdą z nich

Piotr Plis „Energopomiar” Sp. z o.o., Zakład Techniki Cieplnej

zabudowy pierwszego silnika opalanego

produkcji energii elektrycznej. Wówczas

metanem w kopalni „Krupiński” zakoń-

może się okazać, że oprócz metanu to

więcej niż przed 10 laty - na jedną tonę

czyła się sukcesem, co przyczyniło

uwarunkowania prawne regulujące za-

wydobytego węgla przypada dziś 11 m3

się do przyjęcia przez JSW ambitnego

sady jego energetycznego wykorzystania

metanu, wobec 7,3 m 11 lat temu. Obec-

programu działań w celu całkowite-

stanowią poważne zagrożenie w procesie

nie tylko w czterech polskich kopalniach

go wykorzystania metanu [2] i dzisiaj

jego efektywnej utylizacji.

przypada średnio o połowę metanu

nie stwierdzono wydzielania metanu,

w niektórych kopalniach JSW efektyw-

W styczniu 2010 roku nastąpiła

a w 15 obowiązuje najwyższa, czwarta

ność wykorzystania metanu kopalniane-

nowelizacja Prawa Energetycznego

kategoria zagrożenia metanowego.

go przekracza 85%.

wdrażająca mechanizm wspierający

Wobec takiego potencjału metanu ujętego czy to w stacjach odmetanowania czy też zawartego w powietrzu wen-

wykorzystanie metanu kopalnianego

Wykorzystanie metanu – ograniczenia

do produkcji energii elektrycznej i ciepła mająca stymulować rozwój tych techno-

tylacyjnym odprowadzanym z szybów

Metan występujący w powietrzu

logii. Pomimo tego wdrożenia, krajowy

kopalnianych, nieracjonalne byłoby jego

w określonych stężeniach (5-15% obj.)

potencjał w zakresie mocy zainstalowanej

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

instalacji CHP korzystających z systemu wsparcia dla jednostek opalanych gazem uzyskiwanym z przetwarzania biomasy lub metanem uwalnianym i ujmowanym przy odmetanowaniu kopalń (tzw. jednostki fioletowe) zanotowany na dzień 05.03.2011 wynosił 24,75 MW i dotyczył tylko czterech jednostek wytwórczych [3]. Istotnym uzupełnieniem tych danych jest informacja o stopniu realizacji planu produkcji energii elektrycznej w wysokosprawnej kogeneracji w jednostkach opalanych metanem lub gazem z przetwarzania biomasy, którego analiza za rok 2010 wykazuje, że wobec planowanych do wytworzenia 350 GWh e. e. wyprodukowano tylko 76 GWh e.e. [3]. Taki stan rzeczy skłania do postawienia pytania, czy mechanizm wsparcia dla wykorzystania metanu z pokładów węgla jest

O ile w przypadku zastosowania silników gazowych ostateczny kształt rozporządzenia nie wydaje się mieć tak dużego znaczenia na podejmowanie decyzji inwestycyjnych, o tyle w przypadku spalania pozyskanego metanu w kotłach produkujących parę na potrzeby napędu turbin, ostateczny kształt zapisów może być kluczowym czynnikiem decyzyjnym w zakresie przystąpienia do realizacji inwestycji.

tak niskiego wykorzystania „darmowego”

rzystywany w układach technologicznych

paliwa odpadowego, którym jest metan

do produkcji prądu elektrycznego lecz

pochodzący z pokładów węgla?

sprzedawany zewnętrznym podmiotom

Certyfikacja produkcji energii elek-

(huty, zakłady chemiczne, rafinerie)

trycznej przy wykorzystaniu metanu

gdzie wykorzystywany jest do celów

kopalnianego jako paliwa była na pewno

technologicznych. Ustawodawca nie

krokiem w dobrym kierunku, mającym

zdecydował się jednak na wprowadzenie

stymulować inwestycje w zakresie

takich zapisów. Wydaje się, że podstawo-

skojarzonego wytwarzania ciepła i

wą barierą w rozwoju energetycznego

energii elektrycznej. Duże wątpliwości

wykorzystania kopalnianego metanu

energetyków w zakresie certyfikacji

jest ustalona dotychczas na lata 2010-

budziły zapisy projektu tzw. rozporzą-

-2011 wysokość opłaty zastępczej dla

dzenia kogeneracyjnego, szczególnie

jednostki kogeneracji opalanej metanem

w zakresie metodyki wyznaczania

uwalnianym i ujmowanym przy dołowych

współczynnika określającego stosunek

robotach górniczych w kopalniach węgla

energii elektrycznej z kogeneracji do

kamiennego lub gazem uzyskiwanym

ciepła użytkowego w kogeneracji.

z przetwarzania biomasy na poziomie

Proponowane w projekcie zmiany nie

30% średniej ceny sprzedaży energii

oddziaływałyby znacząco na układy

elektrycznej na rynku konkurencyjnym.

oparte o zastosowanie silników gazo-

Ustalenie progu cenowego na najniższym

wych (zdecydowana większość), ale

możliwym poziomie nie przyczynia się

mogły w istotny sposób wpływać na de-

do wzrostu aktywności podmiotów

cyzje dotyczące modernizacji układów w

w zakresie ponoszenia kosztów na inwe-

celu dostosowania ich do współspalania

stycje wykorzystujące metan kopalniany,

metanu z innymi paliwami, na przykład w

ograniczając ich zainteresowanie tym

kotłach produkujących parę na potrzeby

obszarem wytwarzania energii. Niemniej

napędu turbin. Kosmetyczne zmiany

jednak, z uwagi na potrzebę wsparcia

zapisów przywołanego rozporządzenia,

rozwoju rynku biogazowni w Polsce

które zostało wprowadzone w lipcu

(dotowanego m. in. przez kolorowe

bieżącego roku oddaliło jednak takie

certyfikaty) wysoce prawdopodobne

niebezpieczeństwo.

jest podwyższenie opłaty zastępczej dla

Można się zastanawiać, czy propozy-

fioletowych świadectw pochodzenia, co

cje jakie pojawiły się na etapie nowelizacji

docelowo powinno się przełożyć również

Prawa Energetycznego w styczniu 2010

na rozwój instalacji opalanych metanem

nie powinny (zgodnie z oczekiwaniami

kopalnianym.

branży górniczej) pójść dalej, w kierunku

Wzrost energetycznego wykorzy-

zwiększenia wsparcia dla metanu w

stania metanu uwalnianego z pokładów

postaci nie tylko wytwarzania energii

węgla jest pożądany ze względu na po-

elektrycznej i ciepła, ale również samego

zytywny aspekt ekologiczny, wynikający

procesu wytwarzania gazu, podobnie

z ograniczenia „efektu cieplarnianego”,

jak to ma miejsce w przypadku biogazu

o który wciąż najbardziej podejrzewany

wystarczający do stymulowania rozwoju

rolniczego. Promowałoby to technologie

jest CO 2. Działania UE zmierzające

takich technologii? Gdzie leży przyczyna

odzyskiwania metanu, który nie jest wyko-

w kierunku ograniczania emisji CO 2

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

2/2011

energetyczne wykorzystanie metanu

opracowania i analizy do atmosfery poprzez promowanie

nej będącej następstwem procesów

technologii jego składowania, patrząc

went ylacji szybów kopalnianych.

przez pryzmat zdecydowanie wyższych

Wykorzystanie metanu zawartego

cen jednostkowych energii elektrycznej

w tym strumieniu gazów jest znacznie trud-

wyprodukowanej w takich instalacjach

niejsze niż w przypadku zagospodarowania

[4], niekorzystnie wpływają na powstawa-

metanu ze stacji odmetanowania i jest pro-

nie nowych bloków węglowych. Idąc dalej

blemem nie tylko w krajowym, ale również

w tym kierunku, należy stwierdzić, że

światowym górnictwie. Niska zawartość

nawet skuteczne podejmowanie działań

metanu w powietrzu wentylacyjnym, okre-

w zakresie wychwytywania CO2 jest dzia-

ślona polskimi przepisami na maksymalnym

łaniem częściowym, ze względu na fakt,

poziomie 0,75% stanowi wyzwanie dla

iż efekt obecności metanu zawartego

opracowania technologii pozwalającej na

w atmosferze na jej ocieplenie jest

efektywne wykorzystanie mieszanin o tak

Wzrost energetycznego wykorzystania metanu uwalnianego z pokładów węgla jest pożądany ze względu na pozytywny aspekt ekologiczny, wynikający z ograniczenia „efektu cieplarnianego”, o który wciąż najbardziej podejrzewany jest CO2.

legislacyjnej oraz dostępne programy pomocowe stanowią wystarczające wsparcie dla inwestorów w zakresie technologii wykorzystania metanu? Czynnikiem decydującym o podejmowaniu decyzji w zakresie uruchamiania instalacji odmetanowania jest konieczność zapewnienia bezpieczeństwa eksploatacji kopalni. Wymiar ekonomiczny przedsięwzięcia ma tutaj mniejsze znaczenie. Wynika to z faktu, iż wykorzystanie metanu do produkcji energii elektrycznej i ciepła nie jest tanie, m.in. z powodu kosztów utrzy-

około 21 razy większy (mówi się nawet

niskiej zawartości gazu palnego. Instalacje

mania służącej temu infrastruktury oraz

o 30- krotnie większym oddziaływa-

do spalania takiego paliwa pracują już

kosztów samych urządzeń wytwórczych.

niu) niż dwutlenku węgla. Właśnie

na świecie, a w Polsce trwają prace

Podkreślić należy, że zintensyfikowanie

w ograniczeniu niezorganizowanej emisji

nad uruchomieniem instalacji pilotażowej

działań szczególnie w zakresie pomocy

CH4 do atmosfery należy upatrywać

w skali półtechnicznej, jednak na opracowanie

finansowej dla nowych inwestycji będzie

efektów ekologicznych energetycznego

i wdrożenie rozwiązania na skalę przemysło-

skutkować zwiększeniem atrakcyjności

wykorzystania metanu z pokładów węgla.

wą przyjdzie nam jeszcze trochę poczekać.

inwestycji w tych obszarach, co docelowo przełoży się na wzrost ilości instalacji do

Również zastąpienie chociaż części energii chemicznej paliw podstawowych poprzez metan z pokładów węgla będzie

Podsumowując Lokalne wykorzystanie metanu

energetycznego wykorzystania metanu pochodzącego z kopalni.

miało swój pozytywny skutek w procesie

z odmetanowania kopalń w układach

wypełniania celów wynikających z polityki

technologicznych opartych o silniki

Literatura

energetycznej Polski.

gazowe jest korzystnym rozwiązaniem

[1] www.wug.gov.pl

Jak wspomniano na wstępie, znacz-

z ekologicznego punktu widzenia – co

[2] K. Gatnar – Energetyczne wy-

na część metanu odprowadzanego z

do tego nie ma wątpliwości. Pytaniem

korzystanie metanu z pokładów

kopalń uwalniana jest do atmosfery w

na które powinniśmy sobie pilnie odpo-

węgla – doświadczenia JSW S.A.

postaci mieszaniny metanowo-powietrz-

wiedzieć brzmi: czy rozwiązania w sferze

i perspektywy w aspekcie zmian w Prawie Energetycznym, Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, 78, 2010. [3] Z. Muras – System wsparcia kogeneracji – czerwone, żółte i fioletowe certyfikaty – zasady funkcjonowania wsparcia, URE, 03.2011 [4] M. Liszka – Elektrownie węglowe z ograniczoną emisją CO2- technologie,

fot. APB

koszty, koncepcje przyszłościowe,

materiały seminaryjne, 14-15.06.2011, Gliwice

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

JSW SA

– lider w wykorzystaniu metanu na cele energetyczne

Kazimierz Gatnar

fot. APB

…liderem zostaliśmy trochę z konieczności ze względu na specyfikę naszych kopalń, w których złoża węgla charakteryzują się dużą zawartością metanu ...mówi Kazimierz Gatnar – pełnomocnik zarządu JSW SA

Jakie ilości metanu dzisiaj

do Jastrzębskiej Spółki Węglowej.

uwalniacie w trakcie eksploata-

Pozyskujemy w nich ok. 130 mln. m3

ków pomocowych jak i wypracowanych

cji a ile zagospodarowujecie?

czystego metanu rocznie. Oczywiście

przez spółkę.

Rokrocznie podczas eksploatacji

na etapie pozyskiwania jest to mieszanka

Siedziba JSW SA

silniki w oparciu o finansowanie ze środ-

pokładów węgla uwalniane jest ok.

z powietrzem o zawartości ok. 50-70%

Ile w tej chwili pracuje takich

340 mln. m3 z czego ok. 40% wyłapujemy

metanu a reszta to powietrze „dossane”

jednostek?

instalacjami odmetanowania, pozostała

w procesie.

Na dzisiaj mamy 10 działających silników . Ostatni zaczął pracować na

część ulatnia się poprzez wentylację do atmosfery. Niestety przy tak dużych

Co dalej się dzieje z metanem?

kopalni Moszczenica we wrześniu br.

ilościach uwalnianego gazu konieczna

Od początku eksploatacji był wy-

jest duża krotność powietrza służącego

korzystywany jako paliwo do opalania

do przewietrzania obszarów eksploatacji.

kotłów na ciepłowniach zlokalizowanych

Aktualnie realizowana jest instalacja

Wszystkie jednostki – oprócz pierwszej – mają moc 3,9 MWe.

To powoduje, że zawartość procentowa

przy kopalniach. Oczywiście nie była to

dwóch silników Catepillara , każdy o mocy

metanu w powietrzu wentylacyjnym

zbyt finezyjna metoda zagospodarowania

2MWe na kopalni Krupiński. Wkrótce

jest znikoma, co na dzisiaj praktycznie

metanu. Ale już w ok. 1991 roku na ko-

planowane jest uruchomienie.

uniemożliwia skuteczne wydzielenie i np.

palni Krupiński (2 lata przed powołaniem

Efekt jest taki, że za rok 2010 ze

wykorzystanie tego paliwa gazowego na

JSW) rozpoczęły się prace mające na

132 mln m3 ujętego metanu, wykorzy-

cele energetyczne.

celu zainstalowanie albo silnika albo

staliśmy na cele energetyczne 93 mln.

turbiny gazowej. Pierwszy silnik gazowy

z czego 45 mln w silnikach gazowych

Czyli do produkcji energii

w polskim górnictwie został uruchomiony

a reszta w kotłach pyłowych z palnikami

wykorzystujecie wyłącznie

właśnie na kopalni Krupiński w 1997 roku.

gazowymi.

metan pochodzący z instalacji

To była pierwsza inwestycja i zreA co z resztą metanu?

alizowana w bardzo krótkim czasie bo

odmetanowania? Tak to wygląda na dziś, ponieważ

zaledwie w 10 miesięcy. Był to silnik

nie ma aktualnie dostępnej na świecie

Deutza, który pracuje do dziś. Pierwotnie

Aktualnie powołana została spółka CNG

skutecznej i uzasadnionej ekonomicznie

z mocą 2,7 MWe a później podniesioną

Jastrzębie, której celem jest zatłaczanie

metody odzyskiwania tak rozrzedzonego

ją do 3MWe. Inwestycje realizowała

metanu pod wysokim ciśnieniem do butli

metanu jaki dostępny jest na naszych

powołana do tego spółka Elektro-Energo-

i sprzedaż do odbiorców z pobliskiego

Były przymiarki do różnych projektów.

terenu. Niestety próby skraplania metanu

Spółka Energetyczna Jastrzębie. Pod

nie przyniosły na razie oczekiwanych

na wszystkich kopalniach należących

szyldem SEJ były instalowane kolejne

fot. APB

-Gaz Suszec, którą następnie wchłonęła

Instalacje odmetanowania pracują

kopalniach z wentylacji.

efektów. Rozmawiał Janusz Zakręta

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

2/2011

energetyczne wykorzystanie metanu

moim zdaniem

Rozmowa z Bernardem Barteczko, członkiem zarządu SFW Energia Sp. z o.o.

Metan Metan to problem

paliwo, chociaż przy zmiennej jego

czy możliwości?

koncentracji w mieszance z powie-

Panie Redaktorze, od dawna już nie

trzem nie całkiem łatwe do spożyt-

pracuję na kopalni, więc nie wiem czy

kowania. Jednakże są sprawdzone

trafnie rozstrzygnę Pana dylemat. Moim

technologie, które dobrze radzą sobie

zdaniem metan kopalniany postrzegany

z tym gazem. Myślę tutaj w szczególno-

jest przez górników przede wszystkim

ści o silnikowych agregatach kogene-

jako źródło ogromnego zagrożenia. I nie

racyjnych. Ich pierwsze egzemplarze,

ma się temu co dziwić. Ten węglowodór

zabudowane przez nas na kopalniach

może tworzyć z powietrzem mieszanki

Krupiński i Pniówek z powodzeniem

palne bądź wybuchowe, uwalnia się do

przetwarzają metan na prąd i ciepło

wyrobisk górniczych przede wszystkim

i to od kilkunastu już lat ! Technologie te

w trakcie urabiania węgla, a wtedy

świetnie przyjęły się na polskim rynku,

o inicjację nietrudno. Trzeba mieć świa-

a wytwarzane w nich energie znajdują

domość, że większość wydobywanego

nabywców, co generuje przychód.

dziś węgla w Polsce pochodzi z pokładów metanowych, ich metanonośność

Metan, o ile mi wiadomo, to

– w uproszczeniu rzecz ujmując –

nie tylko dobre paliwo energe-

raczej rośnie z głębokością, a węgiel

tyczne, ale również szkodliwy

wydobywa się z coraz niższych pozio-

gaz cieplarniany. Czy Polska

mów. Zatem nie ma się co łudzić, że

dba o wystarczające zachęty

w przyszłości będzie mniej metanu.

dla przedsiębiorstw, by ten gaz wykorzystywać na dużą

...ale odmetanowanie jest kosztowne! Czy stać na to

W myśl Protokołu z Kioto, metan to

Jestem przekonany, że profilaktyka

dla klimatu, i to 21 razy bardziej niż CO2,

ta jest absolutnie konieczna, tym

któremu poświęca się przede wszystkim

niemniej droga. Pamiętać z drugiej

w Unii Europejskiej tyle uwagi. Tradycyj-

strony należy, że metan to dobre

na biomasa przykładowo traktowana

2/2011

fot. APB

jeden z gazów cieplarnianych szkodliwy

polskie kopalnie?

skalę?

Bernard Barteczko

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

jest jako zero-emisyjna, bo przy spalaniu

SFW Energia należy do grupy

swoją działalność podstawową, nie

jej emituje się tylko tyle CO2, ile zdołała

kapitałowej mającej swe

zawsze są w stanie równolegle dbać

w trakcie wegetacji pochłonąć z atmos-

korzenie w Niemczech.

o efektywne wykorzystanie metanu.

fery. Inaczej ma się rzecz z metanem

Czy gospodarka metanem

Ich rynki ciepła są ograniczone, zaś

kopalnianym, który mimo to, że jest 21

w tamtejszych kopalniach

mechanizmy wsparcia nieubłaganie

razy bardziej szkodliwy niż CO2, nie

czymś się różni?

wykorzystania ciepła wymagają. Ale

jest już traktowany jako zero-emisyjny.

