Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej w Gnieźnie jest własnością gminy Miasto Gniezno, dzięki temu samorząd ma wgląd nie tylko w to jak wytwarzane jest ciepło, ale także jakie koszty za zapewnienie sobie komfortu cieplnego ponoszą mieszkańcy miasta. Gnieźnieński PEC, to średnia firma ciepłownicza, której wytwarzanie ciepła jeszcze na początku ub. r. było praktycznie oparte wyłącznie na miale węglowym.
Roczna produkcja ciepła to ok. 450 000 GJ, a sprzedaż to ok. 380 000 GJ rocznie. Straty przesyłowe i technologiczne wynoszą 13%. Moc zainstalowana we wszystkich źródłach wynosi 90,29 MW, moc zamówiona przez wszystkich odbiorców wynosi 84,17 MW (-18°C). Głównymi źródłami wytwarzania ciepła systemowego są obecnie dwie ciepłownie: C-13 (75,59MW) przy ul. Spichrzowej i C-14 (11,63MW) przy ul. Marii Pawlikowskiej -Jasnorzewskiej. Pierwsza z nich ze względu na zainstalowaną moc cieplną powyżej 20 MW jest objęta systemem umarzania uprawnień do emisji CO2, zwanym systemem EU ETS. Druga nie jest obecnie objęta takim systemem. Typoszereg kotłów w obu ciepłowniach to WR 5 do WR 25. Są to kotły standardowo opalane miałem węglowym, dla których jest to paliwo dedykowane i najbardziej optymalne. System ciepłowniczy miasta Gniezna to sieć ciepłownicza o długości 53 km, w tym 39 km w technologii rur preizolowanych (73%). Energia cieplna jest rozdzielana między odbiorców przez 378 węzłów cieplnych, z czego 321 to węzły własne (84,9%), a 57 węzły będące własnością odbiorców (15,1%). Z tego 326 to węzły indywidualne (86,2%), a 52 węzły grupowe (13,8%).
W jaki sposób analizowano możliwości wykorzystania biomasy zamiast miału węglowego?
Zastąpienie miału węglowego biomasą w przypadku kotłów typu WR, dla których dedykowanym paliwem jest miał węglowy o wartości opałowej w okolicach 23 GJ/Mg nie jest wcale takie oczywiste jakby mogłoby się wydawać. Z jednej strony należy zabezpieczyć proces spalania biomasy w kotle zgodnie z wytycznymi Urzędu Dozoru Technicznego. Z drugiej strony istnieje konieczność wielowariantowego przetestowania nie tylko samego procesu spalanie różnych rodzajów biomasy i wyboru najlepszej opcji dla tego typu kotłów, ale także zastosowania rozwiązań, które pozwoliłyby prowadzić proces spalania w sposób optymalny. Dlatego dla znalezienia najlepszych i najkorzystniejszych rozwiązań dla przedsiębiorstwa i pozyskania odpowiedniej wiedzy postanowiono zastąpić miał węglowy biomasą w ramach prac rozwojowych. Polegają one na nabywaniu, łączeniu, kształtowaniu i wykorzystywaniu dostępnej aktualnie wiedzy i umiejętności do planowania produkcji oraz projektowania i tworzenia zmienionych, ulepszonych procesów. Podjęto także decyzję o ubieganie się o uzyskanie ulgi podatkowej na działalność badawczo-rozwojową, która pozwala odliczyć od podstawy opodatkowania wydatki związane z prowadzeniem prac badawczo-rozwojowych.
Dlaczego zielona transformacja?
Transformacja sektora energetycznego, która eliminuje z procesów wytwarzania energii elektrycznej i ciepła paliwa kopalne, to nie tylko wymóg zmieniającego się prawodawstwa w Unii Europejskiej, ale także nasze zobowiązanie w stosunku do przyszłych pokoleń. W oczekiwaniu na możliwość przyjęcia docelowych kierunków transformacji energetycznej poszukiwano rozwiązań, które pozwolą osiągnąć Przedsiębiorstwu Energetyki Cieplnej w Gnieźnie Sp. z o.o. status efektywnego systemu ciepłowniczego, przy wykorzystaniu posiadanego potencjału wytwarzania ciepła. Przedsiębiorstwo chciało także uniknąć konieczności umarzania uprawnień do emisji CO2 w przypadku Ciepłowni C13. Postanowiono przeanalizować możliwość zastosowania biomasy, jako paliwa do wytwarzania ciepła, które uważane jest jako bezemisyjne, czyli nie powodujące w określonych warunkach konieczności umarzania uprawnień do emisji CO2. W ciepłowni C14 w dalszym ciągu postanowiono wykorzystywać miał węglowy, jako najtańsze paliwo służące do wytwarzania ciepła systemowego, gdyż wytwarzane tam ciepło nie jest objęte systemem EU ETS. Jest to jednak sytuacja przejściowa. Komisja Europejska w ramach pakietu aktów prawnych pod wspólnym szyldem „Gotowi na 55” – Fit for 55, który odnosi się do 55%, czyli nowego celu przejściowego redukcji emisji w Unii Europejskiej na 2030 r., wprowadziła dodatkowy system umarzania uprawnień do emisji CO2, który nosi nazwę EU ETS2. W ramach tego systemu każdy sprzedawca węgla po 2027 r. lub 2028 r. jeśli ceny energii na rynkach europejskich będą wysokie, jeśli nie dostarcza go do systemu objętego EU ETS, będzie zobowiązany doliczyć do każdego Mg sprzedawanego węgla koszt umorzenia dwóch uprawnień, których cena nie ma przekroczyć 45 Euro. Oznacza to że produkcja Ciepła systemowego z miału węglowego w ciepłowni C14 przestanie być opłacalna. Wówczas planowane jest wdrożenie kolejnych rozwiązań technologicznych z zakresu transformacji energetycznej.
