Opportunities for bioenergy in Poland:biogas and solid biomass fuelled power plants

• Autorzy: Budzianowski W. M.

Warianty tytułu

PL

Szanse dla bioenergetyki w Polsce:elektrownie opalane biogazem i biomasą stałą

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article analyses economic, environmental, energy policy-related and technological opportunities for the development of bioenergy in Poland. Bioenergy potential is compared with other four renewable energies, i.e. wind, hydro, solar and geothermal energies, taking into account national spatial considerations. It is shown that bioenergy is highly sustainable, can be relatively cheap in Poland in the near-term, exhibits several environmental benefits and that its development can be stimulated by the newly modified Polish system of green certificates. However, the financial support in the new system can mostly relate to innovative bioenergy technologies and not to large-scale co-combustion of biomass with coal in existing power plants, which is the dominating technology in Poland. Therefore, in the technological part of this work, the state of the art and innovative biopower technologies are briefly characterised. For biogas fuelled power plants the practicalities of gas engines and gas turbines operating in cogeneration, fuel cells and technologies for upgrading biogas to gaseous fuels, i.e. compressed biogas, bio-methane, bio-syngas and bio-hydrogen, are addressed. For solid biomass fuelled power plants the analysis is focused on direct combustion, dominating co-combustion, gasification, torrefaction, pyrolysis and thermal processing of wastes. Further, the practical thermodynamic design principles for solid biomass power plants are introduced and the concept of multi-step solid biomass gasification is presented, which is beneficial for distributed bioenergy systems minimising solid biomass transportation costs.

PL

Artykuł analizuje ekonomiczne, środowiskowe związane z polityką energetyczną i technologiczne szanse dla rozwoju bioenergetyki w Polsce. Potencjał bioenergetyki porównano z pozostałymi czterema technologiami energetycznymi ze źródeł odnawialnych z uwzględnieniem krajowych uwarunkowań przestrzennych. Pokazano, że bioenergia umożliwia zrównoważony rozwój regionów, może być relatywnie tania w Polsce w niedługim horyzoncie czasowym, wykazuje szereg korzyści środowiskowych oraz może być stymulowana przez właśnie modyfikowany polski system zielonych certyfikatów. Jednakże wsparcie finansowe po modyfikacji może głównie dotyczyć innowacyjnych technologii bioenergetycznych a nie wielkoskalowego współspalania biomasy z węglem w istniejących elektrowniach, która jest obecnie technologią dominującą w Polsce. Dlatego też, w części technologicznej niniejszej pracy, krótko scharakteryzowano aktualny stan techniki oraz spodziewane innowacje z zakresu technologii bioenergetycznych. Dla elektrowni biogazowych zaadresowano silniki gazowe i turbiny gazowe pracujące w kogeneracji, ogniwa paliwowe i technologie uszlachetniania biogazu do paliw gazowych, t.j. sprężonego biogazu, bio-metanu, bio-syngazu i bio-wodoru. Dla elektrowni opalanych biomasą stałą analiza skupiała się na bezpośrednim spalaniu, obecnie dominującym współspalaniu, zgazowaniu, toryfikacji, pirolizie i termicznym przetwarzaniu odpadów. Na koniec przedstawiono praktyczne termodynamiczne zasady projektowania elektrowni biomasowych i zaprezentowano koncepcję technologii wielostopniowego zgazowania biomasy, korzystną w rozproszonym systemie bioenergetycznym minimalizującym koszty transportowe biomasy stałej.

Słowa kluczowe

EN

bioenergy; biogas; solid biomass; energy policy; innovation; power plant

PL

bioenergetyka; biogaz; biomasa stała; polityka energetyczna; innowacja; elektrownia

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 3
• Strony: 138--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Budzianowski W. M.