Tak i to bardzo. Najpierw należy

wówczas kopalnie mogą sprzedawać

Eksploatatorzy instalacji energetycznych

wskazać, że górnictwo węgla kamien-

metan np. pobliskim przedsiębior-

spalających metan, zamiast nagradzani

nego w Niemczech wygasa, obecnie

stwom energetyki cieplnej. To przecież

za utylizację, są obciążani kosztem

produkuje ok. 12 mln t węgla i co roku

one mają rynki ciepła, wykorzystają

emisji gazu cieplarnianego, chociaż

się tę wartość obniża. Mimo to, ilość

metan jako paliwo w całości, produku-

spalając go odciążają środowisko

pozyskiwanego rocznie metanu z ko-

jąc energię w ramach wysokosprawnej

wielokrotnie bardziej.

palń wynosi aż ok. 360 mln m3. Dodać

kogeneracji. Tak spożytkowany metan,

Wykorzystanie metanu do produkcji energii jest wprawdzie wspierane przez

należy, że jego większość pochodzi

sprawnie i w całości, a nie fragmen-

z kopalń zlikwidowanych.

tarycznie jak ma to miejsce do dziś

polskie prawo energetyczne, poprzez

J e dn a k rów ni eż m e c h a nizmy

na niektórych kopalniach, ma swoją

nadawanie wytworzonej energii elek-

wsparcia różnią się od tych obowią-

wartość. Kopalnie mogą wtedy też

zujących w Polsce. Metan kopalniany

oczekiwać godziwej zapłaty.

trycznej tzw. świadectw pochodzenia, w przypadku metanu kopalnianego – tzw. fioletowych certyfikatów. Ten mechanizm wsparcia dedykowany jest jednak jedynie wysokosprawnej kogeneracji – dyskryminując jednocześnie

Moim zdaniem metan kopalniany postrzegany jest przez górników przede wszystkim jako źródło ogromnego zagrożenia

w Niemczech jest zero-emisyjny,

Znam wiele przedsiębiorstw, które

traktowany przez tamtejsze prawo

są zainteresowane taką współpracą,

tożsamo z paliwami odnawialnymi,

a nawet jeszcze dalszym rozsze-

a wsparcie nie ogranicza się tylko do

rzeniem swojej oferty dla kopalń.

wysokosprawnej kogeneracji. Może

Dbałość o efektywność energetyczną

instalacje, gdzie nie ma wystarcza-

dlatego gaz ten utylizowany jest prawie

skłania je bowiem do stosowanie nie

jącego odbioru ciepła. Już zupełnie

w całości przez nowoczesne agregaty

tylko procesów kogeneracji, ale nawet

niezrozumiałym też jest sam poziom

przetwarzające go efekty wnie na

trójgeneracji, czyli jednoczesnego

wsparcia, bo jest znacznie niższy od

energie użytkowe.

a dodatkowego wytwarzania np. wody

wsparcia nawet dla konwencjonalnego gazu ziemnego.

lodowej z odpadowego ciepła, który Co zatem, Pana zdaniem,

latem i tak nie znajduje odbiorców.

Może właśnie skutkiem tego jest

należałoby zrobić aby metan

Wiem, że wiele kopalń boryka się

fakt, że ponad 2/3 metanu kopalnia-

z kopalń wykorzystywany był

z zagrożeniem klimatycznym na dole.

nego w Polsce uwalnia się w trakcie

lepiej?

Zastąpienie czy uzupełnienie obec-

eksploatacji do wyrobisk górniczych,

W obecnych warunkach przede

nie stosowanych i zasilanych coraz

skąd odprowadzany jest wentylacyjnie

wszystkim zadbać o to, aby wykorzy-

droższą energią elektryczną lokalnych

bezpośrednio do atmosfery. Myślę, że

stywanie metanu się opłacało. Należy

chłodziarek układami centralnymi,

niewłaściwe jest w szczególności to,

więc zagospodarowywać możliwie

z chłodziwem wytworzonym na po-

że nawet ta pozostała ilość meta-

całą ilość wydobywanego gazu i wy-

wierzchni w procesie trójgeneracji,

nu w ydoby wanego przez stacje

korzystywać dostępne mechanizmy

to nie tylko dbałość o środowisko,

odmetanowania na powierzchnię,

wsparcia. Kopalnie, które słusznie

o efekty wność energetyczną, ale

a jest to ok. 260 mln m CH4 rocznie,

koncentrują wydawanie środków na

przede wszystkim o własne koszty

jest wykorzystywana tylko w części.

bezpieczne wydobycie węgla, czyli na

wydobycia węgla.

Rozmawiał Janusz Zakręta

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

2/2011

energetyczne wykorzystanie metanu

moim zdaniem

Czy metan może być „śląskim łupkiem"? O możliwościach wykorzystania metanu kopalnianego rozmawiamy z Henrykiem Paszczą, dyrektorem oddziału ARP SA w Katowicach Czy metan to źródło energii

przez kopalniane stacje odmetanowania

z towarzyszącego złożom węgla metanu

czy źródło kłopotów w kopalni?

w całości. Jak również nie jest on później

została objęta preferencjami w postaci

Jedno i drugie. Jego istnienie sta-

gospodarczo wykorzystywany w stu

specjalnych certyfikatów. Ma to zachęcić

nowi pewien oczywisty atut, w postaci

procentach, czynnikiem decydującym

kopalnie do energetycznego wykorzysta-

źródła energii, można z niego bowiem

są tutaj m. in. aktualnie posiadane moż-

nia tego gazu.

produkować tanie ciepło, prąd i paliwo

liwości i ograniczenia natury techniczno-ekonomicznej. Przykładowo w roku

Jaki potencjał tkwi w gazie

lokalnej gospodarki, odbiorców komunal-

Henryk Paszcza

2010 w górnictwie węgla kamiennego w

kopalnianym? Jakie są ilości

nych i przemysłu. Równocześnie metan

dyrektor oddziału ARP SA w Katowicach

procesie eksploatacji węgla całkowicie

możliwe do wykorzystania?

wydzieliło się 829,1 mln m3 metanu, z

Może zamiast próbować

z przeznaczeniem dla różnych gałęzi

stanowi jednak pewne źródło kłopotów

czego w kopalnianych powierzchniowych

zgazowywać węgiel należy

nie jakie dla górników pracujących na dole

stacjach odmetanowania ujęto 221,7

w 100% wykorzystać potencjał

sprawia swoją obecnością (możliwość

mln m metanu, zaś zagospodarowanie

istniejącego gazu.

niekontrolowanego wybuchu).

ostatecznie objęło 160,6 mln m3 uchwy-

w kopalni, głównie z względu na zagroże-

conego gazu.

dów węgla szacowane są na około 350 mld m3. Potencjalne zasoby metanu z

Codziennie media dyskutują o gazie łupkowym – jako o

Czy problemem jest brak

pokładów węgla kamiennego pozwoliłby

wielkiej szansie dla gospodarki.

zainteresowania „władzy”

pokryć krajowe zapotrzebowanie na

Okazuje się, że mamy metan,

możliwościami jakie niesie

gaz przez dwie dekady. Tzw. udoku-

który towarzyszy wydobyciu

wykorzystanie metanu? Brak

mentowane, wydobywane bilansowe

węgla. A słyszymy o nim

właściwego wsparcia?

zasoby metanu (wg naukowców AGH)

Raczej nie, gdyż „władza” jest zain-

wynoszą 89,5 mld m3, w tym w złożach

tragicznych wypadków górni-

teresowana właściwą promocją wyko-

eksploatowanych około 26 mld m 3 ,

czych a nie jako dostępnym

rzystania kopalnianego metanu. Istnieją

a w niezagospodarowanych złożach

ekologicznie paliwie. Może dla

jednak rozliczne ograniczenia natury tech-

rezerwowych lub w strefie złóż głębokich

Śląska szansą jest metan?

nicznej uniemożliwiające pozyskanie całej

sięgających poniżej kilometra w głąb

Pewną szansą na pewno jest. Od

ilości gazu. Realizowane przedsięwzięcia

ziemi wynoszą one około 60 mld m3. Do

kilkunastu lat metan wykorzystywany

w zakresie wykorzystania uchwyconego

tego dochodzi około 3,6 mld m3 metanu

jest bowiem przez górnictwo zarówno dla

metanu bardzo często wspiera finansowo

w złożach już zagospodarowanych.

celów własnych jak i jest przekazywany

Wojewódzki Fundusz Ochrony Środowi-

Wg danych za 2010 rok w górnictwie

(sprzedawany) zewnętrznym odbiorcom

ska i Gospodarki Wodnej w Katowicach.

węgla kamiennego w procesie eksploata-

przemysłowym. Naturalnie wydzielony

Ponadto (wg informacji resortu gospo-

cji węgla całkowicie wydzieliło się w tym

na dole metan nie jest uchwycony

darki) już od 2010r. produkcja energii

okresie blisko 830 mln m3 metanu, zaś

najczęściej w kontekście

Potencjalne zasoby metanu z pokła-

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

zagospodarowanie objęło „tylko” trochę

staniem metanu blisko 252 tys. MWh

z powodu wysokich kosztów utrzymania

ponad 160 mln m tego gazu tj. nieco

energii elektrycznej oraz prawie 1 184

służącej temu infrastruktury oraz kosztów

powyżej 19%.

tys. GJ energii cieplnej. Przykładowo: w

samych silników czy turbin gazowych.

przypadku wybranej kopalni łączna moc

Środowisko górnicze postuluje, by prąd

Jaka część gazu uwalnianego

zainstalowanych w kopalnianej ciepłowni

z metanu uznać za tzw. zieloną energię,

w eksploatacji węgla jest

dwóch silników gazowych (ok. 7 MW)

uprzywilejowaną na energetycznym rynku.

wychwytywana

powoduje, że w weekend kopalnia prawie

Zagospodarowanie metanu przynosi

i zagospodarowywana?

nie musi pozyskiwać prądu z zewnątrz,

jednak spółkom węglowym pewne wy-

Według informacji za 2010 r., w gór-

natomiast w dni robocze produkując ener-

mierne efekty finansowe. Oszczędności - w

nictwie węgla kamiennego w procesie

gię dwoma silnikami opalanymi metanem

następstwie ograniczenia zakupów ciepła

eksploatacji węgla całkowicie wydzieliło

kopalnia ma pokrycie na około jedną

i energii elektrycznej - uzyskiwane ze spa-

się w tym okresie 829,1 mln m metanu,

czwartą swojego zapotrzebowania na

lania metanu w silnikach lub turbinach są

z czego w kopalnianych powierzchnio-

energię. Oprócz wspomnianego spalania

przykładowo kalkulowane tak: 1,25 - 1,45

wych stacjach odmetanowania ujęto

w silnikach, metan wykorzystywany jest do

z ł /m 3 s t u p r o c e ntowe g o m et a n u

221,7 mln m3 metanu, zaś zagospodaro-

w suszarkach – urządzeniach, w których

w układach kogeneracji, zaś 1,15 - 1,60 zł/

wanie objęło 160,6 mln m uchwyconego

po wzbogaceniu suszony jest węgiel.

m3 odpowiednio w układach trigeneracji.

Jakie inwestycje towarzyszące

Czy energetyka konwencjonalna

są niezbędne żeby móc

z terenu Śląska interesuje się

„wyłapać” metan w całości?

metanem? Czy tylko węglem?

gazu. Podsumowując: górnictwo węgla kamiennego w 2010r. zagospodarowało nieco ponad 19% całkowitej ilości metanu wydzielonego w procesie eksploatacji węgla, natomiast do atmosfery wyemitowało ponad 80% tego gazu. W jaki sposób wykorzystuje się metan do pozyskiwania energii? Są to głównie silniki? Czy wdrażane są jakieś niekonwencjonalne metody? W 2010r. zagospodarowano łącznie

Potencjalne zasoby metanu z pokładów węgla szacowane są na około 350 mld m3. Potencjalne zasoby metanu z pokładów węgla kamiennego pozwoliłby pokryć krajowe zapotrzebowanie na gaz przez dwie dekady

Na pewno „wyłapać” metanu w cało-

Wielkie firmy energetyczne za-

ści się nie da. Jest to obecnie i na pewno

interesowane są przed wszystkim

będzie, głównie z rozlicznych ograniczeń

wę glem. Wśró d mniejsz ych fir m

natury technicznej i uwarunkowań górni-

e n e rg et ycznyc h o dn otowa n e s ą

czo-geologicznych, zadanie praktycznie

konkretne pr z ypadki współpracy

niewykonalne do przeprowadzenia

i próby jej nawiązania w tym obszarze

i zrealizowania. Ale bezspornie można

z kopalniami, poprzez np. budowę in-

zwiększyć obecny stopień ujęcia me-

stalacji wykorzystujących metan. Spółki

tanu poprzez np. budowę i oddanie

energetyczne niejednokrotnie chcą

do eksploatacji nowych kopalnianych

także kupować metan od spółek węglo-

160,6 mln m3 ujętego metanu, z tego na

powierzchniowych stacji odmetanowania.

wych (i kupują go) na swoje potrzeby.

potrzeby własne górnictwo wykorzystało

Bowiem według danych za 2010r.

Współpraca spółek węglowych i kopalń

22,8 mln m3, a przemysłowym odbiorcom

w powierzchniowych kopalnianych

z poszczególnymi firmami przebiega

zewnętrznym przekazano (sprzedano)

stacjach odmetanowania ujęto 221,7

i utrzymuje się niekiedy już od kilkuna-

137,8 mln m3 metanu.

mln m3 metanu, co stanowiło ok. 27%

stu lat. Przykładowo w 2010r. górnictwo

ilości wydzielonego metanu w procesie

przekazało (sprzedało) zewnętrznym

eksploatacji węgla (829,1 mln m3).

przemysłowym odbiorcom 137,8 mln

Wykorzystanie przez górnictwo ujętego metanu na potrzeby własne objęło

m3 kopalnianego metanu, a na potrzeby

w 2010r. zagospodarowanie do produkcji energii elektrycznej i cieplnej, w tym do

Czy firmom górniczym opłaci się

własne wykorzystało 22,8 mln m3 tego

wytwarzania energii elektrycznej produ-

zagospodarowanie metanu? Czy

gazu. Do odbiorców zewnętrznych

kowanej przez układy kogeneracyjne.

dokładają do tego „interesu”?

trafiło więc blisko 86% metanu zago-

We własnych instalacjach górnictwo

Wykorzystanie metanu do produk-

w 2010r. wyprodukowało z wykorzy-

cji prądu i ciepła nie jest tanie, m.in.

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

spodarowanego przez kopalnie. Rozmawiał Janusz Zakręta

2/2011

energetyczne wykorzystanie metanu

opra opracowania i analizy

Utylizacja metanu z pokładów Od zarania górnictwa, metan towarzyszący eksploatacji kopaliny podstawowej – węgla kamiennego, nie ujęty przez odmetanowanie w większej części wydziela się do powietrza wentylacyjnego tworząc mieszaniny metanowo – powietrzne o różnym stężeniu metanu i jest odprowadzany do atmosfery.

Utylizacja metanu z pokładów węgla

Rys. 1. Zasoby metanu pokładów węgla (CBM) – w mln m3 [1]

jest bardzo ważne z przyczyn: • gospodarczych, co znalazło odzwierciedlenie w Prawie Geologicznym i Górniczym zaliczającym metan z pokładów węgla (MPW) do kopalin podstawowych, • e kologicznych, gdyż emisja między innymi metanu do atmosfery przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego, co znalazło

prof. dr hab. inż. Stanisław Nawrat

mgr inż. Sebastian Napieraj

mgr inż. Natalia Schmidt

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Górnictwa Podziemnego

odzwierciedlenie w Protokole z Kioto. W polskich kopalniach węgla kamiennego od wielu lat obserwujemy stopniowy rozwój odmetanowania podziemnego i gospodarczego wykorzystania ujętego metanu w instalacjach ciepłowniczo - energetycznych. Jednakże nie tylko w polskim, ale światowym dużym problemem jest utylizacja i gospodarcze wykorzystanie metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń (VAM). W kopalniach, metan z pokładów węgla w czasie procesu urabiania węgla wydziela się do powietrza w kopalni i ulega rozrzedzeniu tworząc w wyniku regulacji strumienia powietrza mieszaniny metanowo – powietrzne (VAM) zwie-

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

węgla kamiennego w Polsce rające od 0,0 do 0,75% metanu (górna granica określona w polskich górniczych przepisach bezpieczeństwa). Na świecie prowadzone są intensywne prace badawczo – rozwojowe, które doprowadziły do opracowania wielu technologii i urządzeń, pozwalających

Wykres 1. Metanowość kopalń węgla kamiennego w odniesieniu do wydobycia węgla kamiennego w Polsce w latach 2001-2010

przeprowadzać proces spalania metanu o niskiej jego koncentracji.

Zasoby metanu Według informacji Państwowego Instytutu Geologicznego metan pokładów węgla (CBM) w Polsce występuje głównie w złożach Gór-

Metanowość kopalń

nośląskiego Zagłębia Węglowego.

węgla kamiennego

Utylizacja metanu z odmetanowania z polskich kopalń węgla kamiennego

Wielkości zasobów trudno w sposób

Od roku 2001 metanowość bez-

jednoznaczny umiejscowić ze względu

względna w Polskich kopalniach węgla

na przebiegające procesy filtracji gazu

kamiennego systematycznie wzrasta

Gospodarcze wykorzystanie metanu

w pokładach jak i między pokładami, a

mimo zmniejszenia wydobycia węgla

ujętego w procesie odmetanowania

także przez nadkład do atmosfery.

i ilości kopalin. Metanowość bezwzględna

kopalń węgla kamiennego jako paliwa

w roku 2010 wynosiła 834,9 mln m3/rok

gazowego może być realizowane:

Zasoby geologiczne metanu

(1 588,4 m3/min), przy czym wentyla-

• b ezpośrednio w wyniku kontrolo-

pokładów węgla

cyjnie odprowadzono 579 mln m3/rok

wanego wtłaczania do sieci gazu

Udokumentowane [1] zasoby wydoby-

(1 101 m3/min), a systemem odmeta-

walne bilansowe metanu pokładów węgla

nowania ujęto 255 mln m3/rok (487 m3/

wynoszą 89,9 mld m3, w tym w złożach

min) [3].

ziemnego, • bezpośrednio w palnikach gazowych, kotłach gazowych, silnikach gazo-

eksploatowanych około 28,7 mld m3,

Odmetanowanie, metanowość wen-

a w niezagospodarowanych złożach

tylacyjna, a co za tym idzie metanowość

• pośrednio po wcześniejszym wzbo-

rezerwowych lub w strefie złóż głębokich

bezwzględna w ostatnich latach syste-

gaceniu sprzedawany do sieci ga-

o głębokości poniżej 1000 m wynoszą

matycznie, co zostało przedstawione na

zowniczych należących do lokalnych

ok. 61 mld m3. Natomiast zasoby prze-

rysunku 1.

przedsiębiorców lub PGNiG.

mysłowe w złożach zagospodarowanych

wych, turbinach gazowych,

Z wykresu 1 wynika, że roczne zasoby metanu w powietrzu wentylacyjnym

Zważywszy na infrastrukturę sieci

Wielkość zasobów, emisji metanu do

kopalń węgla kamiennego w roku 2010

rurociągowych metan z odmetanowa-

atmosfery oraz ujęcia metanu przez od-

wynosiły ok. 579 mln m3 [3] i z roku na

nia przeważnie jest wykorzystany jako

metanowanie, przedstawia rysunek 1.[1]

rok zwiększają się.

paliwo dla instalacji ciepłowniczo-ener-

wynoszą 5 690,84 mln m3.