Jak dokonano wyboru paliwa biomasowego?
Zastępowanie miału węglowego biomasą w przypadku Ciepłowni C13 trwa już od marca 2023 r., od kiedy prowadzone są testy z różnymi rodzajami biomasy. Poza peletem drzewnym, testowane były surowe odpady tartaczne, odpady produkcyjne z zakładów drzewnych, brykiety drzewne, brykiety ze słomy oraz PKS – Palm Kernel Shell (rozdrobniona łupina orzecha palmy – olejowca gwinejskiego). Analizowany był proces spalania i jego efektywność, sprawność oraz kwestie logistyczne zarówno w zakresie dostaw, jak i transportu wewnątrz zakładu.
Ze względu na to, że proces wytwarzania ciepła systemowego prowadzony jest obecnie w kotłach dedykowanych do spalania miału węglowego o wartości opałowej ok. 23 GJ/Mg, na podstawie wielomiesięcznych testów podjęto decyzję, że do produkcji ciepła systemowego w okresie poprzedzającym pełną transformację energetyczną wykorzystywana będzie biomasa w postaci peletu drzewnego lub PKS – Palm Kernel Shell (rozdrobniona łupina orzecha palmy – olejowca gwinejskiego), spełniająca kryteria zrównoważonego rozwoju (KZR).
Zgodnie z zapisami dyrektywy Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2001 z dnia 11 grudnia 2018 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych, tzw. dyrektywy RED II, tylko biomasa spełniająca kryteria zrównoważonego rozwoju, potwierdzona odpowiednim certyfikatem wydanym przez jeden z dobrowolnych systemów certyfikacji kryteriów zrównoważonego rozwoju na potrzeby wymagań systemu EU ETS, które uzyskały pozytywną ocenę Komisji Europejskiej, np. SURE, KZRINIG, ISCC – pozwala na nie umarzanie uprawnień do emisji CO2 w związku ze spalaniem jej w systemach objętych EU ETS. Dlatego PEC certyfikował się także w tym zakresie.
Jakie działania ostatecznie podjęto w zakresie kotłów i układu podawania paliwa?
Zastąpienie miału węglowego biomasą, szczególnie w postaci biomasy będącej peletem drzewnym stanowi wyzwanie nie tylko w zakresie prowadzenia procesu spalania, ale także w zakresie transportu biomasy do zasobników przykotłowych.
Pierwotnie założono dostawy na czas (just in time), co powodowało brak konieczności magazynowania biomasy, w szczególności budowania magazynów.
Magazynowanie biomasy w postaci przemysłowego peletu drzewnego, wiąże się przede wszystkim z utratą jej właściwości mechanicznych oraz obniżeniem wartości opałowej. Niemniej jednak dla zwiększenia elastyczności planowania i wyeliminowania dostaw w niedziele i święta postanowiono wybudować magazyn o pojemności ok. 230 Mg. Obecnie przedsiębiorstwo testuje w jaki sposób będzie zachowywał się pelet drzewny w trakcie jego przechowywania. Chodzi przede wszystkim o jego wartość opałową i wytrzymałość mechaniczną. Zauważono także, że w przypadku transportu przemysłowego peletu drzewnego systemem otwartych taśmociągów, dedykowanych do podawania miału węglowego, występuje niekorzystane zjawisko pylenia. Dlatego też zamontowano system odciągów, które minimalizują zapylenie w hali podawania opału.
Jakie efekty przyniosło zastąpienie miału węglowego?
Z dniem 29 lutego 2024 r., Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej w Gnieźnie osiągnęło status efektywnym systemu ciepłowniczego, co zostało potwierdzone certyfikatem wydanym przez TUV SUD Polska. W okresie od marca 2023 r. do końca lutego 2024 r. w ramach testów wyprodukowano ponad 200 tys. GJ, głównie z peletu drzewnego posiadającego certyfikat KZR. Osiągnięcie takiego statusu to nie tylko prestiż, ale także spełnienie wymogów prawnych, możliwość ubiegania się o zewnętrzne dofinansowania na dalszą transformację, czy uznanie ciepła z takiego sytemu jako produkowanego w warunkach bezemisyjnych. To niezwykle ważne nie tylko dla rozwoju, ale także przyszłości PEC w Gnieźnie.
