Wykorzystanie pelet jako paliwa

wydany w Czysta Energia – 2005-6
  DRUKUJ
Biomasa jest i w nadchodzącym ćwierćwieczu będzie najważniejszym odnawialnym źródłem energii. O jej przydatności do energetycznego wykorzystania decyduje m.in. wartość opałowa związana z kosztem uzyskania 1 GJ energii, a także cena rynkowa, często zależna od koniunktury na rynkach zachodnich.

Jedną z barier rozwoju rynku biomasy dla dużych jednostek energetycznych jest jej cena, która przy dzisiejszych uwarunkowaniach winna być niższa, w odniesieniu do jednostki efektywnej energii, niż cena równoważnego węgla z uwzględnieniem efektu ekologicznego.
Potencjalne zasoby energetyczne biomasy można podzielić na biomasę pochodzenia leśnego lub rolnego, oraz na odpady organiczne.
W związku z wykorzystywaniem biomasy ligno-celulozowej w dużych systemowych elektrowniach i elektrociepłowniach zaczęło jej brakować na potrzeby innych jednostek wytwórczych, takich jak celulozownie i zakłady produkujące płyty wiórowe. Ponadto wzrosły jej ceny. W tab. 1 przedstawiono plan pozyskiwania i sprzedaży drewna w 2005 r. w poszczególnych Regionalnych Dyrekcjach Lasów Państwowych (RDLP).

Tabela 1. Planowana sprzedaż drewna w różnych asortymentach w 2005 r. [tys. m3]
RDLP/grupa sortymentów
Drewno ogółem
Grubizna
Kopalniak S10
Drewno średniowymiarowe S2a, S2b
Pozostałe S3a, S3b, S11
Drewno opałowe S4
Drewno małowymiarowe M1, M2
Białysto
2 592
2 509
5
1 400
17
184
83
Gdańsk
1 144
1 065
3
458
8
89
79
Katowice
2 443
2 367
97
769
51
212
76
Kraków
684
654
9
238
4
46
30
Krosno
1 484
1 448
31
617
9
62
36
Lublin
1 464
1 411
62
532
22
117
52
Łódź
1 064
1 010
52
463
15
76
54
Olsztyn
2 255
2 181
20
1 047
15
139
74
Piła
1 376
1 237
48
654
50
81
139
Poznań
1 732
1 569
57
728
24
155
163
Radom
1 269
1 223
108
428
18
82
46
Szczecin
2 985
2 759
58
1 407
91
155
226
Szczecinek
2 562
2 306
28
1 213
46
81
256
Toruń
1 657
1 525
6
757
17
118
131
Warszawa
688
670
15
355
4
55
19
Wrocław
2 265
2 108
71
794
57
224
157
Zielona Góra
1 578
1 407
47
688
122
125
172
Razem
29 241
27 449
719
12 547
568
2 003
1 793


Formy sprzedaży drewna
Dla potencjalnych klientów przewiduje się następujące formy sprzedaży drewna w nadleśnictwach: przetarg ograniczony i nieograniczony, negocjacje cenowe z zachowaniem konkurencji oraz sprzedaż detaliczna – sprzedaż za gotówkę wg cennika detalicznego.
W przypadku sprzedaży w formie przetargu każdy nabywca winien podać proponowaną cenę zakupu za 1 m3 w każdej klasie jakościowo-wymiarowej, proponowany termin płatności, sposób zabezpieczenia wierzytelności w stosunku do sprzedającego drewno i termin dokonania zakupu drewna.
Negocjacje ilościowe dotyczące drewna planowanego do sprzedaży są prowadzone w okresie rocznym, a ceny negocjowane są najczęściej w okresach kwartalnych, w rozbiciu na asortymenty.
Na cele energetyczne aktualnie wykorzystuje się drewno opałowe (S4), drewno małowymiarowe (M1 i M2), pozostałości zrębowe (S3a, S3b i S11), drewno średniowymiarowe (S2a i S2b) oraz papierówkę (S2). Oczywiście, co do dwóch ostatnich można mieć zastrzeżenia, czy nie lepiej przeznaczyć je na inne cele, ale decyduje cena oferowana przez potencjalnego nabywcę na przetargu. W warunkach braku równowagi miedzy popytem a podażą zapewne nastąpi dalszy wzrost cen drewna.
Na rys. 1 pokazano kształtowanie się cen drewna oraz teoretyczne krzywe trendów obrazujące możliwy wzrost cen.
Na całkowity koszt pozyskania drewna z lasu w postaci zrębkowanej składają się koszty pozyskania surowca, zrębkowania, transportu, magazynowania i operacji pomocniczych.