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

2/2011

energetyczne wykorzystanie metanu

opracowania i analizy getycznych zlokalizowanych na terenie kopalń lub w ich bliskim sąsiedztwie. Kierunki zagospodarowania gazu z odmetanowania pokładów węgla w energetyce można podzielić na [4]: • w ytwarzanie ciepła na potrzeby grzewcze i technologiczne przez spalanie gazu • w kotłach czy instalacjach technologicznych (np. suszarniach), • s kojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i gorącej wody, • s kojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i pary technologicznej, • skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i czynnika grzewczego na potrzeby procesów suszarniczych, • skojarzone wytwarzanie ciepła, zimna i energii elektrycznej, wytwarzanie energii elektrycznej w układach Silniki pracujące w Kopalni Krupiński

kombinowanych.

w roku 2009 zużyły 13,6 mln m3 CH4 Obecnie w Polsce metan z pokładów

dając produkcję 47,6 tys. MWh energii

węgla wykorzystywany jest jako paliwo

elektrycznej i 68 tys. GJ ciepła, co w

Przykładem wykorzystania zasobów

w wielu instalacjach energetycznych,

znacznym stopniu pokrywało zapotrze-

metanu ze zlikwidowanej kopalni węgla

szczególnie należących do Jastrzębskiej

bowanie kopalni na media energetyczne

kamiennego jest rozpoczęte w 2004

Spółki Węglowej S.A.

(w roku 2009 33,9% energii elektrycznej

roku wydobycie metanu ze zrobów

i 71,2% energii cieplnej).

zlik widowanej kopalni węgla ka-

wykorzystująca metan

Skojarzony układ energetyczny

przez firmę „Karbonia Pl” Sp. z o.o..

z pokładów węgla

w KWK „Pniówek”

Z otworu wiertniczego metan był transpor-

Pierwsza instalacja

Rys. 3. Skojarzony układ energetyczny w KWK ”Pniówek”

miennego „Morcinek” w Kaczycach

w KWK „Krupiński”

Utylizacja metanu ze zlikwidowanych kopalń węgla

W 2000 roku w kopani „Pniówek”

towany do Republiki Czeskiej gazociągiem

W roku 1997 w kopalni „Krupiński”

JSW S.A. została uruchomiona trójko-

o średnicy 225mm bezpośrednio do

należącej do Jastrzębskiej Spółki

generacyjna instalacja energetyczna

sieci odbiorcy.

Węglowej S.A. została zbudowana

produkująca energię elektryczną, cieplą

W zlikwidowanej kopalni Żory realizo-

pierwsza w Polsce instalacja produ-

i energię chłodniczą (rys 3), która została

wany jest projekt pozyskania i utylizacji

kująca z metanu z odmetanowania

wykorzystana dla klimatyzacji centralnej

metanu w silniku gazowym dla produkcji

kopalni w kogeneracji energię elek-

kopalni. Koncepcję instalacji opracowała

energii elektrycznej.

tryczną i cieplną dla potrzeb własnych.

Jastrzębska Spółka Węglowa S.A.

Kolejne przedsięwzięcie wykorzy-

Moc elektryczna instalacji wynosi

wspólnie z Akademią Górniczo - Hutniczą

stania metanu ma miejsce na terenie

3 MW. W roku 2005 uruchomiono

w Krakowie. Moc elektryczna układu

zlikwidowanej kopalni Anna Południe,

drugą instalację kogeneracyjną o mocy

wynosi 6,4 MW, cieplna 7,4 MW, a

gdzie odwiercono otwory dla eksploatacji

elektrycznej 3,9 MW.

chłodnicza 7,9 MW.

metanu. W chwili obecnej przewiduje

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

się sprzedaż metanu do Ciepłowni w Wodzisławiu Śląskim.

• turbiny hybrydowe na mieszaninę metan - powietrze-węgiel.

Wartym uwagi jest projekt sprężania

Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie utworzył y 25.06.2008 r. Konsorcjum Utylizacji Metanu z

gazu z odmetanowania pola Moszczenica

Technologia wykorzystująca

Pokładów Węgla Podziemnych Kopalń.

w kopalni „Jas – Mos”. Pole Moszczenica

cieplny reaktor przepływowo –

W kwietniu 2009 r. konsorcjum naukowe

powstało w wyniku likwidacji kopalni

rewersyjny TFRR (VOCSIDIZER)

rozpoczęło prace nad projektem finan-

Moszczenica w 2000 r., gdzie obecnie

Najbardziej rozwinięta przemysłowo

sowanym z Europejskiego Funduszu

prowadzone jest odmetanowanie. Zroby

technologia wykorzystuje cieplny re-

Rozwoju Regionalnego “Proekologicz-

bilansowe metanu w Polu Moszczenica

aktor przepływowo – rewersyjny TFRR

na technologia utylizacji metanu z ko-

wynosiły ok. 270 mln m 3. Sprężony

(VOCSIDIZER), który został opracowany

palń” WND-POIG.01.03.01-24-072/08

metan wykorzystywany będzie jako

przez firmę Megtec Systems z reaktorem,

w ramach Programu Operacyjne-

paliwo dla instalacji grzewczych, komu-

w którym następują cykliczne procesy

go Innowacyjna Gospodarka, Oś

nalnych oraz może być wykorzystany

samozapalenia metanu i wydzielania

prior ytetowa: 1. Badania i rozwój

w autobusach.

ciepła do złoża.

nowoczesnych technologii, Działanie:

Do produkcji energii elektrycznej

1.3. Wsparcie projektów B+R na rzecz

Utylizacja metanu z powietrza wentylacyjnego

instalacja zawierająca reaktory Vocsidizer

przedsiębiorców realizowanych przez

wykorzystuje 250 000 m3/h powietrza

jednostki naukowe, Poddziałanie: 1.3.1.

Nowe technologie i urządzenia

wentylacyjnego VAM o stężeniu metanu

Projekty rozwojowe. Jest to pierwsza

powstałe w wyniku prac badawczo-

0,9%, co stanowi około 20% strumienia

instalacja powstająca w Polsce i

-rozwojowych umożliwiają wykorzystanie

powietrza wentylacyjnego z szybu.

Europie.

metanu z powietrza wentylacyjnego,

Stężenie metanu rzędu 0,9% uzyskiwane

ja ko p ali wa. Je dna k p o dstawo -

jest przez dodatkowe zmieszanie z

towych została zbudowana instalacja

wym problemem jest zapewnienie

gazem pochodzącym z odmetanowania.

wielkolaboratoryjna, która potwierdziła

W ramach prac badawczo – projek-

mieszaniny metanowo – powietrznej

Elektrownia wytwarza około 5 MW

przyjęte założenia utylizacji metanu

o koncentracji metanu co najmniej od 0.5%

energii elektrycznej, jednocześnie ogra-

z wykorzystaniem procesu katalitycznego

do 1.0% tak, aby zapewnić ekonomiczną

niczając emisję metanu do atmosfery,

utleniania metanu.

i efektywna pracę urządzeń – reaktorów.

w przeliczeniu na CO2, wynoszącą 250

Technologie służące do utylizacji lub wykorzystania metanu z VAM wykorzy-

000 ton rocznie. Opłacalność zastosowania jak i koszt

Obecnie realizowanym etapem jest projektowanie i budowa instalacji IUMK - 100 w skali półprzemysłowej. Instalacja IUMK

stują [5]:

instalacji Vocsidizer uzależnione jest

- 100 zostanie zlokalizowana w jednej

• cieplny reaktor przepływowo – rewer-

w głównej mierze od stężenia metanu w

z kopalń należących do Jastrzębskiej

powietrzu wentylacyjnym, wielkości tego

Spółki Węglowej S.A., a jej moc cieplna

strumienia oraz sposobu wykorzystania

będzie wynosiła 100 kW. Uzyskane

i aktualnych cen uprawnień do emisji CO2.

doświadczenia mogą posłużyć jako

syjny TFRR (VOCSIDIZER), • k atalityczny reaktor przepływowo – rewersyjny CERR, • adsorpcyjne koncentratory metanu,

baza do projektowania instalacji prze-

• turbiny gazowe CGT,

Budowa proekologicznej

• turbiny z katalitycznym spalaniem

instalacji dla metanu VAM odprowadzanego w mieszaninie

CCGT, • m ikroturbiny gazowe na paliwo

z powietrzem z kopalń do atmosfery w Polsce

o niskiej koncentracji,

mysłowych.

Stwierdzenia i wnioski Przedstawione materiały pozwalają sformułować następujące stwierdzenia

• m ikroturbiny gazowe na paliwo

Wychodząc na przeciw problemom

o niskiej koncentracji ze spalaniem

emisji metanu Akademia Górniczo-

• Mieszanina metanowo-powietrzna

katalitycznym,

-Hutnicza, Politechnika Wrocławska i

ujęta systemem odmetanowania

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

i wnioski:

2/2011

energetyczne wykorzystanie metanu

opracowania i analizy może być wykorzystywana, jako paliwo niskometanowe w różnego rodzaju instalacjach ciepłowniczo-energetycznych, co przynosi zarówno zysk finansowy, jak również przyczynia się do zmniejszenia „efektu cieplarnianego”. • W Polsce funkcjonują skojarzone układy energetyczne produkujące z metanu z odmetanowania energię elektryczną i cieplną. Instalacje takie wykorzystują metan w kopalniach:

– Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A.: KWK „Krupiński”, KWK „Pniówek ”, K WK „Budr yk ”,

– inwestycji w zakresie pełnego

KWK „Borynia-Zofiówka”, KWK

gospodarczego wykorzystania

„Jas-Mos”,

metanu, jako paliwa niskometano-

– Kompani Węglowej S.A.: KWK „Brzeszcze”, KWK „Halemba-Wi-

wego w instalacjach ciepłowniczo - energetycznych.

rek”, KWK „Knurów – Szczygłowice”, KWK „Sośnica – Makoszowy”,

przez konsorcjum Akademii Górniczo

KWK „Bielszowice”,

– Katowickiego Holdingu Węglowe-

– Hutniczej, Uniwersytetu Marii Curie –

go: KWK „Murcki-Staszic”, KWK

Skłodowskiej i Politechniki Wrocławskiej

„Mysłowice-Wesoła”.

pozwolą opracować proekologiczną

• N a świecie w wielu krajach m.in.

technologię utylizacji metanu z kopalń

w Australii i Chinach podejmowane

w ramach Programu Operacyjnego

są działania zmierzające do prze-

Innowacyjna Gospodarka WND-PO-

mysłowego wykorzystania metanu

IG.01.03.01-24-072/08, w tym głównie

z powietrza wentylacyjnego, jako

odprowadzanego szybami z kopalń do

paliwa dla instalacji energetycznych.

atmosfery – prace te prowadzone w

• Dalszy postęp w zakresie utylizacji

tak dużej skali są pierwszymi w Polsce

metanu pokładów węgla kopalń

i w Europie. Przeprowadzone badania

i ograniczenia emisji metanu do

laboratoryjne pozwoliły rozpocząć prace

atmosfery jest możliwy do osiągnięcia

projektowe nad budową instalacji w skali

przy zwiększeniu:

półtechnicznej.

– intensyfikacji odmetanowania

Materiał został opracowany dla

pokładów węgla w podziemnych

promocji Projektu Operacyjnego Inno-

kopalniach węgla kamiennego,

wacyjna Gospodarka pt. „Proekologiczna

– intensyfikacji utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń,

Prowadzone w Polsce badania

2/2011

technologia utylizacji metanu z kopalń” nr UDA-POIG.01.03.01.24-072/08-00

Rys. 4. Instalacja IUMK100 do utylizacji metanu z szybu wentylacyjnego z reaktorem katalitycznego utleniania metanu RKUM-100

Literatura [1] Państwowy Instytut Geologiczny. Zakład Geologii Gospodarczej. [2] Kwarciński J. i in. Weryfikacja bazy zasobowej metanu pokładów węgla jako kopaliny głównej na obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Arch. CAG Warszawa 2006. [3] Raporty Roczne (2000÷2010) o stanie podstawowych zagrożeń naturalnych i technicznych w górnictwie węgla kamiennego. GIG, Katowice 2000÷2010 [4] Kalina J., Skorek J. Energetyczne wykorzystanie metanu z pokładów węgla likwidowanych kopalń. Przegląd Górniczy nr 7-8 2003. [5] Nawrat S. Możliwości wykorzystania metanu z powietrza wentylacyjnego podziemnych kopalń węgla. Miesięcznik WUG nr 5/2006. [6] Nawrat S. Napieraj S. Analiza możliwości utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego z szybów polskich kopalń węgla kamiennego Miesięcznik WUG nr 9/2010. [7] Materiały badawcze projektu POIG pt. „Proekologiczna technologia utylizacji metanu z kopalń” nr UDA-POIG.01.03.01.24-072/08-00.

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

WHO IS who?

3-4 listopada Łochów

Konferencja techniczna

Nowoczesne układy kogeneracyjne Lech Maryniak Sprawuje funkcję National Engineering and Project Manager Coca-Cola HBC Polska. Doświadczenie zawodowe zdobywał w takich firmach jak: Pepsi Cola, Browar Żywiec oraz Grupa Żywiec. Jest wybitnym specjalistą w dziedzinie produkcji spożywczej, ze szczególnym uwzględnieniem procesu produkcji napojów. W swojej karierze zawodowej prowadził liczne projekty inwestycyjne, wdrożenia nowych technologii typu R&D w Polsce jak i za granicą. Był również odpowiedzialny za zarządzanie zakładami produkcyjnymi na płaszczyźnie technicznej jak i produkcyjnej. AbsolwentPolitechniki Warszawskiej oraz European University Montroux. Janusz Wojdalski Dr hab. inż. (inżynieria i aparatura przemysłu spożywczego, gospodarka energią i wodą). Autor licznych prac z zakresu energochłonności produkcji w przemyśle spożywczym. Profesor nadzwyczajny na Wydziale Inżynierii Produkcji SGGW w Warszawie. Członek Stowarzyszenia Energia i Środowisko w Mleczarstwie, Stowarzyszenia na Rzecz Zrównoważonego Rozwoju Polski, Stowarzyszenia Willa Włochy oraz Towarzystwa Uniwersyteckiego Fides et Ratio Janusz Budny Długoletni kierownik Katedr: Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spoży wczego a następnie Podstaw Techniki, Technologii i Gospodarki Energią w Wydziale Nauki o Żywności. Autor skryptów akademickich, podręczników i publikacji naukowych i naukowo-technicznych oraz opinii i ekspertyz z zakresu gospodarki energią w produkcji i przetwórstwie żywności. Ekspert z zakresu wykorzystania odnawialnych zasobów energii, zwłaszcza biomasy. Twórca i prezes Zarządu Stowarzyszenia Naukowo-Technicznego „Energia i środowisko w mleczarstwie”. Andrzej Kroczek A b sol we nt Po lite chnik i Rzeszowskiej na Wydziale Elektrotechniki i Informatyki, Inspektor ds. Energetycznych w Miejskim Przedsiębiorstwie Energetyki Cieplnej w Olsztynie. Koordynował inwestycję „Rozbudowa Ciepłowni Kortowa w Olsztynie o wysokosprawny blok kogeneracyjny oparty na silnikach gazowych”. Krzysztof Krasowski Absolwent Państ wowej Wyższej Szkoł y Zawodowej w Elblągu (2003) oraz Wydziału Mechanicznego Politechniki Gdańskiej (2006). W roku 2009 uzyskał tytuł doktora nauk technicznych na e-w ydanie do pobrania na:

Politechnice Gdańskiej w dziedzinie wymiany i wymienników ciepła. W latach 2004 - 2008 pracownik Wydziału Mechanicznego Politechniki Gdańskiej. W roku 2008 został pracownikiem Energa Kogeneracja Sp. z o.o. w Elblągu na stanowisku Dyżurnego Inżyniera Ruchu, a od roku 2010 dyrektora ds. inwestycji i rozwoju. Marcin Płoneczka O b e c n i e p e ł n i f u n kc j ę Nadsztygara Energetycznego w Jastrzębskiej Spółce Węglowej S.A., KWK „Pniówek”. Odpowiada za zarządzanie energią (m.in. bilansowanie, planowanie oraz optymalizacja zużycia energii), a także bierze udział w przedsięwzięciach wdrążających nowe technologie w dziedzinie energetyki (np. rozbudowa centralnej klimatyzacji JSW S.A. KWK "Pniówek"). Marcin Płoneczka ukończył studia na Wydziale Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej w Gliwicach, a także studia podyplomowe na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie (m.in. studia pn. „Pozyskiwanie i utylizacja metanu z pokładów węgla kamiennego”). Sylwester Jędra Absolwent Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej, kierunku Mechanika i Budowa Maszyn, Specjalność: Energetyka Cieplna. Z P.P.U.H. „HORUS-ENERGIA” Sp. z o.o. związany od października 2003 r. Początkowo jako Konstruktor-Technolog. Od lipca 2005 jako Kierownik Działu Agregatów Gazowych i Kogeneracyjnych. Dyrektor Techniczny w okresie od października 2009 do końca grudnia 2010. Aktualnie od początku roku 2011 Wiceprezes P.P.U.H. „HORUS-ENERGIA” Sp. z o.o. Wiesław Wasilewski Ekonomista, doradca inwestycyjny, konsultant d/s pozyskiwania dotacji unijnych. Od ponad 9 lat specjalizuje się w pozyskiwaniu dotacji unijnych, kredytów i tworzeniu montaży finansowych głównie dla przemysłu spożywczego i terenów wiejskich. Autor wielu projektów zwiększających efektywność energetyczną zakładów w tym budowa kliku biogazowni, modernizacji istniejących kotłowni i oczyszczalni ścieków. Zrealizował kilkadziesiąt projektów budowy nowych, modernizacji już istniejących zakładów przetwórstwa spożywczego. Współautor i realizator specjalnego projektu “Małe biogazownie rolnicze”.Autor kilkudziesięciu publikacji w prasie krajowej i specjalistycznej o praktycznych aspektach pozyskiwania dotacji unijnych w cyklu “Dotacje w praktyce”. Właściciel firmy doradczej “BIG-POL Fundusze Pomocowe”. Odznaczony (2008 r.) “Zasłużony dla rolnictwa”.

www.apbiznes.pl

Wojciech Piesik Kierownik projektów kogeneracyjnych, ENER- G POLSKA Sp. z o.o. Absolwent W y ż s z e j S z ko ł y M o r s k i e j w G d y ni, z w y ksz tałc enia inż ynier mechanik ok ręto wy. Z uwagi na kierunek wykształcenia i zakres zainteresowań pracę zawodową związał z energetyką. Gruntowna wiedza oraz dociekliwość pozwolił y na odniesienie sukc esów w branż y p omp owej sektora ciepłowniczego oraz przemysłowego. Dzięki pracy w firmach działających w dziedzinach serwisu i sprzedaży urządzeń technicznych oraz komponentów systemów energetycznych doskonale orientuje się w realiach technicznych dowolnych systemów przetwarzania energii. W dziale kogeneracji firmy ENER-G POLSKA pracuje od dwóch lat, w trakcie których wdrożył wiele innowacyjnych koncepcji zastosowania technologii wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu. Wacław Bilnicki Od 2010 r. dyrektor Departamentu Energetyki Konwencjonalnej w PGNiG Energia S.A. przygotowuje inwestycje w źródłach kogeneracyjnych silnikowych i turbinowych na paliwa gazowe. W latach poprzednich realizował inwestycję 1000 MW bloku na parametry nadkrytyczne w El. Kozienice w grupie Enea. Pełnił kierownicze funkcje w sektorze finansowym i na rynku kapitałowym m.in. w ARP S.A., PKO BP, PTP S.A., CSFB. Specjalizuje się w systemach sterowania i zarządzania wytwórczymi źródłami hybrydowymi w technologiach opartych o paliwa stałe, gazowe i OZE. Stanisław Kasiewicz Ukończył Wydział Finansów i Statystyki SGPiS (obecnie SGH), jest profesorem SGH. Obecnie kierownik Katedr y Działalności Przedsiębiorstwa. Był członkiem rad nadzorczych: OFE PTE Orzeł oraz Bankowego Funduszu Gwarancyjnego i doradcą prezesa Miejskich Zakładów Autobusowych w Warszawie. Aktualnie jest członkiem rady nadzorczej OFE Warta S.A.. Był członkiem zespołu prof. dr hab. Leszka Balcerowicza, odpowiedzialnym za opracowanie założeń i zasad działania przedsiębiorstw w obszarze inwestycyjnym. W latach 1999 - 2001 członek Zespołu doradców ds. Reprywatyzacji przy MSP i ekspert rządowy w sejmowej Komisji do spraw projektu ustawy o reprywatyzacji. Autor ponad 215 publikacji naukowych.

