FreeForum
Forum rozwoju efektywnej energii

 

Dobro z drewna

Stała biomasa jest najstarszym źródłem i najczęściej utylizowaną formą energii odnawialnej. Większość najbardziej powszechnych przykładów biomasy stałej stanowi opał drzewny w postaci wiórów drzewnych, peletów drewnianych i szczap drewna. Stała biomasa jest spalana w kotłach lub piecach, uwalniając w ten sposób zgromadzoną energię i zamieniając ją w ciepło do podgrzania wody lub ogrzania pomieszczeń. Nowoczesne jednostki do spalania biomasy mają dużo większą wydajność niż tradycyjne kominki i piece.

Stała biomasa sprawdza się na terenach oddalonych, niepodłączonych do sieci gazowej, gdzie może stanowić tańszą alternatywę dla oleju opałowego. Biomasę szczególnie chętnie wykorzystuje się na obszarach wiejskich, gdzie surowce są dostępne, zaś alternatywne paliwa drogie. Chociaż cena stałej biomasy waha się dość znacznie, często jest ona i tak tańsza niż inne paliwa wykorzystywane do ogrzewania, w regionach, gdzie biomasa jest dostępna.

Chociaż stała biomasa może być potencjalnie określana terminem „węglowo obojętnej”, podczas jej uprawy, produkcji i dystrybucji zawsze będą występować pewne emisje gazów cieplarnianych (GHG). Im bardziej lokalnie biomasa jest wykorzystywana, tym mniejsze są emisje gazów cieplarnianych.

Użycie biomasy do spalania powoduje lokalnie emisję zanieczyszczeń powietrza, tak jak w przypadku spalania każdego innego stałego paliwa, np. węgla. W ostatniej dekadzie byliśmy świadkami poprawy jakości urządzeń grzewczych – zarówno tych wykorzystywanych do celów mieszkaniowych, jak i instytucjonalnych. Wiele z tych urządzeń osiąga wydajność sięgającą 90%. Produkują one znacznie mniej zanieczyszczeń powietrza. Na obszarach, gdzie spala się dużo substancji stałych, jakość powietrza może jednak stanowić problem i powinna podlegać odpowiednim regulacjom.

Stała biomasa to taka forma biomasy, która nie konkuruje z żywnością, chyba że grunty orne są zamieniane w takie służące uprawie surowców do produkcji biomasy. Wówczas należy pamiętać o stosownych zabezpieczeniach i ochronie zrównoważonego rozwoju, w celu ograniczenia potencjalnych negatywnych skutków wykorzystywania stałej biomasy. Komisja Europejska aktualnie pracuje nad zaostrzeniem kryteriów zrównoważonego rozwoju w Europie.

Kotły do spalania biomasy mogą już z powodzeniem zastępować kotły olejowe i gazowe w istniejących systemach grzewczych. Takie kotły są dostępne w różnych rozmiarach: od małych instalacji domowych po duże systemy komercyjne, które dostarczają ciepło wielu posesjom (za pośrednictwem miejskiej sieci ciepłowniczej) i/lub na potrzeby procesów przemysłowych.

Podstawowe informacje

Co to jest?           

Stała biomasa jest jak dotąd najchętniej wykorzystywaną formą energii odnawialnej na świecie (w tym także w Europie). Stosuje się ją powszechnie do wytwarzania ciepła, a coraz częściej także energii elektrycznej w łączonych systemach grzewczo-energetycznych (CHP).

Istnieje wiele różnych źródeł stałej biomasy, takich jak: dedykowane leśnictwo, uprawa roślin energetycznych (np. zagajniki o krótkiej rotacji), odpady z leśnictwa i rolnictwa, przetwarzanie odpadów (np. ścinki i trociny z przemysłu tartacznego), a także inne odpady (np. drzewne). To zestawienie koncentruje się na najbardziej powszechnych typach paliw z biomasy stałej, m.in.: wiórów drzewnych, peletów drewnianych i polan drewna.

Jakie są korzyści?           

Niska emisja dwutlenku węgla oraz odnawialność: biomasa jest paliwem o niskiej zawartości węgla. Ilość dwutlenku węgla, który jest uwalniany do atmosfery podczas spalania biomasy jest równa ilość dwutlenku węgla pobieranego z atmosfery w ciągu całego cyklu życia rośliny (więcej informacji na ten temat znajdziesz w sekcji „Wpływ na środowisko naturalne” poniżej). To odnawialne paliwo, którego jest pod dostatkiem.

Dostępność w regionie: biomasa ma ogromny potencjał na obszarach, gdzie jest szeroko dostępna.