Rys. 1. Ceny drewna opałowego w lasach i trendy liniowe

Słoma do produkcji pelet
Ilość słomy możliwej do energetycznego wykorzystania (spalania w piecach oraz produkcji pelet i brykietów) powinna być oceniana lokalnie. W tym celu zbiory słomy należy pomniejszyć o jej zużycie w rolnictwie. Na podstawie dotychczasowych badań przyjmuje się, że słoma w pierwszej kolejności ma pokryć zapotrzebowanie produkcji zwierzęcej (ściółka i pasza) oraz cele nawozowe (przyoranie) – aby utrzymać zrównoważony bilans glebowej substancji organicznej.
Na produkcję słomy wpływa wiele czynników. Do najważniejszych należy zaliczyć powierzchnię uprawy roślin, których produktem ubocznym jest słoma, plony, gatunek rośliny, odmiana, nawożenie, przebieg pogody itd. Przy tym należy zwrócić uwagę, że wprowadzane do uprawy nowe odmiany, przede wszystkim zbóż, są sztywno- i krótkosłome. Przeprowadzone badania wykazały, że od 1983 r. zbiory słomy zaczęły przewyższać zapotrzebowanie wynikające z produkcji rolniczej. Natomiast analiza w układzie regionalnym wykazała, że możliwości alternatywnego wykorzystania słomy są znacznie mniejsze, ponieważ w niektórych województwach część tych nadwyżek należy przeznaczyć na przeoranie, dla utrzymania zrównoważonego bilansu substancji organicznej w glebie. Potencjał słomy możliwej do uzyskania w rolnictwie związany jest z ryzykiem wynikającym z pochodzenia materiału organicznego.

Tab. 2. Zestawienie kosztów 1 GJ energii chemicznej w paliwie przy cenie zakupu słomy/siana 100 zł/t
Odległość transportu [km]
Wilgotność [%]/wartość opałowa [GJ/Mg]
14/14,5
21/12,5
33/9,0
koszt zł/GJ
do 40
8,97
10,40
14,44
do 60
9,66
11,20
15,56
do 100
10,69
12,40
17,22


Na podstawie prac własnych można określić, że w wyniku zmian atmosferycznych wahania zbioru zbóż dochodzą do +- 30% w odniesieniu do przeciętnej na danych warunkach glebowych. Przyjmując wpływ plonu ziarna na plon słomy w tych samych granicach zmiany w potencjale słomy mogą dochodzić do +- 30%.
Ponadto słoma i siano narażone są na wpływ warunków atmosferycznych w trakcie przygotowywania jako materiał opałowy. Zakładając najniższą wartość opałową 8 GJ/t, w odniesieniu do obliczeniowej wartości opałowej 13 GJ/t, wahania mogą sięgać 60%. Zatem w najbardziej niekorzystnej sytuacji oszacowanie plonu biomasy w odniesieniu do podanego może być mniejsze nawet o 90%. Taki przypadek wystąpił w Polsce w 1992 r. Produkcja słomy w tym roku spadła w porównaniu do 1991 r. o 28%, a nadwyżka do energetycznego wykorzystania aż o 95%.


Rys. 2. Produkcja i potencjał techniczny słomy do energetycznego wykorzystania oraz trendy liniowe

Na rys. 2. przedstawiono produkcję i potencjał techniczny słomy do energetycznego wykorzystania oraz trendy liniowe. W tab. 2 zestawiono koszty 1 GJ energii chemicznej w paliwie przy cenie zakupu słomy/siana wynoszącej 100 zł/t dla różnych odległości transportowych.
W bilansach energetycznych można rozważać również zasoby siana pochodzące z trwałych użytków zielonych nieużytkowanych. Średni plon suchej masy z nieużytkowanych użytków zielonych wynosi od 4,5 do 5 t/ha. Taki poziom plonów przyjęty został na podstawie wieloletnich szacunków wykonanych w Instytucie Nauk Rolniczych w Zamościu.