2/2011

PARTNERZY BRANŻOWI

Coca-Cola HBC Polska Sp. z o.o.

OSM PIĄTNICA

PARTNER MERYTORYCZNY

STOWARZYSZENIE „ENERGIA I ŚRODOWISKO W MLECZARSTWIE”

PATRONAT MEDIALNY energetyka i przemysł

ORGANIZATOR

Agencja Promocji Biznesu apbiznes.pl

Nowoczesne układy kogeneracyjne

Kogeneracja w przemyśle spożywczym Opracowanie jest kompilacją trzech artykułów, które ukazały się na łamach czasopisma AGROindustry w 2011 r.

Część I. Model zarządzania mediami energetycznymi w przedsiębiorstwie zintegrowany z technologią CHP/QUAD

niak Lech Mary Coca-Cola a Hellenic Polsk

Media energetyczne, szczególnie takie jak energia elektryczna i cieplna stanowią znaczny koszt finalnego produktu wytwarzanego przez przedsiębiorstwo. Często koszt ten stanowi nawet ponad połowę kosztu całkowitego wytworzenia produktu. W ostatnich latach ceny tych mediów mają charakter wzrostowy, sięgając nierzadko dwucyfrowej podwyżki procentowej w skali rocznej. Taka sytuacja przekłada się na podwyżki cen produktu finalnego. Na kon kurenc y jny m r y n ku polskim czy europejskim takie p o d w y ż k i m o g ą d e c yd o w a ć o przetrwaniu przedsiębiorstwa w kon f rontac ji z kon kurenc ją z przedsiębiorstwami azjatyckimi. Szansą jest wprowadzanie wszelkiego rodzaju projektów racjonalizatorskich zużycia tych mediów popartych integracją przedsiębiorstwa z własnym źródłem produkcji energii. Przedmiotem niniejszego artykułu jest przedstawienie drogi dojścia do wdrożenia własnego źródła produkcji energii wykorzystującego technologię CHP/QUAD. CHP (Combined Heat and Power). Jest to wytwarzanie energii w procesie kogeneracji czyli wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej jednocześnie [1]. Dodatkowe nadwyżki ciepła służą wytwarzaniu medium chłodniczego w postaci wody chłodzącej. W zależności od specyfiki przedsiębiorstwa można jeszcze w yt warzać in ne media w t ym media inne niż energetyczne. Autor jest szefem projektu instalacji CHP/ QUAD, która dodatkowo będzie produkować dwutlenek węgla (CO2) ze spalin co dodatkowo obniży jego

2/2011

emisję. Zestawiając powyższe media w postaci energii elektrycznej, energii cieplnej, medium chłodniczego i CO2 – czyli 4 media tworzymy układ CHP / QUAD-generacja.

Tradycyjny model zarządzania mediami energetycznymi Na przełomie XX i XXI wieku zaszły istotne zmiany w metodach zarządzania przedsiębiorstwem. Gospodarka mediami energetycznymi zaczęła odgrywać istotną rolę. Główną przyczyną tej zmiany był wzrost cen nośników energe-

tycznych, co miało bezpośredni wpływ na podwyżki cen energii wtórnej (np. energii elektrycznej i cieplnej). Jednym z podstawowych zadań przedsiębiorstwa jest dążenie do ograniczania kosztów czynników energetycznych poprzez monitorowanie i kontrolę zużycia mediów energetycznych. Z punktu widzenia zarządzania łańcuchem dostaw w przedsiębiorstwie to zadanie ma rangę priorytetową. Jednak w wielu przedsiębiorstwach rozliczenia z dostawcami energii elektrycznej dokonują się w sposób

Rys.1. Tradycyjny system sprzedaży energii elektrycznej. Źródło: Opracowanie własne

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

tradycyjny, polegający na regulowaniu rachunku za dany miesiąc. Jest to tradycyjny sposób zakupu energii, wynikający z wzorców wypracowanych w przeszłości, kiedy to energia była stosunkowo tania a monopol energetyczny nie pozwalał na jakiekolwiek działania dotyczące negocjacji cen. W wielu przedsiębiorstwach taki model jest jeszcze standardem. Takie podejście nie pozwala na wykorzystanie możliwości wolnego rynku energii, co daje szansę obniżenia jednostkowej ceny nabywanej energii. Rysunek 1 przedstaw ia opisa ny pow yżej model. Dwie główne strony to spółka obrotu zintegrowana z lokalną spółką dystrybucyjną, która kupuje energię elektryczną od producenta, koordynuje jej przesył i dystrybucję oraz przedsiębiorstwo kupujące tą energię do celów produkcji. We wspomnianym modelu kluczowym ogniwem są lokalne spółki obrotu / dystrybucji jako jednostki energetyczne działające na danym terenie. Spółka obrotu kupuje energię elektryczną od producenta i sprzedaje ją do przedsiębiorstwa. Do ceny sprzedawanej energii jest doliczany jej przesył / dystrybucja. W takim modelu przedsiębiorstwo jest zobowiązane do płacenia faktury w określonym terminie bez większej możliwości negocjowania cen.

przedsiębiorstwa sieciowego bez obowiązku kupowania od niego energii elektrycznej. Z założenia powinna służyć rozwijaniu konkurencji na rynku energii elektrycznej. W praktyce system ten polega na istnieniu trzech stron: Pierwsza strona to przedsiębiorstwo (kupujące energię) mające dowolny wybór dostawcy energii elektrycznej. Druga strona to spółka dystrybucyjna współpracująca z PSE (Polskie Sieci Energetyczne) [3], czyli przedsiębiorstwo sieciowe, św iadc zące usł ug i t ra n spor t u

energii od wytwórcy energii do przedsiębiorstwa zużywającego energię. Trzecią stroną tego systemu jest przedsiębiorstwo obrotu (PO) najczęściej zintegrowane z producentami energii (produkującymi z różnych źródeł i stosującymi różne technologie zamiany energii pierwot nej na wtórną). Jest to dostawca energii elektrycznej. Od roku 2000 przedsiębiorstwa mają możliwości zakupu energii według systemu TPA. Ten system daje duże możliwości zakupu tańszej energii od PO, jednak wy-

Mikroekonomiczny, zintegrowany i kompleksowy model zarządzania energią Jednym z kluczowych elementów umożliwiających odbiorcom dostęp do wolnego rynku energii jest tzw. zasada dostępu stron trzecich - zasada TPA (Third Party Access) [2]. Zasada ta oznacza możliwość korzystania z sieci energetycznego

e-w ydanie do pobrania na:

Rys. 2. System sprzedaży energii elektrycznej w oparciu o zasadę TPA. Źródło: Opracowanie własne

www.apbiznes.pl

2/2011

maga to dokładnego planowania jej zużycia. Rysunek 2 obrazuje ten model zakupu energii. Jeżeli przedsiębiorstwo potrzebuje więcej energii niż planuje wtedy PO musi dokupić jej różnicę na giełdzie energii. Podobnie się ma, jeżeli przedsiębiorstwo nie potrzebuje energii tyle ile zaplanowało wcześniej. W takiej sytuacji PO musi niewykorzystany nadmiar sprzedać na giełdzie energii. Niewłaściwe planowanie, brak wiedzy o własnym profilu zużycia oraz nieustające awarie w przedsiębiorstwie mogą zniweczyć oszczędności, które daje system TPA. W systemie w ystępują t rzy strony takie jak: przedsiębiorstwo kupujące energię, spółka dystrybucyjna (odpowiada za przesył energii elektrycznej) oraz PO, często zintegrowane z producentem tej energii. Ważnym elementem tego systemu jest bezpośrednia współpraca PO z przedsiębiorstwem kupującym energię w celu planowania jej dostaw. Usługa przesyłu jest na niezmienionym poziomie i nie podlegająca akt ywnej kontroli a co za tym idzie negocjacji cenowej. W praktyce zasada TPA sprowadza się do dokony wa n ia zakupów energii elektrycznej u dowolnego

producenta lub innego podmiotu, zajmującego się obrotem energii, mającego kon kurenc y jną cenę jednostkową. Specyfika energii elektrycznej powoduje, że jej zużycie jest nierozerwalnie związane z jej przesyłem oraz dystrybucją (jako swego rodzaju „transportem” energii elektrycznej). Uprawnione przedsiębiorstwo- odbiorca finalny może jednak „rozłączyć” dotychczasową umowę i zawrzeć osobno: umowę na zakup i zużycie energii elektrycznej: np. z dowolnym przedsiębiorstwem obrotu, umowę na przesył energii elektrycznej: z lokalną spółką dystrybucyjną. Przedsiębiorstwa obrotu PO, będąc jednymi z głównych partnerów dla odbiorców w walce o rynek energii i implementację TPA, stanowią istotny element każdego konkurencyjnego rynku energii. W Polsce obrót energią elektryczną w porównaniu z pozostałymi krajami Unii Europejskiej nie jest mocno rozwinięty. Jednak przedsiębiorstwa, które stosują zasadę TPA mają szansę na obniżenie kosztów związanych ze zużyciem energii elektrycznej i w efekcie poprawę swoich wyników ekonomicznych.

Tab. 1. Przykładowe inwestycje zapewniające poprawę zużyć poszczególnych form energii cieplnej i elektrycznej w odpowiednio przedstawionych obszarach i instalacjach Źródło: Opracowanie na podstawie posiadanych materiałów [5]

2/2011

Przygotowanie przedsiębiorstwa do wprowadzenia technologii CHP/QUAD Istnieje szereg przesłanek skłan iając ych przedsiębiorst wo do posiadania własnego źródła energii wytwarzanego w technologii CHP / QUAD. Główne motywy takiej inwestycji to: • posiada n ie ta ńszego źródła energii, która jest wytwarzana w obrębie przedsiębiorst wa w sposób oszczędny i dodatkowo bez kosztów przesyłu, • zabezpieczenie przed w yłączeniami energii dostarczanej z sieci nawet na bardzo krótki czas, co powoduje zwykle duże straty produkcyjne w przedsiębiorstwie, • znaczne ograniczenie emisji gazów cieplarnianych. Nie biorąc pod uwagę odnawialnych źródeł energii OZE w oparciu o kogenerację – CHP, rekomendowaną technologię uznaje się za jedną z najlepszych metod redukcji gazów cieplarnianych. Podstawowe kroki wprowadzenia technologii CHP/QUAD w przedsiębiorstwie są następujące: Wykonanie bilansu energetycznego w przedsiębiorstwie. Początkową fazą przygotowania do wprowadzenia technologii CHP/ QUAD jest zidentyfikowanie potrzeb energetycznych przedsiębiorstwa. Podstawowym założeniem jest posiadanie przez przedsiębiorstwo pełnych oraz dokładnych informacji o mocy zainstalowanej zarówno cieplnej jak i elektrycznej. Polega to na zebraniu wszystkich informacji na temat odbiorników tych form energii oraz ich zbilansowaniu. Przeprowadzenie audytu energetycznego. Następnym krokiem jest dokonanie kompleksowego audytu ener-

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Nowoczesne układy kogeneracyjne getycznego w przedsiębiorstwie [4]. Celami takiego audytu są: Oszacowanie rzeczywistego zużycia różnych rodzajów energii. Moce zainstalowane wyrażone są za pomocą informacji ilościowych. Jednak w danym czasie nie wszystkie urządzenia pracują jednocześnie w związku z powyższym potrzebne są dane rzeczywiste. Mając tak sporządzony bilans można przejść do następnego zadania. Zbadanie efektywności zarządzania energetyką w przedsiębiorstwie. Chodzi tu o porównanie przyjętych celów i ich realizację. Do prawidłowego stawiania sobie celów niezbędne jest dokonywanie pomiarów zużyć tych form energii. Ten system określa się jako M&T (Monitoring & Targeting), czyli mierzenie wartości zużyć energii a następnie określanie celów dla następnego okresu. Ważnym elementem tego systemu jest kształtowanie świadomości poszanowania energii wśród pracowników przedsiębiorstwa. Na podstawie przedstawionych badań autora [5] można oczekiwać, że najmniejsze oszczędności wynikające z systemu zarządzania mogą być na poziomie 5 % energii odniesionej do zużycia początkowego (zob. Tabela 1). Ten etap zarządzania energetyką jest również przedmiotem oceny audytu energetycznego. Kolejną częścią audytu energetycznego jest identyfikacja efektywności pracy urządzeń przedsiębiorstwa na płaszczyźnie energetycznej. W tej części również powinny nastąpić badania dodatkowe takie jak straty gazów technicznych, wody, czy innych mediów używanych w operacjach przedsiębiorstwa. Dla przykładu eliminacja nieszczelności instalacji sprężonego powietrza daje możliwości eliminacji dużych strat, bowiem to medium energe-

e-w ydanie do pobrania na:

tyczne należy do najdroższych w przedsiębiorstwie. Wynikiem tej części przeprowadzonego audytu jest poprawa pracy wspomnianych urządzeń i instalacji. Często kończy się to ich modyfikacją a nawet wymianą na bardziej ekonomiczne. Na kon iec tego etapu należy mocno podkreślić, że audyt energetyczny, a ściślej jego wynik jest potrzebny dla precyzyjnego określenie niedoskonałości energetycznych w przedsiębiorstwie i wprowadzenia planu poprawy. Najważniejszym celem jest niedopuszczenie aby wprowadzana technologia CHP/QUAD pracowała na pokrycie strat i niedoskonałości w przedsiębiorstwie. Celem jest najlepsze wykorzystanie mediów z CHP/QUAD pracującą w celu dostarczenie niezbędnych form energii bezpośrednio do urządzeń przedsiębiorstwa, a nie przyczyniających się do subwencji „wycieków energetycznych”. Wprowadzenie planu poprawy wraz z inwestycjami. Powyższe zadanie polega na przedstawieniu planu poprawy, na który składają się: • zmienione i właściwe zarządzanie energetyką, • poprawa funkcjonowania urządzeń- rozwiązania systemowe, • plan inwestycyjny, posiadający: budżet, skonkretyzowany czas

realizacji i wykaz odpowiedzialnych osób za realizację wyszczególnionych zadań. W Tabeli 1 zostały przedstawione przykładowe rozwiązania techniczne wraz z potencjalnymi oszczędnościami. Obliczenie wskaźników ekonomicznych inwestycji CHP/ QUAD. Zanim podejmie się niezbędne decyzje zarządcze, kluczowym zadaniem jest obliczenie typowych wskaźników efektywności inwestycji takich jak NPV, IRR, PB [6]. Należy dodać, że inwestycje tego typu są bardzo kosztowne, okres zwrotu może sięgać nawet kilkunastu lat. Wykon a n ie i nwe st yc ji C H P/ QUAD. Ten krok jest kulminacją. Mając wszelkie założenia ekonomiczno - techniczne można przystąpić do samej inwestycji. W tym kroku ważne jest przestrzeganie reguł dobrych praktyk stosowanie się do zasad prowadzenia projektu [7], które pomogą ominąć szereg problemów i zakończyć inwestycję z sukcesem. Przeprowadzenie audytu po inwestycji. Ta część działań stanowi końcową fazę projektu. Chodzi tu o zebranie wszelkich niezbędnych danych z funkcjonującego obiektu

Rys. 3. Mapa wprowadzenia (Road Map) własnego źródła wytwarzania energii typu CHP/ QUAD w przedsiębiorstwie. Źródło: Opracowanie własne

www.apbiznes.pl

2/2011

CHP/ QUAD celem konfrontacji z założeniami wstępnymi. Jest to typowa analiza ex-poste, która ma pokazać realny wynik finansowy inwestycji. Pomimo tego, że również inwestycje tego typu są określane jako hybrydowe [8], to według autora część finansowa projektu z wszelkimi przeprowadzonymi pomocniczymi analizami stanowi

w paliwo gazowe u operatora sieci gazowniczej. CHP / QUAD produkuje media energetyczne głównie na potrzeby przedsiębiorstwa. W przypadku wystąpienia nadwyżek energii elektrycznej jest ona sprzedawana do przedsiębiorstwa obrotu energią za pośrednictwem usługodawcy świadczącego przesył tej energii. Warto też dodać,

źródłem wytwarzania energii na bazie technologii CHP/QUAD. Do nich zalicza się następujące: • Posiadanie własnego źródła wytwarzania energii w różnych formach, które są tańsze od kupowanych w tradycyjny sposób. • Eliminacja mikro przestojów w przedsiębiorstwie na skutek awarii sieci przesyłowych, co bardzo często prowadzi do powstawania znacznych start. • Zapewnienie ciągłości dostaw zwłaszcza energii elektrycznej, która może być towarem deficytowym w niedalekiej przyszłości w Polsce. • Og ra n iczen ie emisji ga zów c ie pl a r n i a nyc h , któr e daj e tech nolog ia CHP/QUAD, co ma szczególne znaczenie dla realizacji koncepcji społecznej odpowiedzialność przedsiębiorstwa. Literatura:

Rys. 4. Produkcja własnej energii oparta na technologii CHP/QUAD Źródło: Opracowanie własne.

bardzo ważną informację co do dalszych kroków operacyjnych. Mapa przedstawiona na rysunku 3 może być podstawą do dalszego prowadzenia projektu związanego z tym zagadnieniem. Na koniec warto przedstawić mikroekonomiczny, zintegrowany i kompleksowy model zarządzania energią z technologią CHP/QUAD. Schemat wraz z opisem przedstawiono na rysunku 4. G łów ny m p o d m io t e m j e s t przedsiębiorstwo zintegrowane z CHP / QUAD, które jest zaopatrywane w tym przykładzie

2/2011

że przedsiębiorstwo posiadające własne zintegrowane źródło energii w oparciu o technologię CHP/QUAD wykorzystujące gaz ziemny (paliwo niskoemisyjne) może dokonywać sprzedaży certyfikatów pochodzenia energii. Takie certyfikaty mogą stanowić dodatkowe źródło uzyskania przychodów.

Co z tego wynika? Podst awow y m i w n iosk a m i wynikającymi z badań autora i opisanymi w artykule są liczne korzyści wynikające z integracji przedsiębiorstwa z własnym zintegrowanym

[1] M. Meckler, L.B.Hyman; Sutainable On-Site CHP Systems, Design, Construction and Operations; Mc Graw Hill 2010. [2] http://energetyka.wnp.pl/tpa/ [3] http://www.pse-operator.pl/ [4] C. Beggs; Energy: Management, Supply and Conservation; Elsevier Ltd, Second edition 2009. [5] L. Maryniak, R. Domaradzki; Wprowadzenie technologii CHP/ QUA D w p r z e d s ię b i o r s t w i e produkc ji spożywczej; referat przedstawiony na konferencji naukowo-technicznej Efektywność Energetyczna. Gospodarka Mediami w Przemyśle Spożywczym, Zakopane 17-18 maja’10. [6] J. Skorek, J. Kalina; Techniczno-ekonomiczna analiza optymalizacyjna elektrociepłowni z gazowym silnikiem spalinowym; http:// www.elektroenergetyka.pl/ [7] A.B. Badiru; Step Project Management, Guide for Science, technology, and Engineering Projects; CRC Press 2009. [8] S. Kasiewicz, W. Rogowski; Inwestycje Hybrydowe- nowe ujęcie oceny efektywności; Oficyna Wydawnicza SGH, Warszawa 2009.

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Nowoczesne układy kogeneracyjne

Kogeneracja w przemyśle spożywczym Opracowanie jest kompilacją trzech artykułów, które ukazały się na łamach czasopisma AGROindustry w 2011 r.