Jakie ustalenia dokonano w związku z wykorzystaniem biomasy zamiast miału węglowego?
Podczas badań związanych ze spalaniem biomasy w kotle WR10M stwierdzono:
Szybsze zabrudzenie powierzchni ogrzewalnych kotła w stosunku do spalania miału węglowego, co powoduje obniżenie jego sprawności. Czyszczenie kotłów co 2 miesiące w sezonie grzewczym przy obciążeniu kotła ok. 8 MW.
Maksymalna sprawność kotła (wyższa niż dla miału węglowego) przy obciążeniu kotła między 60% do 80% mocy znamionowej.
Optymalnym obciążeniem kotła podczas spalania paliwa biomasowego bez modernizacji kotła jest obciążenie ok. 60% mocy znamionowej. Do tej wartości możliwe jest utrzymanie stężenia NOx na dopuszczalnym poziomie.
Emisja pyłów podczas spalania biomasy utrzymuje się na dopuszczalnym poziomie bez używania układu odpylania, dzięki czemu nie istnieje ryzyko przepalenia worków w insta-
lacji oczyszczania spalin (możliwość użycia bajpasa).
Wyższe temperatury spalin, podczas spalania biomasy w stosunku do spalania miału węglowego ogranicza możliwość obciążania kotła do mocy znamionowej. Optymalna wartość oscyluje ok. 60%.
Na bazie tych badań powstała praca magisterska napisana przez studentkę Politechniki Poznańskiej.
Jakie działania modernizacyjne podjęto?
W ramach dostosowania kotłów do spalania biomasy zlecono opracowanie oceny zagrożenia wybuchem oraz dokumentacji zabezpieczenia przed wybuchem. Na podstawie obserwacji i wytycznych projektowych zlecono opracowanie dokumentacji modernizacji kotłów w części technologicznej. Wskazano działania obligatoryjne:
zabudowa instalacji gaszenia wnętrza leja zasypowego rusztu,
zabudowa i podłączenie napędu elektrycznego zasuwy łukowej rusztu i warstwownicy w celu automatycznego zamknięcia od temperatury maksymalnej tj. 60oC,
zabudowa zasuwy płytowej na zbiorniku przykotłowym z napędem elektrycznym,
zabudowa automatycznej instalacji gaszenia ognia w zasobniku przykotłowym,
instalacja odprowadzenia pyłu przy napełnianiu zbiornika,
zabudowa czujnika poziomu paliwa w zasobniku.
Wyznaczono także działania opcjonalne:
zabudować kamerę przemysłową do obserwacji zapłonu przez wykorzystanie istniejącego wziernika do zdalnej obserwacji z nastawni w trakcie spalania peletu drzewnego, agro lub PKS na ruszcie,
zabudować automatyczny czujnik do obserwacji występowania iskier w spalinach za kotłem (w celu ochrony worków filtracyjnych filtra workowego przed ewentualnym ich spaleniem – uszkodzeniem),
znacznie zmniejszyć szybkość pracy przenośnika w celu ograniczenia rozdrobnienia peletu podczas napełniania zbiornika.
Jakie działania podejmie przedsiębiorstwo w celu dokonania docelowej transformacji?
Zastąpienie miału węglowego biomasą, a właściwie peletem drzewnym – to tak naprawdę kupienie czasu na przygotowanie docelowych rozwiązań. Przedsiębiorstwo posiada strategię rozwoju, w której jako technologie do zastosowania została wskazana geotermia, kogeneracja oparta na wykorzystaniu różnych rodzajów biomasy, w tym biomasy agro pozyskiwanej lokalnie, czy też pompy ciepła. Jako inwestycje towarzyszące realizowane mają być magazyny ciepła, długo i krótko okresowe. Do transformacji przedsiębiorstwo podchodzi elastycznie i cały czas analizowane są możliwości zastosowania innych dostępnych technologii, w tym wykorzystania nadmiaru energii elektrycznej do produkcji i magazynowania ciepła. Podjęcie decyzji o wykorzystaniu biomasy zamiast miału węglowego i uzyskanie statusu efektywnego systemu ciepłowniczego pozwala przedsiębiorstwu na racjonalne i analityczne podejście do docelowej transformacji. Jest to tyle ważne, że planowane działania są bardzo kosztowne i nawet przy założeniu dofinansowania na poziomie 50% i tak duża część kosztów zostanie przerzucona na ostatecznych odbiorców. Misją zaś Przedsiębiorstwa Energetyki Cieplnej w Gnieźnie jest dostarczanie Ciepła w sposób ciągły, pewny, bezpieczny i możliwie jak najtańszy.
Autor: Jarosław Grobelny, Prezes Zarządu, Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej w Gnieźnie Sp. z o.o.
Źródło: Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej w Gnieźnie Sp. z o.o.
(Artykuł z wydania nr 5-6(96)/2024 „Nowa Energia” )