Tab. 3. Kalkulacja kosztu 1 GJ ciepła z wykorzystaniem pelet
Lp.
Wyszczególnienie
Przed modernizacją [zł]
Po modernizacji [zł]
I.
Nakłady inwestycyjne1
1.Cena kotła
63 187
2.Prace montażowe
36 834
3.Materiały instalacyjne i pomocnicze
3 500
4.Razem
0
103 521
II
Nakłady ekspoatacyjne
1.Paliwo - pelety (68 t po 500 zł/t
34 000
1.1Miał węglowy
14 400
2.Praca ludzi
28 800
64 800
3.Inne
2 000
2 000
Razem
64 550
81 200
Produkcja roczna ciepła [GJ]
1010
1010
Cena wytworzenia 1 GJ ciepła
62,35
80,4


Produkcja biomasy na plantacjach
Produkcja biomasy na cele energetyczne (do spalania w postaci zrębków oraz przetworzenia na pelety) jest realizowana również w uprawach polowych specjalnie prowadzonych w tym celu. Rośliną dominującą jest tu wierzba energetyczna. Wierzba z rodzaju Salix ma wiele odmian o różnych botanicznych i fizyczno-chemicznych właściwościach. Podstawowe właściwości fizyczne drewna wierzbowego są następujące: gęstość w stanie zupełnie suchym, w zależności od odmiany, wynosi 270-380 kg/m3, gęstość przy wilgotności 12-15%: 290-420 kg/m3, gęstość przy wilgotności ok. 60%, po ścięciu, 750-990 kg/m3, a drewno powietrzne suche 18-28%.
Koszt uzyskania 1 GJ energii z plantacji wierzby zawiera się w granicach 18-20 zł.
Generalnie do tej pory pelety były produkowane z materiałów odpadowych – trocin. Jednak niedobory tego surowca skłaniają do szukania innych źródeł. O opłacalności produkcji pelet decyduje cena surowca wejściowego.

Analiza ekonomiczna wykorzystania pelet
Pelety, w porównaniu do innych form biopaliw stałych, np. zrebków, są paliwem standaryzowanym, wykazującym większą stabilność, zajmują mniej miejsca do składowania (bowiem ich gęstość wynosi 650 kg/m3) i wymagają mniej pracy przy utrzymaniu i konserwacji instalacji kotłowej. Są one na ogół droższe niż inne paliwa z biomasy. Rzutuje to oczywiście na całość przedsięwzięcia związanego z ich energetycznym wykorzystaniem.
Obecnie na rynku średnia cena zakupu pelet wynosi ok. 400 – 500 zł/t.
Rozpatrzmy przypadek przedsięwzięcia modernizacyjnego, polegającego na zmianie sposobu zabezpieczenia potrzeb cieplnych starego systemu ciepłowniczego, wykorzystującego miał węglowy, na nowy, wykorzystujący pelety, przy następujących założeniach: kocioł węglowy o mocy 250 kW, całoroczna produkcja c.w.u., cena i wartość energetyczna miału: 240 zł/t oraz 20G J/t, sprawność systemu 70%, zużycie miału 6 t/miesiąc, zatrudnienie – trzy etaty po 2000 zł/miesiąc. Przy takich założeniach tab.3 koszt produkcji 1 GJ energii wynosi 69.04 zł/GJ.
W nowym systemie, projektowanym z wykorzystaniem paliwa w postaci pelet, przyjęto następujące założenia: kocioł na pelety (automatyczny) o mocy 200 kW, produkcja całoroczna c.w.u., sprawność systemu 83%, zużycie pelet 68 t/rok, a cena i wartość energetyczna pelet: 500 zł/t oraz 18 GJ/t. W tym systemie nie ma potrzeby tworzenia nowych miejsc pracy, ponieważ nowe obowiązki może rozłożyć między siebie trzech pracowników (za dopłatę do pensji w wysokości 800 zł dla każdego). Obliczenia przeprowadzono dla ceny pelet wynoszącej 400, 500 i 600 zł/t.


Rys. 3. Wpływ zmiany ceny pelet na koszt pozyskania 1GJ ciepła

Wpływ zmiany ceny pelet na koszt pozyskania 1 GJ ciepła przedstawiono na rys. 3.
Rosnące ceny i trudny dostęp do biomasy, szczególnie ligno-celulozowej, ograniczą rozwój produkcji pelet. Wykorzystanie ich do produkcji energii cieplnej, szczególnie w stosunkowo drogich i starych systemach, bazujących na węglu, wymaga szczegółowych analiz ekonomicznych. Może się jednak okazać opłacalne, tak jak w przytoczonej analizie przypadku.

Źródła
  1. Praca zbiorowa: Analiza możliwości i kosztów pozyskania biomasy do celów energetycznych. Maszynopis. Instytut Nauk Rolniczych. Zamość 2004.


doc. dr hab. inż. Anna Grzybek
IBMER, Polskie Towarzystwo Biomasy, Warszawa

Ten artykuł jest dostępny dla wszystkich

Z prenumeratą cyfrową lub papierową uzyskasz
bezpłatny dostęp do wszystkich treści.

Sprawdź ofertę prenumeraty

Zaloguj się  |  Prenumerujesz? – otrzymaj dostęp

comments powered by Disqus