Część II. Kryteria wyboru technologii CHP dla przedsiębiorstwa Rosnące ceny form energii w gospodarce polskiej zaczynają mieć decydujący wpływ na strategiczne decyzje przedsiębiorstw. Mając również na uwadze przestarzałe moce wytwórcze jak i przesyłowe w energetyce krajowej należy liczyć się z poważnymi wyzwaniami energetycznym dla przedsiębiorstw w nadchodzących latach. Odpowiedzią na te wyzwania staje się efektywne wytwarzanie form energii oraz dywersyfikacja ich źródeł z uwzględnieniem tych odnawialnych OZE. Strategicznym elementem polityki energetycznej kraju powinno być tworzenie rozproszonych źródeł wytwarzania energii [1], będących blisko odbiorcy końcowego. Ten fakt jest niezmiernie istotny także na płaszczyźnie całej Unii Europejskiej UE [2]. Zagad n ie n ie n ie je st nowe i stawia poważne cele dla przemysłu spożywczego, który charakteryzuje się dużą zmiennością rynkową i sezonowością. Przedsiębiorstwo produkcji spożywczej musi posiadać tanie i elastyczne moce wytwórcze mediów energetycznych. Autor jest przekonany, że właściwe wykorzystanie mediów energetycznych z zastosowaniem właściwej technologii ich produkcji [3] daje szansę bycia konkurencyjnym. Taką możliwością jest produkcja mediów energetycznych w oparciu o technologię CHP (Combined Heat and Power).

Kogeneracja- Trigeneracja Poligeneracja Zastosowanie najbardziej efektywnych technologii energetycz-

e-w ydanie do pobrania na:

nych wydaje się najbardziej celowe na początku XXI wieku, jako pierwszy krok ku racjonalizacji wykorzystana mediów energetycznych, także w przemyśle spożywczym. Takie możliwości daje kogeneracja. Główne atrybuty technologii kogeneracji [4] to: • oszczędność paliwa pierwotnego, wynikająca ze sprawności całkowitej CHP, • wytwarzanie mediów energetycznych głównie na potrzeby wła sne, c z yl i og ra n ic za n ie kosztów przesyłu energii elektrycznej, • niska emisja GHG (Greenhouse Gas), ze względu na wspomnianą efektywność procesu jak i bardzo często stosowa n ie paliwa gazowego, które dodatkowo charakteryzuje się niską emisyjnością. W przypadku kogeneracji głównymi jej produktami są energia elektryczna i cieplna. Poligeneracja to wytwarzanie więcej niż dwóch mediów energetycznych. Najprostszym przykładem poligeneracji jest

www.apbiznes.pl

trigeneracja, czyli wytwarzanie trzech mediów energetycznych: prądu elektrycznego, ciepła oraz chłodu technologicznego. W przypadku bardziej rozbudowa nej tec h nolog i i ma my prz y padek również poligeneracji, w której następuje produkcja czterech mediów energetycznych [5] takich jak energia elektryczna i cieplna, chłód technologiczny w postaci wody chłodzącej oraz dwutlenek węgla. Taką tech nologie nazywamy CHP/QUAD. Prekursorem zastosowania tej technologii jest Coca Cola Hellenic [6] ze względu na duże możliwości wykorzystania dwutlenku węgla CO2 w procesach produkcji napojów bezalkoholowych typu SSD (Sparkling Soft Drinks). Dwutlenek węgla będącym produktem procesu spalania jest uzdatniany w procesach absorpcji i desorpcji. Spełniający wymagania spożywcze dwutlenek węgla może być wykorzystywany do produkcji napojów gazowanych, bądź innego zastosowania produkcyjnego. Należy nadmienić, że odzyskiwany CO2 z procesów spalania szczególne

2/2011

Nowoczesne układy kogeneracyjne Użyte skróty:

z technologii „wielkiej chemii”, jest powszechnie wykorzystywany do dalszej produkcji spożywczej na całym świecie.

CAbC Absorpction based Chiller Chłodnictwo Wybór technologii absorpcyjne. Podstawowymi jednostkami CHP napędowymi PM ( Prime Movers) and Heat Combined w układach kogeneracyjnych są: Power Gospodarka skojarzona, produkcja turbiny gazowe, silniki tłokowe, energii elektrycznej turbiny parowe, turbiny gazowa i cieplnej razem. w układzie kombinowanym, ale Zwana kogeneracją. również mniej znane szczególnie CHP/QUAD w Eu ropie og n iwa pa l iwowe. Gospodarka Rysunek 1 przedstawia komplekskojarzona sowe ujęcie dostępnych technologii polegająca na Rys. 1. Wybór dostępnych technologii CHP/QUAD wraz ze stosowanymi paliwami CHP/QUAD z możliwościami zai generowanymi mediami wytwarzanie stosowaniem paliw i technologii Źródło: Opracowanie własne czterech mediów generacji mediów. takich jak prąd, para i woda gorąca, W prz emyśle sp oż y wc z y m powinna być tak zbilansowana, Dla produkcji spożywczej najlodowa oraz CO2. efektywne wykorzystanie mediów żeby energia cieplna w postaci pary bardziej właściwe wydają się być CO2 energetycznych powinno być cetechnologicznej oraz wody gorącej technologie kogeneracji oparte na: Dwutlenek węgla. lem nadrzędnym. Ze względu na była wiodącą formą energii. Jeżeli turbinie gazowej, silniku tłokowych CSR uwarunkowania technologiczne w bilansie energetycznym przed- czy turbinie parowej. W produkcji Corporate Social w kogeneracji zawsze produkcji siębiorstwa wystąpią nadwyżki tej napojów bezalkoholowych najResponsobility energii elektrycznej towarzyszy formy - powinny być zamienione na bardziej zasadne jest stosowanie Odpowiedzialność strumień energii cieplnej, który chłód technologiczny przy zastoso- kogeneracji w oparciu o silnik Społeczna trzeba w pełni wykorzystać. waniu chłodnictwa absorpcyjnego tłokowy. Ten typ kogeneracji ma Przedsiębiorstawa Z nadwyżkami energii elekAbC (Absorption based Chiller) [7]. jeszcze jedną ważną zaletę. A miaGHG trycznej nie powinno być proChłód technologiczny w postaci nowicie może być rozbudowywany Greenhouse Gas blemów, można je przesłać do wody lodowej jest powszechnie sto- o następne moduły generacyjne GC gazy cieplarniane, sieci energetycznej. Kogeneracja sowany w przemyśle spożywczym. w zależności od potrzeb. Decydugaz powodujący efekt Cieplarniany. Sprawność Sprawność Zakres mocy MW, kW całkowita elektryczna Współczynnik całkowitej Typ urządzenia Nośnik ciepła Paliwo Mega-waty jednostka el,CHP c,CHP skojarzenia η η σ [kW] mocy x103kW. [%] [%] gaz ziemny, biogaz, gaz z PM para, gorąca Turbiny gazowe wyrobisk kopalnianych, gaz od 0,4 do 0,8 od 500 do 250 000 od 15 do 40 od 65 do 85 Prime Mover woda węglowy (zgazowanie węgla). Jednostka napędowa. gaz ziemny, biogaz, gaz z para o niskich RES wyrobisk kopalnianych, olej parametrach, od 0,5 do 1,0 od 5 do 6 500 od 25 do 40 od 70 do 90 Silniki tłokowe Energy Renewable napędowy (dla silników typu gorąca woda Diesla) Sources para, gorąca OZE Turbiny parowe od 0,1 do 0,33 dowolne od 50 do 250 000 0d 7 do 20 od 75 do 84 woda odnawialne źródła Turbiny gazowe w para o średnich energii. układzie kombinowanym jak dla turbiny gazowej. parametrach, do 1,45 > 7 300 od 35 do 55 od 73 do 85 gorąca woda (CCGT) SSD para o średnich Sparkling Soft Drinks wodór, gaz ziemny, propan, parametrach, Ogniwa paliwowe od 5 do 2 000 od 30 do 63 od 55 do 80 od 1 do 2 Napoje gazowane. metanol gorąca woda UE Tab. 1. Opis technicznych cech poszczególnych technologii kogeneracji Unia Europejska. Źródło: Opracowanie własne na podstawie: [8], [9]

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Przykładowy wykres rocznej zmienności zapotrzebowania cieplnego

Moc [MW]

10 8 6 4 2 0 1

Czas [miesiące]

Uporządkowany wykres rocznego zapotrzebowania cieplnego

Moc [MW]

10 8 6 4

Jednostka CHP pracująca w sposób ciągły

technologii wytwarzania mediów energetycznych zamieniane jest na gaz. Dotyczy to przedsiębiorstw produkcji spożywczej a szczególnie produkcji napojów. Paliwo gazowe ma zaletę niskiej emisyjności GHG [10]. Dodatkowo dla kogeneracji w oparciu o silniki tłokowe paliwo to jest szczególnie wygodne ze względów logistycznych, przesył rurociągami. Pomimo ist niejących zagrożeń dostaw tego paliwa z kierunku rosyjskiego otwierają się teraz szanse dywersyfikacji dostaw z innych kierunków. Wielką nadzieją może być gaz łupkowy [11], który może w przyszłości dać dużą szansę rozwoju kogeneracji w oparciu o paliwo gazowe w Polsce. Tabela 2 porównuje różne paliwa stosowane w CHP ze wskazanie paliwa gazowego dla kogeneracji.

0 1

Czas [miesiące]

Rys. 2. Źródło: Opracowanie własne na podstawie: [8] jące są również parametry wytwarzanych mediów energetycznych jak para o niskich parametrach oraz gorąca woda, będące kluczowymi mediami w produkcji napojów aseptycznych. Szczególne znaczenie mają wartości takie jak: zakres mocy, stosowane paliwo, sprawności oraz współczynnik skojarzenia. Tabela 1 pokazuje porównanie technologii i wybór tej najbardziej celowej – zaznaczonej na kolor zielony. Dobór mocy zastosowanej kogeneracji wiąże się z zebraniem danych historycznych zużyć energii elektrycznej oraz cieplnej na przestrzeni ustalonego czasu. Następnie powinno nastąpić uporządkowanie poszczególnych zapotrzebowań mocy i określenie zakresu mocy,

e-w ydanie do pobrania na:

kiedy układ kogeneracji będzie pracował w sposób ciągły. Mają ten zakres mocy możemy określić wielkości kogeneracji. Rysunek 2 przedstawia schematycznie dobór mocy jednostki CHP. Mając dane rocznego rozkładu mocy cieplnej jest możliwe przedstawienie uporządkowanego wykresu rozkładu tych mocy od największej do najmniejszej. Następnie zostaje określony zakres, w którym kogeneracja ma szansę pracować w sposób ciągły.

Wybór paliwa Najczęściej stosowanym paliwem w Polsce zarówno w energetyce zawodowej jak i ciepłownictwie jest węgiel kamienny i brunatny. Jednak często paliwo wraz ze zmianą

www.apbiznes.pl

Warto zapamietać W celu dokonania właściwego wyboru kogeneracji dla przedsiębiorstwa produkcji spożywczej należy porównać możliwości ekonomiczno-techniczne tych technologii. Porównując nakłady inwestycyjne oraz późniejsze utrzymanie takiej instalacji można wnioskować, że jest to inwestycja o spłacie nie w ciągu kilku lat, raczej powyżej trzech lat. W tym momencie przedsiębiorstwo musi dokonać niezbędnych obliczeń finansow ych i podjąć dec yzję. Czynniki techniczne w przypadku średniej wielkości przedsiębiorstwa produkcji spożywczej skłaniają do wyboru technologii opartej na silniku tłokowym opalanym paliwem gazowym. Czynniki taki jak sprawność całkowita, sprawność elektryczna jak i współczynnik skojarzenia decydują o zastosowaniu układu, którego jednostką napędową jest silnik tłokowy opalany gazem. Ważne są również

2/2011

Użyte oznaczenia greckie: ηc,CHP Sprawność całkowita CHP – stosunek całkowitej energii generowanej przez układ do energii pierwotnej dostarczonej do układu. ηel,CHP Sprawność elektryczna CHP- stosunek generowanej energii elektrycznej generowanej przez układ do energii pierwotnej dostarczonej do układu. σ Współczynnik skojarzenia – stosunek mocy elektrycznej do mocy cieplnej, dla obu wartości wytworzonych w skojarzeniu.

Rodzaj paliwa

Za:

Przeciw:

Paliwa odnawialne Paliwa gazowe, płynne, stałe, energia słoneczna.

1. Odnawialne. 2. Brak emisji GHG w bilansie Ziemi.

1. Droga technologia pozyskiwania energii z tego rodzaju paliw.

1. Obecnie stosunkowo niska cena. 2. Powszechna dostępność.

1. Logistyka dostaw (transport i składowanie). 2. Wysoka emisja GHG, związków promieniotwórczych, pyłów. 3. Zagospodarowanie popiołów po spaleniu. 4. Duże opłaty za emisje.

1. Powszechna dostępność.

1. Logistyka dostaw (transport i składowanie). 2. Podgrzewanie w celu transportu pompowego. 3. Potencjalne zagrożenie dostaw- pochodzą z niestabilnych politycznie rejonów świata.

Węgiel

Węgiel kamienny i brunatny.

Paliwa ropopochodne Oleje opałowe ciężkie i lekkie, benzyny. Paliwa gazowe Gaz ziemny, gaz z wyrobisk kopalnianych.

1. Łatwa logistyka przesyłowa (gazociąg). 2. Niska emisja GHG i innych związków.

1. Zagrożenie dostaw z kierunku rosyjskiego.

Gazy H2 , O 2 dla ogniw paliwowych.

1. Niska emisja GHG i innych związków.

1. Kosztowna technologia wytwarzania.

Paliwo jądrowe.

1. Brak emisji GHG i innych związków.

1. Niechęć społeczna ze względu na odpady

Inne

Tab. 2. Porównanie różnego rodzaju paliwa stosowanego w CHP ze wskazaniem paliwa gazowego dla kogeneracji. Źródło: Opracowanie własne parametry mediów energetycznych produkowane przez układ, chodzi tu głównie o parametry energii cieplnej. Dodatkowo w nioskami w ynikającymi z badań autora nad technologią kogeneracji są liczne korzyści wynikające z integrac ji przedsiębiorstwa produkc ji spożywczej z własnym źródłem w yt warza n ia energ ii na bazie technologii CHP/QUAD. Do nich zalicza się następujące: Posiadanie własnego źródła wytwarzania energii w różnych formach, które są tańsze od kupowanych w tradycyjny sposób. Zapewnienie ciągłości dostaw zwłaszcza energii elektrycznej, k t ó r a m o ż e b yć w p e w n yc h okresach towarem deficytowym w niedalekiej przyszłości w Polsce. Og ra n iczen ie emisji ga zów cieplarnianych, które daje technologia CHP/QUAD, co ma szczególne znaczenie dla realizacji koncepcji

2/2011

sp o łe c z ne j o dp ow ied z ia l ność przedsiębiorstwa CSR (Corporate Social Responsobility). Przy odpowiedniej konfiguracji CHP możliwości eliminacji mikro przestojów w przedsiębiorstwie na skutek awarii sieci przesyłowych, co bardzo często prowadzi do powstawania znacznych start. Zaletą kogeneracji jest również budowanie energet yki rozproszonej, co będzie miało poważne znaczen ie gospodarcze w XXI wieku w Polsce.

Literatura:

[1] Popczyk J., Energetyka Rozproszona, Instytut na rzecz Ekorozwoju, Warszawa 2010. [2] M. Pehnet, M. Cames, C. Fischer, B. Praetorius, L. Schneider, K. Schumacher, J-P. Voss, Micro Cogeneration Towards Decent ra l i zed Energ y Systems, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006. [3] Maryniak L., Domaradzki R., Wprowadzenie technologii CHP w Przedsiębiorstwie Produkcji Spożywczej, BMP Agro-Przemysł, 2/2010, http:// www.agro.e-bmp.pl.

[4] Maryniak L., Kogeneracja w przedsiębiorstwie 3x40%, Agro-Industry 2/2001. [5] Maryniak L., Model zarządzania mediami energetycznymi w przedsiębiorstwie zintegrowany z technologią CHP/QUAD, Agro-Industry 1/2011. [6] Domaradzki R., Quad-generacja – spowoduje wzrost spraw nośc i wytwarzania mediów oraz obniżenie emisji CO2 w zakładzie Coca-Coli w Radzyminie, http://e-bmp.pl/File/ bmp_4bf38a00ba556.pdf, z dnia 22 lipca 2011. [7] Rafferty K.D., Absorption Refigeretion, http://geoheat.oit.edu/pdf/tp51. pdf, z dnia 22 lipca 2011. [8] Skorek J., Kalina J., Gazowe Układy Kogeneracyjne, WNT, Warszawa 2005. [9] U. S. Env i ron ment a l Protec t ion Agency Combined Heat and Power Partnership., Catalog of CHP Technologies, December 2008. http:// www.epa.gov/chp/documents/catalog_chptech_full.pdf [10] http://www.swietochlowice.pl/ pliki/ekologia/miniaudyt_z dnia 22 lipca 2011. [11] Gaz łupkowy, http://www.orlen.pl/PL/ CENTRUMPRASOWE/gaz_lupkowy _www.pdf, z dnia 22 lipca 2011.

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Nowoczesne układy kogeneracyjne

Kogeneracja w przemyśle spożywczym Opracowanie jest kompilacją trzech artykułów, które ukazały się na łamach czasopisma AGROindustry w 2011 r.

Część III. Kogeneracja w przedsiębiorstwie 3x40% Konkurencja na rynku skłania przedsiębiorstwa do szukania niestandardowych rozwiązań w celu pozyskiwania energii. Jednym z takich rozwiązań jest produkcja własnych mediów energetycznych w oparciu o technologię kogeneneracji zwaną też CHP (Combined Heat and Power).

Technologia ta pozwala produkować jednocześnie energię elektryczną i cieplną [1]. Zastosowanie kogeneracji w przedsiębiorstwie daje możliwości uzyskania znacznych oszczędności co przedstawia się w niniejszym artykule.

Energetyka – ochrona środowiska, wyzwania dla przedsiębiorstwa Działalność gospodarcza przedsiębiorstwa jest ściśle związana z uwarunkowaniami lokalnymi dotyczącymi energetyki oraz ochrony środowiska. Warunki lokalne wynikają w dużej mierze z uwarunkowań międzynarodowych. Przestrzeganie umów międzynarodowych dotyczących ochrony klimatu a w tym redukcji emisji gazów cieplarnianych GHG (Greenhouse Gas) ujętych w szczególności w protokole z Kioto [2], jest ważnym wyzwaniem dla polityki krajowej. Oprócz zobowiązań wynikających z protokołu z Kioto, polska polityka energet yczna musi dot rzy mać zobowiązań realizacji programu UE, na zwa nego „ prog ra mem 3x 20%”[3].

e-w ydanie do pobrania na:

Najważniejszymi celami sformułowanymi w tym programie do 2020 r są: • zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych o 20% w stosunku do bazowego roku 1990r, • zmniejszenie zużycia energii o 20%, w porównaniu z prognozami (zużycia energii) dla UE na 2020r, • zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii OZE do 20% całkowitego zużycia energii w UE oraz zwiększenie udziału biopaliw w paliwach transportowych do 10%. Powyższe zobowiązania dotyczą każdego przedsiębiorstwa. W zależności od profilu działalności gospodarczej mają różny wpływ na jego przyszłe szanse i zagrożenia energetyczne. Dlatego zagadnienia energetyki w przedsiębiorstwie na leży t ra ktować co najm n ie j w dwóch aspektach: • po pierwsze, przedsiębiorstwo zwraca szczególna uwagę na szeroko pojęte koszty związane z w ykorz ysta n iem mediów energetycznych,

www.apbiznes.pl

• po drugie, przedsiębiorstwo zaczyna zwracać uwagę na aspekt społecznej odpowiedzialności CSR (Corporate Social Responsobility), czyli również ochronę środowiska, która jest ściśle związana z produkcją mediów energetycznych. Koszty produkcji są jednym z priorytetów dla przedsiębiorstwa. Wizerunek przedsiębiorstwa jest również ważny, a szczególnie ta jego część, która dotyczy ochrony środowiska naturalnego. Łącząc te dwa aspekty możemy zaprezentować rozwiązanie hybrydowe [4]. Prezentując jednocześnie dbałość o koszty i bycie przyjaznym dla środowiska nasuwa się wniosek, że ta część planu operacyjnego w przedsiębiorstwie ma szansę okazania się jego sukcesem. Wprowadzając własne źródło produkcji mediów energetycznych w oparciu o technologię kogeneracji, przedsiębiorstwo ma szansę uzyskania oszczędności na poziomie 3x40% [5]. Na te istotne oszczędności składają się: • oszczędność energii pierwotnej, czyli paliw,

2/2011

Nowoczesne układy kogeneracyjne • możliwości oszczędzania na przesyle energii elektrycznej, • ograniczenie emisji CO2.