• Wrocław University of Technology, Wrocław,

Bibliografia

• [1] Briens C., Piskorz J., Berruti F.: Biomass valorization for fuel and chemicals production - a review. International Journal of Chemical Reactor Engineering 6 (2008) R2.
• [2] Budzianowski W.M.: A comparative framework for recirculating combustion of gases. Archivum Combustionis 30 (2010) 25-36.
• [3] Budzianowski W.M.: An oxy-fuel mass-recirculating process for H2 production with CO2 capture by autothermal catalytic oxyforming of methane. International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 7454-7469.
• [4] Budzianowski W.M.: A rate-based method for design of reactive gas-liquid systems, Rynek Energii 83(4) (2009) 21-26.
• [5] Budzianowski W.M.: Engineering benefits of mass recirculation in novel energy technologies with CO2 capture. Rynek Energii 88(3) (2010) 151-158.
• [6] Budzianowski W.M.: Mass-recirculating systems in CO2 capture technologies: A review. Recent Patents on Engineering 4 (2010) 15-43.
• [7] Budzianowski W.M.: Negative net CO2 emissions from oxy-decarbonization of biogas to H2. International Journal of Chemical Reactor Engineering 8 (2010) A156.
• [8] Budzianowski W.M.: Role of catalytic technologies in combustion of gaseous fuels. Rynek Energii 82(3) (2009) 59-63.
• [9] Budzianowski W.M.: Thermal integration of combustion-based energy generators by heat recirculation. Rynek Energii 91(6) (2010) 108-115.
• [10] Budzianowski W.M., Koziol A.: Determination of parameters of a catalyst particle in non-stationary conditions. Chemical and Process Engineering 25 (2004) 751-756.
• [11] Budzianowski W., Koziol A.: Stripping of ammonia from aqueous solutions in the presence of carbon dioxide: Effect of negative enhancement of mass transfer. Chemical Engineering Research and Design 83 (2005) 196-204.
• [12] Budzianowski W.M., Miller R.: Auto-thermal combustion of lean gaseous fuels utilizing a recuperative annular double-layer catalytic converter. Canadian Journal of Chemical Engineering 86 (2008) 778-790.
• [13] Budzianowski W.M., Miller R.: Effect of energy release and detailed surface mechanisms on multicomponent catalytic combustion. Environment Protection Engineering 34(4) (2008) 17-26.
• [14] Budzianowski W.M., Miller R.: Superadiabatic lean catalytic combustion in a high-pressure reactor. International Journal of Chemical Reactor Engineering 7 (2009) A20.
• [15] Budzianowski W.M., Miller R.: The effect of process factors on the reaction rate of catalytic combustion: by a new method and a new reactor configuration. Chemical and Process Engineering 30 (2009) 149-161.
• [16] Budzianowski W.M., Miller R.: Towards improvements in thermal efficiency and reduced harmful emissions of combustion processes by using recirculation of heat and mass: A review. Recent Patents on Mechanical Engineering 2 (2009) 228-239.
• [17] Chaoui H, Montes F, Rotz CA, Richard TL, Volatile ammonia fraction and flux from thin layers of buffered ammonium solution and dairy cattle manure, T ASABE 52 (2009) 1695-1706
• [18] Chen W.-H., Chiu T.-W., Hung C.-I.: Hydrogen production from methane under the interaction of catalytic partial oxidation, water gas shift reaction and heat recovery. International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 12808-12820.
• [19] Coskun C, Akyuz E, Oktay Z, Dincer I, Energy analysis of hydrogen production using biogas-based electricity, Int J Hydrogen Energ 36 (2011) http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.12.125
• [20] Dunbar W.R., Lior N.: Sources of combustion irreversibility. Combustion Science and Technology 103 (1994) 41-61.
• [21] Ejlali A., Ejlali A., Hooman K., Gurgenci K.: Application of high porosity metal foams as air-cooled heat exchangers to high heat load removal systems. International Communications in Heat and Mass Transfer 36 (2009) 674-679.
• [22] Ghermay Y, Mantzaras J, Bombach R, Boulouchos K, Homogeneous combustion of fuel-lean H2/O2/N2 mixtures over platinum at elevated pressures and preheats, Combust Flame 158 (2011) http://dx.doi.org/10.1016/j.combustflame.2010.12.025