Efektywność kosztowa: stała biomasa jest efektywnym kosztowo, odnawialnym źródłem energii. Koszty produkcji biomasy są w dużej mierze zależne od jej dostępności oraz odległości, jaką biomasa musi pokonać w transporcie. Na terenach, gdzie biomasy jest pod dostatkiem, stanowi ona konkurencyjną cenowo alternatywę dla konwencjonalnych (kopalnych) źródeł energii.

Jak to działa?    

Stała biomasa jest spalana w kotłach (lub piecach), w celu uwolnienia zmagazynowanej energii i zamiany jej w ciepłą wodę lub do celów grzewczych.

Kotły są dostępne w szerokiej gamie rozmiarów – od małych systemów przydomowych (o wydajności nie przekraczającej zwykle 30 kWth) do wielkich systemów komercyjnych, które dostarczają ciepło do wielu posesji (za pośrednictwem miejskiej sieci ciepłowniczej) i/lub do celów przemysłowych. Nowoczesne systemy często mają częściowo lub w całości zautomatyzowane paleniska i kotły z elektronicznie sterowanymi podajnikami biomasy oraz instalacjami do wypału.

Zanim biomasa zostanie zamieniona w ciepło użytkowe, często podlega wstępnej obróbce, w celu ułatwienia korzystania z niej. Na przykład, drewno jest często ociosywane w celu uzyskania wiórów drzewnych albo kompresowane w pelety drewniane (lub brykiety). Pelety drewniane mają wyższą gęstość energetyczną, w porównaniu z wiórami drzewnymi i polanami, co czyni je bardzo przydatnymi w sytuacji, kiedy biomasa musi być transportowana na większe odległości.

Przydatność/zastosowanie

Stała biomasa sprawdza się na odległych obszarach, które nie są podłączone do sieci gazowej, gdzie może stanowić tańszą alternatywę dla oleju opałowego. Biomasa jest szczególnie chętnie wykorzystywana na terenach wiejskich, gdzie takie paliwo jest szeroko dostępne, zaś alternatywne (kopalne) źródła energii są drogie. Przy większej skali i na dalszych odległościach od źródła biomasy koszty jej użytkowania rosną. Mimo że ceny stałej biomasy wahają się dość znacznie, i tak jest ona często tańsza niż inne paliwa grzewcze w miejscach, gdzie biomasa jest dostępna lokalnie.

Stała biomasa może być wykorzystywana do wielu różnych zastosowań. Sprawdza się zwłaszcza na odległych obszarach, które nie są podłączone do sieci gazowej, gdzie może stanowić tańszą alternatywę dla oleju opałowego

Dostępność stałej biomasy i dystans, jaki dzieli jej źródło od miejsca użycia końcowego są istotnymi czynnikami przy zastosowaniu biomasy. Ponieważ stała biomasa ma niską gęstość objętościową, transportowanie jej na duże odległości może mieć negatywny wpływ na jej opłacalność kosztową, a także na samo środowisko naturalne (zwłaszcza jeżeli biomasa jest transportowana drogami).

Kotły na biomasę mogą z powodzeniem zastępować kotły na olej i gaz w istniejących systemach grzewczych. Należy jednak zwrócić uwagę, czy zapewniono odpowiednią ilość miejsca na składowanie surowca, a także na to, czy biomasa jest sucha. Rozplanowanie systemu do przechowywania biomasy będzie zależało od rodzaju wybranego paliwa. Polana mogą być przechowywane w zwykłej szopie, wióry drzewne w hali magazynowej, a pelety w zamkniętym pojemniku. Należy zapewnić dostęp dla dostaw biomasy, a także odpowiednie środki w celu dostarczenia paliwa do kotła na żądanie. Należy również mieć na uwadze, że kotły do spalania drewna są zazwyczaj większe niż ich odpowiedniki na olej opałowy i gaz.

Konkretny rodzaj biomasy ma związek z zastosowaniem danego typu paliwa. Dla przykładu, kotły na pelety sprawdzają się lepiej na rynku krajowym, ponieważ są łatwiejsze w użyciu, w porównaniu z innymi paliwami opartymi na drewnie; wymagają zaledwie jednej trzeciej ilości powierzchni magazynowej, w porównaniu z polanami czy wiórami (ze względu na ich wyższą gęstość energetyczną), palą się także w czystszy sposób (pozostawiając mniej popiołu). Kotły na wióry drzewne nie pracują efektywnie poniże 50kWth i bardziej nadają się do większych budynków, osiedlowych systemów grzewczych oraz przemysłu. Większość kotłów na wióry drzewne i pelety wyposażonych jest w automatyczne podajniki, podczas gdy kotły na całe polana muszą być ładowane ręcznie Z kolei przewagą polan jest to, że są często tańsze niż pelety czy wióry, pod warunkiem, że pochodzą z lokalnych zasobów.