Rachunek oszczędności nowego modelu zarządzania mediami energetycznymi w przedsiębiorstwie Przedstawiona poniżej kalkulacja oszczędności obejmuje trzy składniki: oszczędność energii pierwotnej, oszczędności uzyskana na przesyle energii elektrycznej i oszczędność wynikająca z ograniczenia emisji CO2. Kogeneracja- oszczędność energii pierwotnej -1x40% Porównując tradycyjny model energetyki w przedsiębiorstwie z modelem nowoczesnym opartym o technologię CHP i zintegrowanym z przedsiębiorstwem [4] można łatwo obliczyć, że oszczędność e n e r g i i pie r wo t n e j - z awa r t e j w paliwie są niespełna 40%. W tradycyjnym modelu, przedsiębiorstwo kupuje energię elektryczną na wolnym rynku stosując zasady TPA (Third Party Access) lub od operatora lokalnego. Energia elektryczna kupowana w ten sposób jest produkowana w elektrowniach zawodowych. Sprawności takich elektrowni są na poziomie 36%. Wykorzyst ywana w procesach produkcyjnych lub do ogrzewania

Rys. 1. Bilans porównawczy produkcji energii elektrycznej i cieplnej w tradycyjnym i kogeneracyjnym modelu energetycznym. Źródło: Opracowanie własne.

energia cieplna jest wytwarzana w kotłowni przedsiębiorstwa. Sprawność takich kotłowni określa się na poziomie 80%, przy podejściu konserwatywnym. Taki model uzyskiwania nośników energetycznych w przedsiębiorstwie nazywa się w literaturze gospodarką rozdzielonej produkcji ciepła i energii elektrycznej SHP (Separate Heat and Power). W nowoczesnym modelu zarządzania energią przedsiębiorstwo

energii potrzebuje 161 jednostek energii pierwotnej. Porównując tradycyjny model energetyki w przedsiębiorstwie z modelem nowoczesnym CHP zintegrowanym z przedsiębiorstwem [6] można łatwo obliczyć, że oszczędność energii pierwotnej zawartej w paliwie wynosi niespełna 40%. Rysunek 1. ilustruje powyższy bilans.

posiada, bądź współpracuje z dostawcą energii, który produkuje energię elektryczną i cieplną w skojarzeniu- używając kogeneracji (CHP). Sprawność całkowita takiego układu jest na poziomie 80%. Mając te dwa modele i jednocześnie bazując na: • p ow y ż s z yc h i n f o r m a c j a c h o sprawnościach układów, • oraz sprowadzając oba modele do tego samego poziomu produkcji energii elektrycznej i cieplnej, jak na Rysunku.1., czyli produkcji 40 jednostek energii elektrycznej i 40 jednostek energii cieplnej można dokonać szacunkowej efektywności tych modeli.

Możliwości oszczędzania na przesyle energii elektrycznej 1x40% Na podstawie analiz autora dotyczącej struktury opłat za energię elektryczną można wnioskować, że opłaty przesyłowe w modelu zakupu energii w oparciu o zasadę TPA stanowią około 40% kosztów całkowitych. Należy nadmienić, że koszty energii elektrycznej przedstawione na Rysunku 2. zawierają również inne koszty jak: podatek VAT, akcyzę, marżę oraz podatki i opłaty lokalne. Wartość 40% przesyłu w całkowitej opłacie za energię elektrycznej potwierdza się również na podstawie informacji ze źródeł innych [7], gdzie obliczona struktura opłat na rachunkach odbiorców taryfowych przedstawia się: • 43% opłata przesyłowa, • 32% cena za energię elektryczną, • 25% podatki i inne opłaty.

Model kogeneracji potrzebuje do wyprodukowania obu tych energii 100 jednostek paliwa pierwotnego, generując straty na poziomie 20 jednostek. Natomiast model tradycyjny do produkcji tej samej ilości obu

Strata 71

Strata 20 Paliwo 100

E. elektryczna 40 40

Elektrownia zawodowa

E. cieplna 40

Kotłownia

Kogeneracja

Strata 10

Oszczędność energii pierwotnej = (161-100)/161 = 38%

2/2011

Paliwo 111

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Paliwo 50

Na podstawie powyższych analiz można wnioskować, że posiadając własne źródło produkcji energii w oparciu o technologię kogeneracji zintegrowaną z przedsiębiorstwem można zaoszczędzać na przesyle energii elektrycznej około 40% kosztów związanych z zakupem energii elektrycznej dla przedsiębiorstwa. W wymiarze finansowym jest to kwota oszczędności, którą nie można bagatelizować, bo znacząco wpływa na wyniki finansowo – ekonomiczne przedsiębiorstwa. Ograniczenie emisji CO2 - 1x40%

Jak wspomniano, nierozerwalnym zagadnieniem związanym z działalnością przedsiębiorstwa jest ochrona środowiska. Stosują technologię CHP – kogenerację opartą na gazie ziemnym możemy ograniczyć emisję CO2 o około 40%. Założenie ograniczenie emisji CO2 ale też i innych GHG bazuje na zastosowaniu gazu ziemnego do napędu układu kogeneracji. W dotychczasowym model zakupu energii elektrycznej, korzystając z danych [8] wnioskujemy że: • dla kogeneracji zasilanej gazem ziemnym uzyskuje się emisję na poziomie 576 kg CO2 / MWh,

• dla elektrowni węglowych, czyli energii elektrycznej zakupione wskaźnik ten wynosi 990 kg CO2 / MWh, • wykorzystując powyższe dane, można obliczyć redukcję emisja CO 2 przy zastosowaniu gazu ziemnego o 40% w stosunku do zastosowania węgla licząc na MWh energii elektrycznej.

Warto zapamiętać Kryteria unijne narzucają krajom członkowskich spełnienie pakietu 3x20% opisanego wyżej. Spełnienie tego jakże ważnego wymogu dla kraju jest szczególne istotne w dobie drożejących nośników energii oraz zmian klimatycznych. Autor uznaje, że decydujące szanse rozwiązania problemów energetycznych i ochrony środowiska rozstrzygną się na poziomie działalności przedsiębiorstwa. Przedsiębiorstwo stosując własne źródła produkcji energii w oparciu o technologię kogeneracji napędzanej gazem ziemnym może zrealizować ambitny pakiet zadań wyrażony w postaci 3x40% czyli: • ograniczenie zużycia energii pierwotnej o 40% w stosunku do tradycyjnego modelu energetycznego w przedsiębiorstwie

Procentowe udziały kosztów energii elektrycznej i jej przesyłu w latach 2005-2009 39%

61% Przesył P

Energia elektryczna EE

Rys. 2. Źródło: Opracowanie własne

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

gospodarki rozdzielonej produkcji ciepła i energii elektrycznej SHP (Separate Heat and Power), • możliwośc i zaoszczędzen ia kosztów o 40%, związanych z przesyłem energii elektrycznej, • oraz ograniczenie emisji CO 2 o 40% – w ykorzyst ując gaz ziemny do napędu kogeneracji, a nie węgiel jak to ma miejsce w energetyce zawodowej. Przedstawione pow yżej możliwości wydają się być atrakcyjne i warte rozważanie w celu praktycznego ich wykorzystania w przedsiębiorstwie. Literatura:

[1] Meck ler M., L.B.Hy ma n L.B., Sutainable On-Site CHP Systems, Design, Construction and Operations; Mc Graw Hill 2010. [2] Kyoto Protocol to t he Un ited Nations Framework Convention on Climate Change, United Nations 1998. [3] Łucki Z., Misiak W., Energetyka a społeczeństwo- Aspekty socjologiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010., str 25. [4] Kasiewicz S., W. Rogowski W., Inwest yc je Hybrydowe- nowe ujęcie oceny efektywności; Oficyna Wydaw n icza SGH, Warszawa 2009. [5] Mar y n iak L., Wpł yw Modelu Zarządzania Mediami Energetycznymi na Wybór Technologii CHP w Przedsiębiorstwie., Konferencja: Zarządzanie Mediami w Przemyśle Spożywczym Energ ia-Woda-Środow i sko., 27-28 stycznia 2011r, Włocławek. [6] Maryniak L., Model zarządzania mediami energetycznymi w przedsiębiorstwie zintegrowany z technologią CHP/QUAD, Agro-Industry 1/2011. [7] Kulesa M., Możliwe wariant y i aspekty ograniczenia kosztów z a k upu e nerg i i elekt r yc z ne j i gazu. Konsekwencje dla przedsiębiorstw., Konferencja Zakupy. Optymalizacja działań w trudnych czasach., 18-19-20 marca 2009r, Warszawa. [8] Skorek J., Kalina J., Gazowe Układy Kogeneracyjne, WNT Warszawa 2005., str 58.

2/2011

Użyte skróty: CHP Combined Heat and Power Gospodarka skojarzona, produkcja energii elektrycznej i cieplnej razem. Zwana kogeneracją. CO2 Dwutlenek węgla. CSR Corporate Social Responsobility Odpowiedzialność Społeczna Przedsiębiorstawa GHG Greenhouse Gas GC gazy cieplarniane, gaz powodujący efekt cieplarniany. MWh Mega-wato-godzina jednostka energii x106Wh. RES Renewable Energy Sources OZE odnawialne źródła energii. SHP Separate Heat and Power Gospodarka rozdzielona produkcji ciepła i energii elektrycznej. TPA Third Party Access, Zakup energii na wolnym rynku od strony trzeciej.

Nowoczesne układy kogeneracyjne

Kogeneracja w rzeczywistości – modele obliczeniowe

Piesik Wojciech LSK A ENER-G PO Sp. z o.o.

Kogeneracja jest jedną z wielu koncepcji dla technologii przetwarzania energii pierwotnej zawartej w paliwie. Dla każdego układu kogeneracyjnego sprawność przetwarzania energii wyraża się liczbowo jako stosunek uzyskanej energii użytecznej (najczęściej energii elektrycznej i cieplnej) do energetycznego wkładu w paliwie. Współczesne jednostki kogeneracyjne wykorzystujące agregaty prądotwórcze z tłokowymi silnikami spalinowymi z pełnym odzyskiem ciepła na poziomie użytecznym osiągają sprawności ok. 90%. W porównaniu do układów rozdzielonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej, jednostki kogeneracy jne wykorzyst ujące paliwa gazowe przynoszą szereg korzyści w różnych wymiarach. Dla każdego z użytkowników nośników energii najważniejszą korzyścią płynącą z zastosowania technologii kogeneracyjnej są realne oszczędności finansowe w wydat-

kach na energię. Prawidłowo dobrana w procesie analizy energetyczno-ekonomicznej jednostka kogeneracyjna jest w stanie zaoszczędzić nawet do 50% kosztów energetycznych w skali roku. Do dokładniejszego oszacowania korzyści płynących z zastosowania kogeneracji służą narzędzia obliczeniowe z określonymi algorytmami kalkulacji. Jednak etapem

poprzedzającym określenie korzyści ekonomicznych jest prawidłowy dobór jednostki kogeneracyjnej zgodnie z kryteriami energetycznymi. Dobór ułatwiają założenia dotyczące przewidywanego trybu pracy jednostki kogeneracyjnej. Do głównych założeń zalicza się: 1. Praca jednostki kogeneracyjnej wg profilu zapotrzebowania n a energię elektr yczną – tr yb

MTU – AE 12V 4000 L61

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

pracy możliwy do zrealizowania w obiektach o stałym zapotrzebowaniu na energię elektryczną przy niedużych zmianach w czasie i wartości mocy obciążenia generatora (zwykle w zakresie od 40% do 100% mocy nominalnej). Należy pamiętać, że proces modulacji obciążenia generatora wpływa wprostproporcjonalnie na obciążenie mechaniczne silnika napędowego

e-w ydanie do pobrania na:

przez co ilość dostępnego z odzysku ciepła jest zmienna. Do obliczeń należy również przyjąć zmienną ilość zużytego przez silnik paliwa. Zaletą takiego trybu pracy przy założeniu, że moc generatora pokrywa również szczytowe zapotrzebowanie obiektu na energię elektryczną jest uniezależnienie od sieci elektroenergetycznej oraz wysoka oszczędność w w ydatkach energet ycznych,

www.apbiznes.pl

ponieważ koszt energii elektrycznej pobieranej z sieci jest wiodący we wszystkich wydatkach na nośniki energii. 2. Praca jednostki kogeneracyjnej wg profilu zapotrzebowania na energię cieplną – tryb pracy najbardziej korzystny w przypadku obiektów o stałym zapotrzebowaniu na energię cieplną. Obiekty o takim profilu cieplnym to najczęściej produkcyjne zakłady przemysłowe. Dużym ograniczeniem dla efektywnego wykorzystania energii cieplnej dostępnej z jednostki kogeneracyjnej jest konieczność zastosowania pary wodnej jako nośnika ciepła (tylko 50% całkowitej energii cieplnej generowanej przez jednostkę kogeneracyjną). Całość ciepła (odzyskanego z płaszcza chłodzącego silnika oraz gazów wydechowych) w postaci gorącej wody nadaje się do wykorzystania w instalacjach ciepłowniczych do celów grzewczych. Jednak poważnym ograniczeniem dla takiego trybu pracy jest brak możliwości wykorzystania ciepła latem, ponieważ profil cieplny w t y m ok resie w y ra żony jest w ma ł yc h mo c ac h c iepl nyc h. Zaletą trybu pracy wg profilu cieplnego jest wysoka wartość ogólnej sprawności energetycznej co bezpośrednio wpływa na ilość uzyskanych świadectw pochodzenia energii elektrycznej wytworzonej w kogeneracji, lecz mniejsza ilość godzin pracy w roku i praca z częściowym obciążeniem jednostki kogeneracyjnej sprawiają, że ogólna ilość wyprodukowanej energii elektrycznej w źródle kogeneracyjnym nie jest wysoka. 3. Praca jednostki kogeneracyjnej z ograniczeniem mocą przyłącza gazowego – tryb pracy rozpatrywany w przypadku modernizacji ciepłowni gazowej polegającej na zastosowaniu jednostki koge-

2/2011

neracy jnej jako podstawowego źródła energii cieplnej. Zaletą takiego rozwiązania jest zwiększenie zysków ciepłowni dzięki sprzedaży wyprodukowanej energii elektrycznej dostarczonej do sieci elektroenergetycznej oraz dzięki sprzedaży praw majątkowych ze świadectw pochodzenia energii elektrycznej z kogeneracji. Założenia do kalkulacji opłacalności zastosowania kogeneracji mogą być inne niż przedstawione i są one uzależnione od charakterystyki zapotrzebowania na nośniki energii wy nikającej z różnych procesów lub w yt ycznyc h ic h użycia. Poniżej kilka przykładów zastosowania kogeneracji w różnych obiektach: Produkcja ciepła: ciepłownia – całość energii cieplnej na potrzeby własne (produkcja ciepła na potrzeby sieci ciepłowniczej), energia elektryczna sprzedawana przedsiębiorstwu obrotu energią elektryczną i dostarczana do sieci elektroenergetycznej. Produkcja spożywcza: mleczarnia – całość energii elektrycznej na potrzeby własne, energia cieplna w

2/2011

postaci pary wodnej do procesów technologocznych (mały zwrot kondensatu), energia cieplna w postaci gorącej wody do przygotowania uzupełnienia wody kotłowej. Produkc ja roślin na: Szklarnia - całość energii cieplnej na potrzeby własne, energia elektryczna sprzedawana przedsiębiorstwu obrotu energią elektryczną i dostarczana do sieci elektroenergetycznej lub zużywana w procesie doświetlania roślin, dwutlenek węgla z oczyszczonych spali n wprowadzany do szklarni jako składnik odżywczy dla roślin. Obiekt o całorocznym zapotrzebowniu na energię: biurowce, hotele, szpitale, itp. – całość energii elektrycznej na potrzeby własne, energia cieplna na potrzeby własne: w okresie grzewczym do ogrzewania, w okresie letnim jako energia napędowa dla absorpcyjnego agregatu chłodniczego produkującego wodę lodową wykorzystywaną w instalacji klimatyzacyjnej. W procesie analizy energetycznej zastosowania kogeneracji należy dokładnie określić schemat przepływu energii, parametry jej

nośników (np. napięcie dla energii elektrycznej, temperatury dla nośników ciepła) oraz technologiczne możliwości połączenia systemów energetycznych. Jednostka kogeneracyjna wymaga odpowiedniego miejsca do jej zainstalowania spełniającego podstawowe kryteria: dostęp do paliwa gazowego, możliwość podłączenia generatora do rozdzielni obiektowej na odpowiednim poziomie napięciowym lub do właściwego punktu sieci elektroenergetycznej, możliwość podłączenia źródła ciepła w jednostce kogenerac y jnej (system pełnego lub częściowego odzysku energii cieplnej w gorącej wodzie, wytwornica pary) do odpowiednich instalacji obiektu, możliwość dostarczenia oczyszczonego dwutlenku węgla do obiektu jak najkrótszą drogą oraz wiele innych aspektów technologicznych specyficznych dla rozwiązań indywidualnych. Proces analizy ekonomicznej zastosowania kogeneracji wymaga określenia wszystkich nośników energii, które będą brane pod uwagę w procesie kalkulacji. W procesie przygotowania do kalkulacji należy zebrać wszystkie informacje dotyczące nośników energii w zakresie ich ilości oraz cen jednostkowych stosowanych w algorytmach obliczania kosztów energetycznych. Niezbędne dane do analizy ekonomicznej jak również energetycznej zbierane są w trakcie audytu przeprowadzonego w trakcie wizytacji obiektu rozpatrywanego jako potencjalnie korzystny pod względem zastosowania kogeneracji. W procesie analizy ekonomicznej należy określić najdokładniej jak to możliwe koszty energetyczne w sytuacji bieżącej, czyli bez kogeneracji. Suma kosztów użycia energii elektrycznej i cieplnej stanowi podstawę porównawczą