• [23] Greer T., Bedelbayev A., Igreja J.M., Gomes J.F., Lie B.: A simulation study on the abatement of CO2 emissions by de-absorption with monoethanolamine. Environmental Technology 31 (2010) 107-115.
• [24] Igliński B., Kujawski W., Buczkowski R., Cichosz M.: Renewable energy in the Kujawsko-Pomorskie Voivodeship (Poland). Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 1336-1341.
• [25] Kjelstrup S., Coppens M.-O., Pharoah J.G., Pfeifer P.: Nature-inspired energy- and material efficient design of a polymer electrolyte membrane fuel cell. 24 (2010) 5097-5108.
• [26] Kotowicz J., Janusz-Szymańska K.: Energy requirement of a two stage membrane separation unit of CO2 from flue gases of the power unit. Rynek Energii 91(6) (2010) 56-61.
• [27] Lau C.S., Tsolakis A., Wyszynski M.L.: Biogas upgrade to syn-gas (H2-CO) via dry and oxidativereforming. International Journal of Hydrogen Energy 36 (2011) 397-404.
• [28] Lichota J.: Computations of district heating network. Rynek Energii 91(6) (2010) 71-76.
• [29] Mansourizadeh A, Ismail AF, CO2 stripping from water through porous PVDF hollow fiber membrane contactor, Desalination (2011) http://dx.doi.org/10.1016/j.desal.2011.01.055.
• [30] Milewski J., Lewandowski J.: Solid oxide fuel cell fuelled by biogases. Archives of Thermodynamics 30 (2009) 25-44.
• [31] Najser J., Ochodek T., Chłond R.: Functioning of installation for a biomass gasification and economic aspects of electricity generation. Rynek Energii 85(6) (2009) 68-74.
• [32] Oasmaa A., Solantausta Y., Arpiainen V., Kuoppala E., Sipilä K.: Fast pyrolysis bio-oils from wood and agricultural residues. Energy and Fuels 24 (2010) 1380-1388.
• [33] Pöshl M., Ward S., Owende P.: Evaluation of energy efficiency of various biogas production and utilization pathways. Applied Energy 87 (2010) 3305-3321.
• [34] Prins M.J., Ptasinski K.J., Janssen F.J.J.G.: More efficient biomass gasification via torrefaction. Energy 31 (2006) 3458-3470.
• [35] Romeo L.M., Usón S., Valero A., Escosa J.M.: Exergy analysis as a tool for the integration of very complex energy systems: the case of carbonation/calcination CO2 systems in existing coal power plants. 4 (2010) doi:10.1016/j.ijggc.2009.12.012.
• [36] SETIS (Strategic energy technologies information system). (2011) setis.ec.europa.eu (2011-03-07).
• [37] Stehlík P.: Contribution to advances in waste-to-energy technologies. Journal of Cleaner Production 17 (2009) 919-931.
• [38] Śliwiński W., Poprawski L., Budzianowski W.M.: Analiza wykorzystania naturalnych bogactw regionu w kontekście rozwoju społeczno-gospodarczego z uwzględnieniem przekrojów przestrzennych, w związku z perspektywą wyczerpania się złóż naturalnych bogactw. Analiza współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach projektu „Analizy, badania i prognozy na rzecz Strategii Rozwoju Województwa Dolnośląskiego” [POKL.08.01.04-02-003/08]. (2011).
• [39] Teodorczyk A.: Scale effects on hydrogen-air fast deflagrations and detonations in small obstructed channels. Journal of Loss Prevention in the Process Industries 21 (2008) 147-153.
• [40] Tippayawong N., Promwungkwa A., Rerkkriangkrai P.: Long-term operation of a small biogas/diesel dual fuel engine for on-farm electricity generation. Biosystems Engineering 98 (2007) 26-32.
• [41] van der Ham L.V., Gross J., Kjelstrup S.: Two performance indicators for the characterization of the entropy production in a process unit. Energy 36 (2011) doi: 10.1016/j.energy.2010.11.012.
• [42] van Herle J., Maréchal F., Leuenberger S., Membrez Y., Bucheli O., Favrat D.: Process flow model of solid oxide fuel cell system supplied with sewage biogas. Journal of Power Sources 131 (2004) 127-141.
• [43] Zhou X., Wang F., Hu H., Yang L., Guo P., Xiao B.: Assessment of sustainable biomass resource for energy use in China. Biomass and Bioenergy 35 (2011) 1-11.