 

Szczegółowe informacje

Koszty, oszczędności, zyski           

Koszty użytkowania stałej biomasy zależą od kilku czynników: dostępności paliwa, konieczności jego obróbki wstępnej (np. kłody są generalnie najtańszym paliwem drewnianym, natomiast pellety najdroższym), jakości samego paliwa, zawartości wilgoci oraz – w większym stopniu niż w przypadku bardziej konwencjonalnych paliw – odległości w transporcie. Paliwo drewniane może być teoretycznie „darmowym” surowcem, pod warunkiem że odbiorca końcowy ma dostęp do własnych lokalnych zasobów tego surowca.

Biomasa jest szczególnie atrakcyjna na obszarach, gdzie to paliwo jest już dostępne, zaś alternatywne paliwa, takie jak olej opałowy są drogie. Na większą skalę i przy dłuższych odległościach od źródła biomasy, jej koszty rosną.

Mimo że cena stałej biomasy waha się dość znacznie, w regionach, gdzie jest ona dostępna lokalnie biomasa często jest i tak tańsza niż inne paliwa przeznaczone do celów grzewczych.

Wpływ na środowisko naturalne     

Ilość dwutlenku węgla, który jest uwalniany do atmosfery podczas spalania biomasy jest równa ilości dwutlenku węgla pobieranego z atmosfery w ciągu całego cyklu życia rośliny. Chociaż stała biomasa może być teoretycznie określana mianem „węglowo obojętnej”, pewne gazy cieplarniane (GHG) zawsze zostaną wyemitowane do atmosfery podczas uprawy, produkcji i dystrybucji biomasy. Im bardziej lokalne (bliższe) jest źródło pozyskiwania biomasy, tym generalnie niższe są poziomy emisji, chociaż środek transportu użytego do przewozu biomasy ma niebagatelny wpływ na całościowy poziom emisji gazów cieplarnianych (transport drogą morską jest najbardziej skuteczny, zaś najmniej wydajny jest transport kołowy). Produkcja peletów drewnianych jest procesem zużywającym sporo energii, przez co może mieć wpływ na całościowy poziom emisji gazów cieplarnianych przy korzystaniu z biomasy.

Biomasa używana do spalania emituje lokalnie zanieczyszczenia powietrza, tak samo jak w przypadku spalania jakiegokolwiek paliwa stałego, np. węgla. Podczas spalania materiału organicznego do atmosfery emitowane są cząsteczki pyłu zawieszonego, tlenków azotu (NOx), tlenku węgla (CO), dwutlenku siarki (SO2), ołowiu, rtęci i innych substancji zanieczyszczających powietrze. W ostatniej dekadzie obserwujemy poprawę, jeśli chodzi o jakość urządzeń grzewczych, przeznaczonych zarówno do zastosowań mieszkaniowych, jak i przemysłowych – wiele z nich notuje efektywność na poziomie 90%, czyli dużo większą niż w przypadku tradycyjnych kominków i pieców na drewno. Nowoczesne, wydajne systemy spalania biomasy, w których spala się pelety drewniane lub wióry drzewne produkują mniej szkodliwych cząsteczek, ze szczególnym uwzględnieniem pozostałości po niepełnym spaleniu, w porównaniu z tradycyjnymi kominkami i piecykami. Prawo w Unii Europejskiej nie wyznacza precyzyjnych regulacji, jeśli chodzi o niewielkie i średnie systemy grzewcze (<50 MW) grzewcze do zastosowań domowych i komercyjnych. Jednakże, państwa członkowskie UE są zobowiązane do przestrzegania limitów, jeśli chodzi o poziom zanieczyszczenia powietrza, określony w Ramowej Dyrektywie w sprawie Jakości Powietrza. To, w jaki sposób normy te będą przestrzegane zależy już wyłącznie od danego państwa członkowskiego. Na obszarach o dużej ilości spalanych paliw stałych jakość powietrza może stanowić problem, który powinien zostać rozwiązany przez władze lokalne.

Stała biomasa nie konkuruje z uprawą żywności, dopóki grunty orne nie są przekształcane w takie, które służą wyłącznie uprawie biomasy do produkcji paliwa. W tym celu należy zapewnić gwarancje ochrony bioróżnorodności, aby ograniczyć potencjalne negatywne wpływy stosowania biomasy stałej. Oznacza to, między innymi, niewykorzystywanie drewna z lasów oraz innych chronionych obszarów o wysokim stopniu bioróżnorodności, a także zapewnienie dobrych praktyk z zakresu zrównoważonego rozwoju terenów leśnych (SFM), które będą wdrażane razem z ogólnokrajowymi i lokalnymi regulacjami prawnymi. Dobre praktyki SMF obejmują limity na wycinkę drzew oraz powtórne zalesianie, a także inne aspekty, takie jak ochrona jakości gleby. Komisja Europejska pracuje aktualnie nad zaostrzeniem kryteriów zrównoważonego rozwoju.