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Nowoczesne układy kogeneracyjne do kosztów, które pojawiają się w sytuacji zastosowania kogeneracji. Drugą częścią analizy e konom ic z ne j j e st ok r e śle n ie w symulacji zastosowania kogenerac ji kosztów w y n ikając yc h z konieczności uzupełnienia nośników energii ze źródeł zewnętrznych. Ilości energii do uzupełnienia to różnica pomiędzy ilością energii zapot rzebowa nej przez obiekt a ilością energii możliwej do uzyskania z jednostki kogeneracyjnej. W ka l ku lac ji kosztów energ i i uzupeł niającej uwzględnia się wszystkie koszty stałe utrzymania przyłączy zewnętrznych źródeł nośników energii (najczęściej dotyczy to mocy zamówionej z sieci elektroenergetycznej i cieplnej). Część trzecią analizy ekonomicznej stanowi kalkulacja kosztów i przychodów związanych z pracą i eksploatacją jednostki kogeneracyjnej. Zwykle koszty te to obciążenia z tytułu zakupu paliwa oraz utrzymania technicznego (przeglądy, naprawy, materiały eksploatacyjne). Z produkcją energii elektrycznej wiążą się również obciążenia w postaci akcyzy nawet w przy-

e-w ydanie do pobrania na:

padku wykorzystania jej do potrzeb własnych. W sytuacji kiedy producent energii elektrycznej w kogeneracji sprzedaje ją użytkow n i kow i końcowemu to do kosztów należy doliczyć koszt opłat zastępczych lub zakupu praw majątkowych świadectw pochodzenia energii z różnych źródeł (tzw. „kolory”). W tej części analizy należy uwzględnić wszystkie możliwe do uzyskania przychody, do których zalicza się: certyfikaty kogeneracyjne, przychody ze sprzedaży nadmiaru energii elektrycznej do sieci elektroenergetycznej, przychody ze sprzedaży nadmiaru energii cieplnej do sieci ciepłowniczej. Wynikiem analizy ekonomicznej dla prawidłowo dobranej jednostki kogeneracyjnej w sytuacji wykorzystania nośników energii przez nią dostarczanych jest oszczędność w wydatkach energetycznych w skali rozpatrywanego okresu, najczęściej jednego roku. Oszczędność jest wynikiem działania arytmetycznego polegającego na obliczeniu różnicy z kwot wydatków energetycznych w sytuacji bez kogeneracji i kwot wydatków energetycznych w sy-

www.apbiznes.pl

tuacji z kogeneracją, przy czym sytuacja określona jako z kogeneracją obejmuje sumę kosztów uzupełnienia nośników energii ze źródeł zewnętrznych oraz kosztów związanych z pracą i eksploatacją jednostki kogeneracyjnej. Należy zwrócić uwagę, że wynik analizy ekonomicznej zależy przede wsz yst k i m od zastosowa nyc h w kalkulacji cen jednostkowych dla nośników energii. W symulacji zastosowania kogeneracji ważny jest wynik dla warunków czasu bieżącego, ale nawet ważniejszy jest wynik dla prognozowanych cen nośników energii w przyszłości, która jest czasem obowiązującym dla pracy jednostki kogeneracyjnej. Okazuje się, że równie ważna jak analiza ekonomiczna jest rzetelna prognoza dotycząca cen nośników energii. Kogeneracja ujmowana w l ic z bac h , n awe t w s p o s ó b n ajpro st sz y, zawsz e pow i n n a generować oszczędności w wydatkach energetycznych. Redukcja w ydat ków e nerget yc z nyc h to wynik lepszego wykorzystania energii pierwotnej oraz większa sprawność przetwarzania energii w porównaniu do energetyczych systemów rozdzielonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej. Dla Polski jako kraju stojącego u progu przemian sektora energetycznego kogeneracja gazowa to duża szansa na utrzymanie cen energii na rozsądnym poziomie w okresie po wprowadzeniu opłat emisyjnych za dwutlenek węgla oraz szansa na realizację procesu odtwarzania mocy wytwórczych źróde ł energ i i w ycof y wa nyc h z eksploatacji z uwagi na zaawansowany wiek przy jednoczesnej ich dywersyfikacji poprawiającej stabilność zasilania ogólnokrajowej sieci elektroenergetycznej.

2/2011

Nowoczesne układy kogeneracyjne

Czynniki wpływające na zapotrzebowanie energii cieplnej w wybranych zakładach przemysłu spożywczego Przemysł rolno-spożywczy jest istotnym odbiorcą energii w gospodarce światowej 1. W Polsce wśród branż tego przemysłu największe zużycie przypada na cukrownictwo, przetwórstwo mleka, mięsa produkcję pieczywa oraz przetwórstwo owoców i warzyw. Jednocześnie w strukturze zużycia energii finalnej tego przemysłu około 2/3 przypada na energię cieplną.

Janusz Wojdalsk i, Bogdan Dr óżdż Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji, Wydział Inżynierii Produkcji SGGW

Wielokierunkowy przerób surowców, różnorodność stosowanych procesów i operacji jednostkowych, zmienne warunki eksploatacji i niejednoczesność pracy urządzeń i sezonowość produkcji wpływają na dużą zmienność zwłaszcza w zużyciu energii cieplnej [Wojdalski (red.), 2010]. Literatura podaje zakresy zmienności zakładowych wskaźn ików jednostkowego zużycia energii cieplnej lecz nie wymienia czynników, które mogą mieć wpływ na ich wartość liczbową. Istnieje także potrzeba doskonalenia modeli zużycia energii cieplnej przez za k łady w y m ien ionyc h branż. Celem pracy jest analiza powyższych zagadnień prowadząca do budowy modeli zużycia energii przez zakłady przemysłu spożywczego ( na przykładzie przetwórstwa owocowo-warzywnego i piekarskiego) oraz do poszukiwania zależności między przyjętymi zmiennymi niezależnymi a użytkowaniem energii w wymienionych zakładach 2. Równocześnie wśród celów pracy jest zestawienie literatury przydatnej do poszukiwania możliwości racjonalizacj zużycia energii w tych branżach i zastosowania kogeneracji.

2/2011

Materiał i metodyka Zakłady przetwórstwa owocowo -wa rz y w nego. Mater ia ł y i w y n i k i p o m i a r ów z e b r a n o w 16 zakładach badanych w okresie letnim. Pomiarami objęto po pięćdziesiąt okresów dobowych w każdym z zakładów dla których uzyskano niezbędne zestawy danych3. W t a b e l i 1 p r z e d s t aw io n o g r upy czy n n i ków (zmien nyc h niezależnych) mających wpływ na zużycie energii cieplnej na poziomie wskaźnika zakładowego 4. Pominięto w niej inne zmienne przy jęt ych w badaniach, które okazały się nieistotne.

Postawiono założenie, że przyjęte czynniki (tab. 1) mają wpływ na zużycia energii cieplnej w zakładach produkcyjnych. Posłużono się analizą statystyczną która miała wykazać korelację i siły oddziaływania przyjętych zmiennych niezależnych na wybrane zmienne zależne (dobowe zużycie energii cieplnej Ac i zakładowe wskaźniki jednostkowego zużycia energii ciepl nej – Wc). Uwzględ n iono związki przyczynowo-skutkowe będące funkcją czynników o niskiej istotności lub wyrażające tendencje przyjęte na etapie projektowania zakładów. Czynniki zostały przyjęte też ze względu na ich przydatność

Grupa czynników (wariant)

Znaczenie, sens fizyczny

Stosowane oznaczenia

ogólna charakterystyka analizowanych zakładów

struktura mocy zainstalowanej urządzeń elektrycznych

P1, P2

III

struktura dobowego przerobu surowca lub produkcji

Z1, Z2, Z3

wskaźniki określające poziom wyposażenia technicznego, IV

technologicznego, organizacji procesów produkcyjnych i

zagospodarowania przestrzennego Tab. 1. Czynniki warunkujące zużycie energii cieplnej w badanych zakładach

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Ogólna charakterystyka zakładów

Zakład

Dobowy przerób surowców Z [Mg]

Wartość średnia Całkowita wskaźnika moc Km dla Profil zainstalowana okresu produkcji* urządzeń elektrycznych dobowego [kW/Mg] P [kW]

Średni wskaźnik jednostkowego zużycia energii cieplnej Wc dla okresu dobowego [GJ/Mg]

0,1-12,4

1; 2; 3

413

95,0

4,4

1,9-14,0

1; 4

934

167,4

15,4

III

0,5-137,5

1; 2; 3; 4

1406

177,3

20,8

8,7-161,1

3; 4; 5; 6

2294

54,3

0,2

23,8-154,4

2; 3; 6; 8; 10

3528

59,2

10,2

1,6-622,0

1; 2; 4; 7; 8

5160

250,8

45,7

VII

17,2-83,4

5; 7; 9

5713

141,3

5,1

VIII

16,0-484,4

5; 6; 7

6500

62,1

0,3

0,1-232,9

1; 3; 5; 6; 7; 8

7980

105,6

15,8

0,1-481,8

1; 5; 7; 8; 10

7992

27,9

4,2

0,5-351,5

2; 5; 6; 7; 8

8500

182,5

8,76

XII

26,0-398,5

1; 4; 5; 7; 8; 10

10500

76,0

8,5

XIII

0,1-778,2

5; 6; 7

11792

95,5

5,3

XIV

0,1-312,3

3; 5; 6; 7; 8

11851

156,7

8,1

0,1-226,9

5; 6; 7; 11

12325

163,1

6,7

XVI

0,1-287,9

6; 7; 8; 9

14237

132,4

5,6

Tab. 2. Charakterystyka badanych zakładów przetwórstwa owocowo-warzywnego uwzględniająca wybrane czynniki techniczne i technologiczne * – oznaczenia profilu produkcji: 1 – napoje, 2 – przetwory owocowe, 3 – przetwory warzywne, 4 – inne przetwory, 5 – owoce mrożone, 6 – warzywa mrożone, 7 – koncentraty owocowe, 8 – soki pitne, 9 – lody, 10 – koncentraty warzywne, 11 – susze owocowe i warzywne. do oceny oddziaływania badanych zakładów na środowisko i określenia najlepszych dostępnych technik (Kubicki 1998, Lenard i Tyszecki 1998, WS Atkins Int. 1998, Zieńko i Sieńko 2000). Dla wyjaśnienia zależności y od wielu zmiennych niezależnych (będących rzeczywistymi parametrami obserwowanymi w praktyce lub ich funkcjami) przyjęto formułę: y = b0 + b1x1 + b2x2 + ........ + bkxk w której: y – zmienna objaśniana (Ac lub Wc), x – zmienne objaśnia-

e-w ydanie do pobrania na:

jące (np. P1, P2, K2, V1, Z1, Z2, Z3). Zastosowanie otrzymanych formuł empirycznych przy spełnieniu warunków: b1x1 + b2x2 +.....+bkxk ³ b0 oraz xi ³ 0 dla i = 1....k.

Wykaz stosowanych oznaczeń Ac – dobowe zużycie energii cieplnej, GJ/24h Acp – tygodniowe zużycie energii cieplnej [GJ]; b – wykładnik potęgi w modelu matematycznym C – stała w modelu matematycznym K2 – kubatura zakładu ogółem przypadająca na 1000 kg (1 Mg) przerabianego surowca w ciągu doby, m3/Mg Km – moc zainstalowana na 1000 kg (1 Mg) przerabianego surowca w ciągu 24 godzin, kW/Mg P – całkowita moc zainstalowana urządzeń elektrycznych zakładu produkcyjnego, kW P1 – moc zainstalowana urządzeń elektrycznych w kotłowni zakładowej, hydroforni, stacji uzdatniania wody, kW P2 – moc zainstalowana linii do produkcji napojów i soków, kW R2 – współczynnik determinacji S1 – powierzchnia terenu zajęta pod zabudowę zakładu, m2 t – 24 h/d V1 – kubatura pomieszczeń bezpośrednio produkcyjnych, m3 Wc – zakładowy wskaźnik jednostkowego zużycia energii cieplnej, GJ/Mg Wcp – agregatowy wskaźnik jednostkowego zużycia energii cieplnej [MJ∙Mg-1 pieczywa]; Wol – agregatowy wskaźnik jednostkowego zużycia oleju opałowego [kg∙Mg-1] Wu – agregatowy wskaźnik jednostkowego zużycia paliwa umownego [kg∙Mg-1]; Z – przerób surowców w ciągu doby, Mg/24h Zp – tygodniowa produkcja pieczywa [Mg]. Z1 – wielkość produkcji koncentratów owocowych, Mg/24h Z2 – wielkość produkcji koncentratów warzywnych, Mg/24h Z3 – wielkość produkcji napojów, Mg/24h

Zakład piekarski

dobowej produkcji 13-25 Mg pieczywa i łącznej mocy zainstalowanej urządzeń elektrycznych 400 kW. Całkowita moc cieplna badanego pieca taśmowego wynosiła 630 kW a w przypadku pieca obrotowego 87 kW.6

Wyniki pomiarów zużycia oleju opałowego oraz materiały pochodzą z dużego zakładu piekarskiego o

Opracowanie zebranego materiał u obejmowało obliczenie wskaźn i ków jed nost kowego

pozwala w dużym stopniu wyjaśnić omawiany problem w analizowanych zakładach produkcyjnych5.

www.apbiznes.pl

2/2011

zużycia paliwa umownego oraz ustalenie równań regresji wyrażających zmienność zużycia nośników energii.

Wyniki badań Zakłady przetwórstwa owocowo-warzywnego W tablicy 2 zawarto dane dotyczące zakładów produkcyjnych (dobowa wielkość i struktura przerobu, całkowita moc zainstalowana urządzeń elektrycznych), wskaźniki Km wyrażające łączny stopień wykorzystania zdolności przerobowej i zaangażowania mocy zainstalowanej w przerób 1 Mg surowca oraz zakładowe wskaźniki jednostkowego zużycia energii cieplnej. Badane zakłady produkcyjne uporządkowano według rosnącej mocy zainstalowanej urządzeń elektrycznych. Przedstawione w ten sposób dane wskazują na znaczne zróżnicowanie w w y posażen iu tec h n ic zny m. Z tablicy 2 wynika, że średnie jednostkowe zużycie energii cieplnej w analizowanych zakładach znacznie różniło się między sobą i było uwa r u n kowa n e st r u kt urą przerobu. Najn iższe w s k a ź n i k i Wc w y s t ę p o w a ł y w zakładach o dużym udziale chłodnict wa i zamrażalnict wa w technologii produkcji. Z prac

Kubickiego (1998) i WS Atkins Int. (1998), wynika że w zakładach tej branży średnie jednostkowe zużycie energ ii ciepl nej dla okresu rocznego wy nosiło 8,33 GJ/Mg przerabianych surowców przy czym maksymalna wartość tego wskaźnika wynosiła 32,40 GJ/Mg surowca. Z badań Grzybek i Rogulskiej (1991) wynika, że w jednym z zakładów np. technologiczny wskaźnik jednostkowego zużycia energii cieplnej dla koncentratu jabłkowego wynosił 8,93 GJ/Mg produktu i był on 12 razy większy od jednostkowego zużycia energii elektrycznej wyrażonej w GJ. Np. dla koncentratu pomidorowego analogiczna wartość w y nosiła 4,69 GJ/Mg i była 2,4-krotnie większa od wskaźnika jednostkowego zużycia energii elektrycznej. W tabeli 3 zawarto równania wyrażające wpł yw czyn ników objętych czterema przyjętymi grupami na zużycie energii cieplnej. Uwzględniono tylko te równania regresji, dla których współczynnik korelacji był większy od 0,5. Postać równań o większej liczbie zmiennych niezależnych jest uwarunkowana kolejnością pojawiania się wyników w procedurze regresji krokowej. W przypadku zastosowania czynników grupy I (tab. 1), tylko wpływ kubatury pomieszczeń

produkcyjnych zakładów był istotny. Współczynnik korelacji między występującymi zmiennymi wynosił 0,54. Kubatura pomieszczeń jest czyn nikiem wyrażającym stan zagospodarowania przestrzennego. Można postawić tezę, że dla okresu zimowego współczynnik korelacji w analizowanym przypadku osiągnie większe wartości liczbowe. Wymaga to jednak dodatkowych badań. Zmienne objęte grupą II służy do wykazania zależności między strukturą mocy zainstalowanej a z u ż yc ie m e n e r g i i c ie pl n e j. Z przeprowadzonych badań wynika, że zmien ność dobowego zużycia energii cieplnej 61,8 % jest przypisywana mocy zainstalowanej w kotłowni zakładowej, hydroforni i stacji uzdatniania wody oraz linii do produkcji soków i napoi. Otrzymane równanie przyczynia się częściowo do wyjaśnienia słabo rozpoznanych zagadnień w tym zakresie. Moc zainstalowana urządzeń elektrycznych w kotłowni objęta wielkością P1 jest bowiem skorelowana z wielkością urządzeń cieplnych stosowanych do wytwarzania i użytkowania ciepła. Wielkościom Z1 i Z2 (produkc ja konce nt ratów owocow yc h i warzywnych), Z3 (produkc ja napoi) objęt ych grupą III było przypisywane 59,6 % wpływu na Zmienne niezależne

Grupa zmiennych niezależnych

Równanie

oznaczenie, wymiar

zakres liczbowy

Ac = -458,96 + 37,17 × V1

0,294

V1 [m3]

10008-396080

Ac = -260,8 + 0,74 × P2 + 25,15 × P1

0,618

P1 [kW] P2 [kW]

41-1715 25-932

III

A c = 200,5 + 3,6Z3 + 211,9 × logZ1 + 443,0 × logZ2

0,596

Z1 [Mg] Z2 [Mg] Z3 [Mg]

0,585-772,980 2,920-8,640 0,765-191,094

Wc = - 0,39 + 0,0014K2

0,845

K2 [m3/Mg]

307-307692

Tab. 3. Czynniki wpływające na zmienność zużycia energii cieplnej w badanych zakładach

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

Nowoczesne układy kogeneracyjne dobowe zużycie energii cieplnej. W tym kontekście na podstawie pracy Singha (1986) można przytoczyć przykładowy technologiczny wskaźnik jednostkowego zużycia energii cieplnej dla produkcji konserw warzywnych, który wynosi 5 187 GJ/Mg. W strukturze tego wskaźnika blisko 50 % przypada na ciepło w parze wodnej i gorącej wodzie zużywanych w procesie technologicznym. Na podkreślenie zasługuje fakt, że około 23 % energii cieplnej stanowiły straty, co wskazuje na konieczność stosowania obiegów zamkniętych i odzyskiwania ciepła odpadowego. Omawiany wskaźnik jest ponad 25 razy większy od analogicznego wskaźnika dla energii elektrycznej. Produkcja mrożonych koncentratów z owoców cytrusowych wymagała dostarczenia energii cieplnej w ilości 8234 GJ/ Mg. W tym przypadku zapotrzebowanie na ciepło w parze i gorącej wodzie oraz bezpośrednie zużycie oleju opałowego stanowiło 83 %. Należy zaznaczyć, że wskaźnik ten był ponad dwukrotnie większy od technologicznego wskaźnika jednostkowego zużycia energii elektrycznej. Zastosowanie IV grupy czynników jest źródłem informacji na temat łącznego wpływu czynników technicznych, technologicznych, stopnia zmechanizowania operacji produkcyjnych, organizacyjno-produkcyjnych oraz zagospodarowania przestrzennego na gospodarkę cieplną. Otrzymane t u wyniki potwierdzają tendencję wynikającą z wariantu I o dużym wpływie kubatury zarówno pomieszczeń produkcyjnych jak i pozaprodukcyjnych na zużycie ciepła Ac i poziom jednostkowego zużycia energii cieplnej Wc. Występujący w równaniu (tab.3) wskaźnik K2 jest funkcją całkowitej kubat ur y zakładu i

e-w ydanie do pobrania na:

dobowego przerobu surowców. Ze względu na wysoki stopień korelacji (0,916) można uznać, że otrzymane równanie wyraża przyczynę zmian jednostkowego zużycia energii cieplnej w zakładach tej branży. Badania wykazał y bowiem, że ponad 84 % zmienności jednostkowego zużycia energii cieplnej jest przypisywane wskaźnikowi K2. W praktyce wykazano, że formuła ta ma przydatność, gdy K2 jest zawarte w granicach 4000-30000 m 3/Mg,

twórstwa owocowo-warzywnego mogą uwzględniać także sprawność przemian cieplnych, straty ciepła, stopień odzyskania energii odpadowej, ciśnienie użytkowanej pary wodnej i temperaturę wody zasilającej kocioł parowy. Zapotrzebowanie na energię cieplną w znacznym stopniu ma charakter ekstensywny co uzasadnia stosowanie modelu matemat ycznego. Wielkość Ac zależy bowiem bezpośrednio od wielkości przerobu a na jej wpływ mają także inne czynniki co wykazano w pracy. P r z e d s t aw i o n y m o d e l m a ograniczone zastosowanie i wymaga uwzględnienia także struktury mocy zainstalowanej urządzeń elektrycznych, gdyż występująca wielkość P obejmuje zbyt dużą liczbę odbiorników pracujących sezonowo. Zarówno otrzymany model jak też równania regresji uwzględniają większą liczbę zmiennych w porównaniu z wynikami prac: Cleland i in. (1981), Classen (1992), Gasparino i in. (1984), Jacobs (1981), Rao i in. (1986) i Vergara i in. (1978), w których poruszano także wymienione zagadnienia.

w warunkach ustalonej i bezawaryjnej pracy. Stosowanie otrzymanych równań uwarunkowane jest zakresami poszczególnych zmiennych niezależnych, których wartości liczbowe przedstawiono w tablicach 2 i 3. Niepełne wyjaśnienie zmienności dobowego zużycia energii cieplnej przez badane zakłady doprowadziło do budowy modelu mającego następującą ogólną postać: b

Z ×S1 ć P ×t 3 ö ÷ Ac = C × 2 ç t čZ ×S1 ř

który został zweryfikowany dla jednego z zakładów. Wartość Ac obliczona z przykładowego modelu nie różniła się więcej niż 13,54% od wartości rzeczywistej 7. Struktura otrzymanego modelu i wyniki weryfikacji wskazują na możliwość występowania także innych czynników mogących mieć wpływ na dobowe zużycie ciepła. Próby doskonalenia modelu matematycznego zakładu prze-

Typ pieca Piec taśmowy Piec obrotowy

Zakład piekarski Na p o d s t aw i e p r z e p r owa dzonych pomiarów w ykona no analizę statystyczną i otrzymano równania regresji oraz obliczono wskaźniki jednostkowego zużycia paliwa i energii cieplnej, zawarte w tabeli 4.

Równania linii regresji

Acp = 2221,8 + 53,297 x Zp

0,97

Wol = 43,684 -0,2092 Zp

0,66

Acp = - 68,373+36,393 x Zp

0,55

49,6

38,27 Wol = 35,275-3,3369 Zp <0,2 Tab. 4. Porównanie energochłonności wybranych pieców piekarskich firmy Werner&Pfleiderer

www.apbiznes.pl

[kg x Mg-1] [MJ x Mg-1]

2/2011

1454,1 1116,9

Nowoczesne układy kogeneracyjne których chłodne powietrze kierowane do palników jest ogrzewane przeponowo przy pomocy gorących spalin odprowadzanych do komina. Równocześnie nawiązuje do prac Ambrozia ka i Grabusi ńsk iego [1994], Jezierskiej-Rykiel [1986] oraz Pracy zbiorowej [Szarguta i in.] [1993]. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że stosując instalację przedstawioną na rysunku 1 można zaosz-

Rys. 1. Schemat pieca piekarskiego z zainstalowanymi wymiennikami ciepła: 1 – piec, 2 – wymiennik ociekowy przeciwprądowy, 3 – wymiennik przeponowy współprądowy, 4 – ruchome przegrody służące do odcinania przepływu strumienia spalin i mieszaniny powietrzno-parowej z pominięciem wymienników ciepła. GWO – natężenie przepływu wody przez wymiennik ociekowy [kg/s], GWP – natężenie przepływu wody przez wymiennik przeponowy [kg x s-1], TO1 , TO2 – temperatury mieszaniny powietrzno-parowej (wlot-wylot) [oC], TP1 , TP2 – temperatury spalin (wlot-wylot) [oC], TWO1, TWO2 – temperatury wody chłodnej i podgrzanej w wymienniku ociekowym [oC], TWP1, TWP2 – temperatury wody na wlocie do wymiennika przeponowego i wylocie [oC]

Tygodniowa wielkość produkcji pieczywa (Zp) analizowanych pieców taśmowych firmy Werner&Pfleiderer zawierała się w zakresie od 33 do 46 Mg. Zakres zmienności produkcji pieczywa (Z) dla pieców obrotowych (tabela 1) wynosił w ciągu tygodnia od 0,8 do 3,7 Mg. Jednostkowe zużycie energii w tych urządzeniach było około 2,5 razy mniejsze w porównaniu z piecami taśmowymi innych producentów mającymi równocześnie mniejszą wydajność [Neryng i in. 1990]. R z ad z ie j w ykor z ys t y wa n e piece obrotowe mają wprawdzie mniejsze jednostkowe zużycie energii w porównaniu z piecami taśmowymi (ok. 20%) lecz odznaczają się znacznie mniejszą (ok. 10 krotnie) wydajnością. Z badań

2/2011

Krzysztofik [2005] wynika, że energochłonność wypieku pieczywa w piecach rurowo-wrzutowych RRK opalanych węglem kamiennym jest o ok. 65% większa w porównaniu z wymienionym w tabeli 1 piecem taśmowym. Największe możliwości odzyskiwania energii odpadowej występują w przypadku badanych pieców taśmowych. Mając to na względzie opracowano ogólną koncepcję odzyskiwania i zagospodarowania tej energii stosując współprądowe i przeciwprądowe wymienniki ciepła. Na rysunku 1 przedstawiono schemat instalacji mogącej posłużyć do odzyskiwania energii odpadowej z pieca piekarskiego. Przedstawiona koncepcja uzupełnia częściowo rozwiązania omawiane przez Kusia [1992], w

czędzić do 20% paliwa rzeczywistego. Podobne zagadnienia są zawarte w pracach [Kownackiego, 1996; Pachole, 1999a i 1999b]. Z pracy Grzybek i Rogulskiej [1991] wynika, że nakłady materiałowo-energetyczne w postaci oleju opałowego na 1 Mg chleba zawierały się w granicach od 40,55 do 129,33 kg. W przypadku bułek zużycie to wynosiło od 40,71 do 49,02 kg∙Mg-1. Z prac Brudki i in. [1988] oraz Lisieckiego i in. [1987] wynika, że jednostkowe zużycie energii w piecach piekarskich w przypadku chleba o masie 0,8 kg wynosiło od 998 do 2477 MJ∙Mg-1 pieczywa. W pracy Jezierskiej-Rykiel [1986] zawarto formuły empiryczne wyrażające wpływ natężenia przepływu wody przez wymienniki na strumień odzyskanej energii cieplnej. Ambroziak i Grabusiński [1994] zawarli bilanse cieplne różnych pieców piekarskich i praktyczne możliwości zagospodarowania ciepła odlotowych gazów spalinowych. Wg tych autorów największą oszczędność wynoszącą np. 18,1 kg oleju opałowego lub 31,3 kg węgla na godzinę pracy pieca można uzyskać stosując wymiennik WPW 52/75. Kuś [1992] przedstawił wyniki badań dotyczących zastosowania energooszczędnych palników LUVO. W zależności od typu palnika miesięczne oszczędności gazu opałowego zawierały się w granicach od 19 do 22%. Należy

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

zaznaczyć, że przytoczone wyniki badań dotyczyły różnych typów pieców piekarskich i sposobów odzyskiwania ciepła8.

Warto zapamiętać Zakłady przetwórstwa owocowo-warzywnego Wyjaśniono przyczyny zmienności dobowego zużycia energii cieplnej i wskaźników jednostkowego zużycia tej energii. Przeprowadzono analizę zmienności zużycia energii cieplnej z uwzględnieniem kilku czynników technicznych, technologicznych i zagospodarowania przestrzennego. Otrzymane formuły mogą posłużyć do racjonalizacji i monitoringu poboru ciepła a także mogą być przydatne do optymalizacji wskaźników jednostkowego zużycia energii cieplnej. Ma to także istotne znaczenie w ramach przeprowadzania przeglądów ekologicznych w zakładach przemysłowych jak też do przygotowywania standardów środowiskowych. Z przeprowadzonych badań wynika możliwość budowy modeli dla jednostkowego zużycia energii cieplnej a także optymalizacji jej zużycia z wykorzystaniem np. programowania liniowego. Przeprowadzone badania prowadzą również do następujących wniosków: • dobowa zmien ność zużycia energii cieplnej była wyjaśniona w granicach od 29,4 do 61,8% przez kubaturę pomieszczeń produkcyjnych, strukturę mocy zainstalowanej i strukturę produkcji gotowych wyrobów, • w różnicowaniu wskaźnika jednostkowego zużycia energii cieplnej istotne znaczenie ma tylko jeden czynnik (K2) będący funkcją ogólnej kubatury zakładu i dobowej wielkości

e-w ydanie do pobrania na:

przerobu, któremu w ponad 84 % jest przypisywana zmienność wskaźnika Wc, • w y n i k i b a d a ń m o g ą b y ć przydatne dla praktyki przemysłowej, gdyż poziom dobowego zużycia energii cieplnej i wskaźn ik i jednost kowego jej zużycia są odnoszone do danych określających wyposażenie techniczne zakładów produkcyjnych i zagospodarowanie przestrzenne, • otrzymane formuły empiryczne mogą być wykorzystywane do prognozowania poboru energii cieplnej w celu określenia standardów najlepszych dostępnych technik (BAT), weryfikacji rozwiązań budowlanych oraz wydawania pozwoleń zintegrowanych.

energii możliwej do transformacji przy zastosowaniu np. pomp ciepła. Może to mieć znaczenie do określenia standardów środowiskowych dotyczących zakładów piekarskich. Należy bowiem zaznaczyć, że dotychczas standardy środowiskowe zostały opracowane dla 11 branż przemysł u rolno-spożywczego z w y jątk iem m.i n. piekarst wa [WS Atkins Int. 1998].

Problematyce tej są poświęcone np. prace: Klemeś i in. 2008, Wang 2008, Kaleta i Wojdalski (red.) 2008.

Publikacje (Wojdalski i in., 2006, 2008, Classen 1992, Grzybek 2003, Waheed i in. 2008, Kannan i Boie 2003) przedstawiają wybrane związki przyczynowo-skutkowe w zakresie użytkowania energii i częściowo w y jaśn iają jak ie czy n n ik i mają wpływ na zużycie energii cieplnej

Zakład piekarski W przypadku pieców taśmowych firmy Werner&Pfleiderer wystąpiła wysoka korelacja między tygodniową produkcją pieczywa a zużyciem energii cieplnej. Otrzymane formuły, umożliwiają bardziej wnikliwą analizę zmienności zużycia energii w zależności od tygodniowej wielkości produkcji pieczywa, jak również stanowią próbę budowy modelu pieca piekarskiego jako podstawowego urządzenia energetycznego w zakładach tej branży. Równocześnie otrzymane wyniki potwierdzają wysoką sprawność nowoczesnych rozwiązań taśmow yc h pieców piekarskich oraz uzupełniają istniejącą wiedzę na temat energetycznej efektywności produkcji pieczywa w dużych zakładach. Dalsze badania mogą obejmować zagadnienia odzyskiwania c i e p ł a o dp a d o w e g o b o w i e m uchodzące spaliny i mieszanina powietrzno-parowa są źródłami

www.apbiznes.pl

w zakładach przetwórstwa owocowo-warzywnego i produkcji piekarskiej. Wskaźniki jednostkowego zużycia energii cieplnej w niektórych prz y pad kac h są zróżn icowa ne. Wynika to także z różnic w wyposażeniu technicznym zakładów jak i różnorodności metod ustalania tych wskaźników.

Szczegółowe metody badań przedstawiono w pracach: Dróżdż i Wojdalski (1999) i Lubach (1999).

Definicje zakładowych wskaźników jed nost kowego zużyc ia energ ii i wody zawiera praca Wojdalskiego i in. (1998).

Zbliżoną metodę analizy energochłonności produkcji zaproponowali także Muller i in. 2007.

Obliczenia były prowadzone zgodnie z pracami Wojdalskiego i Dróżdża [2006], Nerynga i in. [1990] oraz Wojdalskiego i in. [1998].

Przedstawiono w pracy Wojdalskiego i in.(2006).

Porównanie gospodarki energią w trzech zakładach piekarskich przedstawiono w publikacji Wojdalskiego i in. (2007).

2/2011

Energia skojarzona z Legionowa Rozmowa z Leszkiem Sierzputowskim – dyrektorem ds. technicznych PEC Legionowo Sp. z o.o. Historycznie wywodzicie się ze SPEC. Jak na dzisiaj wygląda struktura PEC Legionowo? PEC jest aktualnie spółką z o.o. będącą w całości własnością miasta Legionowo. Jesteśmy typową spółką ciepłowniczą jakich mamy dziesiątki w kraju. Ciepłownia oparta na kotłach WR25 – kiedyś było ich sześć – teraz pozostały cztery. Przyczyną jest kurczący się rynek odbiorców ciepła. Największą stratą była likwidacja gospodarstwa ogrodniczego Wieliszew. Firma ma oczywiście swoje problemy z utrzymaniem się na rynku. Mimo zwiększającej się liczby przyłączeń nie wzrasta ilość produkowanego ciepła. Powodem są oczywiście inwestycje w termomodernizację. Jesteśmy właścicielem ok. 45 km sieci. Część w technice rur preizolowanych , część w starej technologii cementowo-gipsowej. Ciepłownia jest w dobrym stanie technicznym.

Planujecie wykonanie instalacji kogeneracyjnej? Jaka to będzie instalacja? Ile będzie kosztować? Jaki jest planowany okres zwrotu? Jak wygląda struktura finansowania inwestycji? Pomysłem na rozwój firmy jest produkcja i sprzedaż energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu. Co ciekawe z naszych analiz wynika, że wcale nie kogeneracja oparta na gazie ziemnym będzie w PEC-u najbardziej opłacalna. Okazuje się, że najbardziej optymalnym

rozwiązaniem byłaby instalacja biomasowa, w drugiej kolejności klasyczna węglowa a dopiero na trzecim miejscu gazowa.

Więc dlaczego gaz? Po prostu nie stać nas na inną instalację. Gmina nie była w stanie poręczyć kredytu na taką instalację liczoną na ok. 70 mln. Postanowiliśmy więc o inwestycji, którą będzie w stanie udźwignąć samo przedsiębiorstwo. Ostatecznie wybór padł na silniki gazowe. Złożyliśmy wniosek do NFOŚiGW i otrzymaliśmy promesę pożyczki. Aktualnie jesteśmy na etapie przetargu na wykonanie dokumentacji technicznej. Instalacja będzie się składała z czterech silników 2MW każdy. W dalszych planach jest dokupienie kotła gazowego, szczytowego.

Nowa instalacji zastąpi pracujące urządzenia? Nie do końca. Raczej pozwoli nam w mniejszym stopniu obciążać pracujące kotły. Jeden kocioł będzie prawdopodobnie w tzw. głębokiej rezerwie. Trudno dzisiaj ocenić w jakim kierunku pójdą przepisy dotyczące emisji albo jakie będą koszty uprawnień. Branża jest nieprzewidywalna a być musi. Nie łatwo jest działać i podejmować strategiczne decyzje w sytuacji kiedy nie ma jasnej perspektywy w okresie jednego roku. Nie sposób też zrozumieć strategii firm węglowych, które popadają z jednej skrajności w drugą.

Czy korzystacie Państwo przy planowaniu inwestycji z pomocy firm doradczych czy doświadczeń innych firm? Tematem kogeneracji zajmujemy się już od kilku lat. Znamy zatem ryzyka związane z tym projektem. Ale oczywiście przy realizacji projektu w zakresie strategii i fachowych opracowań korzystamy z firm zewnętrznych.

Na rynku trwa intensywna akwizycja podmiotów komunalnych przez koncerny energetyczne. Czy PEC Legionowo jest przewidziany do prywatyzacji? Jesteśmy w trakcie procedury prywatyzacyjnej. Radni podjęli uchwałę dającą prezydentowi możliwość sprzedaży 85% udziałów. Została wykonana wycena przedsiębiorstwa. Czekamy teraz na kolejne kroki ze strony właściciela. Obecny układ właścicielski – z jednej strony nie wymusza konieczności generowania wielkich zysków co jest ułatwieniem w prowadzeniu działalności a z drugiej kłopot stanowi brak funduszy na inwestycje. Powszechnie wiadomo jak wyglądają budżety samorządowe. Inną kwestią jest fakt, że nawet gdy przedsiębiorstwo dogada się z gminą i zdoła wykazać zyski to urzędnicy z URE skutecznie je zlikwidują przy ustalaniu taryfy na kolejny rok. Uważam to za niezrozumiałe. Moim zdaniem URE powinno stworzyć mechanizm wymuszający na przedsiębiorstwach oszczędzanie pieniędzy. Rozmawiał Janusz Zakręta

2/2011

e-w ydanie do pobrania na:

www.apbiznes.pl

www.coal-gen-europe.com

SKorZYSTaJ Ze ZnIŻKI prZY wcZeSnYm ZaKupIe ZareJeSTruJ SIĘ Do 14 STYcZnIa 2012 r.

14-16 luTY 2012, eXpo XXI, warSZawa, polSKa

WĘGIEL: ZOSTAJE TU NA DOBRE rZecZYwISToŚĆ ŹrÓDeŁ energII europY

program KonFerencJI JuŻ DoSTĘpnY COAL-GEN Europe 2012 z przyjemnością ogłasza wydanie Przewodnika po Show. Obejmuje on wstępny 3-dniowy harmonogram konferencji. W Przewodniku znajdą również Państwo informacje na temat wystawy, aktualnych planów pomieszczeń, osób kontaktowych oraz informacje na temat sposobów uczestnictwa w tym wydarzeniu. Tegoroczna konferencja COAL-GEN Europe nie tylko zwróci uwagę na rewolucyjne technologie, które mogą zredukować wpływ opalanych węglem elektrowni na środowisko w świecie zmuszonym do korzystania z surowca, jakim jest węgiel, ale również zbada sposoby maksymalizacji i optymalizacji obecnych w Europie zasobów poprzez modernizację sprzętu, odnowę i unowocześnienie fabryk oraz zwiększenie czasu użytkowania. Jeśli Państwa firma angażuje się w branżę energetyczno-węglową w Europie, konferencja COAL-GEN Europe jest wydarzeniem, w którym należy koniecznie wziąć udział, aby nawiązać kontakty z kluczowymi profesjonalistami oraz decydentami w branży. Aby pobrać kopię Przewodnika po Show i zarejestrować się online, prosimy odwiedzić stronę:

www.coal-gen-europe.com.

Zapytania dotyczące wystawy I sponsoringu prosimy kierować do Leona Stone Zapytania dotyczące konferencji prosimy kierować do Amy Nash Leon Stone Menedżer ds. sprzedaży wystaw T: +44 (0) 1992 656671 C: +44 (0) 7983 473774 F: +44 (0) 1992 656700 E: leons@pennwell.com

Amy Nash Menedżer ds. konferencji T: +44 (0) 1992 656 621 F: +44 (0) 1992 656 700 E: amyn@pennwell.com

Będące własnością oraz wyprodukowane przez:

Główni Sponsorzy Medialni:

Magazyny i Konferencje

w dobrej formie zawsze na temat

www.apbiznes.pl

Agencja Promocji Biznesu to grupa specjalistów zajmujących się doradztwem w branży przemysłowej. Monitorujemy rynek i reagujemy na zmieniające się potrzeby firm i przedsiębiorstw. Obszar działalności agencji obejmuje przemysł i energetykę, w szczególności nowe rozwiązania techniczne, technologiczne i proekologiczne. W ramach specjalistycznych konferencji i wydawnictw AGROindustry i POWERindustry oferujemy optymalne warunki pozyskiwania informacji, wsparcie marketingowe i promocję.