Wydajność

Wydajność biomasy zależy od rodzaju technologii, w ramach której surowiec zostaje zamieniony na ciepło i/lub energię elektryczną.

Obecnie znaczna część stałej biomasy wykorzystywanej w Europie jest spalana w mało wydajnych piecach lub kominkach, w których duża część ciepła ucieka przez komin. Energia uwalniana podczas spalania stałej biomasy w nowoczesnych systemach grzewczych jest wykorzystywana w bardzo skuteczny sposób – generalnie na poziomie ok. 90%.

Zawartość wilgoci w paliwie opartym na stałej biomasie wpływa na ilość energii dostępnej w procesie zamiany biomasy na potrzebne ciepło, a co za tym idzie, ma bezpośredni wpływ na wydajność tejże biomasy. Pelety drewniane są paliwem suchym (wilgotność utrzymuje się zwykle na poziomie 6-10%), podczas gdy poziom wilgoci w kłodach i wiórach drzewnych utrzymuje się przeważnie na poziomie 20-35% wilgotności.

Używanie paliwa o odpowiednio niskiej wilgotności jest kluczowym czynnikiem w obsłudze kotła. Jeżeli poziom wilgotności paliwa jest zbyt wysoki, może spowodować, że taki kocioł wyłączy się awaryjnie, natomiast gdy paliwo będzie zbyt suche, spali się zbyt szybko.

Wykorzystanie komercyjne

Stała biomasa jest komercyjnym paliwem, chętnie wykorzystywanym w całej Europie, zwłaszcza do celów grzewczych. Dostępność biomasy oraz odległość od źródła do miejsca, w którym zostaje ona zużyta są istotnymi czynnikami, które determinują w dużej mierze finalny koszt.

Technologie konwersji biomasy również dojrzały i rozwinęły się wraz z upływem czasu. Poczyniono znaczne postępy w obszarach systemów spalania na małą skalę oraz inteligentnych technologii kontroli i zarządzania, jak również w rozwoju wygodnych podajników, co pozwoliło osiągnąć relatywnie wysoki poziom wydajności, zmniejszając tym samym znacząco emisję szkodliwych substancji.

Utrzymanie i serwisowanie

Poziom utrzymania i serwisowania zależny jest od rodzaju technologii wykorzystywanej do zamiany biomasy na ciepło i/lub energię.

Nowoczesne kotły do spalania biomasy, w których spala się nawet najtrudniejsze materiały potrafią działać automatycznie, bez udziału człowieka. Wymagana jest jednak regularna (raz w tygodniu lub raz na dwa tygodnie) kontrola wizualna samego kotła, jak i podajnika paliwa, w celu sprawdzenia naoliwienia łożysk i opróżnienia popielnika. Niektóre kotły są wyposażone w mechanizm kompresji popiołu. Pozwala to oszczędzić czas na obsługę podajnika, który opróżnia się dzięki temu znacznie rzadziej. Jeżeli kocioł nie jest wyposażony w system automatycznego czyszczenia przewodu paliwowego, wymagana jest regularna konserwacja tego przewodu oraz samego komina (takie czynności konserwacyjne są zalecane dwa razy do roku).

Dane techniczne        

Poniżej znajduje się przegląd typowych specyfikacji paliw drewnianych z uwzględnieniem kluczowych parametrów.

Pelety drewniane

  • Gęstość nasypowa: 600 kg/m3
  • Wielkość cząsteczki (średnica): 6-8 mm dla systemów przydomowych i na mniejszą skalę
  • Wilgotność: <10%
  • Wartość grzewcza (NCV przy 10% wilgotności): 17 GJ/t

Wióry drzewne

  • Gęstość nasypowa: 250 kg/m3
  • Wielkość cząsteczki (średnica): 20-50 mm
  • Wilgotność: <35%
  • Wartość grzewcza (NCV przy 30% wilgotności): 12,5 GJ/t

Polana (drewno rąbane)

  • Gęstość nasypowa: 350-500 kg/m3
  • Wielkość cząsteczki (średnica): >100 mm
  • Wilgotność: 20% (w przypadku suszenia powietrzem
  • Wartość grzewcza (NCV przy 20% wilgotności): 14,7 GJ/t

Różnice regionalne

Istnieją znaczące różnice między dostępnością biomasy w różnych krajach europejskich, dlatego biomasa w jednych regionach jest bardziej atrakcyjna niż w innych krajach.

Kluczowe rynki europejskie, jeśli chodzi o stałą biomasę to: Austria, Dania, Niemcy oraz kraje skandynawskie.

Stowarzyszenia handlowe  

European Photovoltaic Industry Association (Europejskie Stowarzyszenie Przemysłu Fotowoltaicznego) www.epia.org