Toryfikacja biomasy drogą do eliminacji barier technologicznych wielkoskalowego jej współspalania

• Autorzy: Kopczyński M. , Zuwała J.

Warianty tytułu

EN

Biomass torrefaction as a way for elimination of technical barriers existing in large-scale co-combustion

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Prognozy pokazują, że światowa konsumpcja energii elektrycznej wzrośnie od 2007 do 2035 r. o 49% (International 2010). Dodatkowo narzucony przez Parlament Europejski udział energii elektrycznej wyprodukowanej w odnawialnych źródłach energii (OZE) z roku na rok wzrasta. Szybki wzrost produkcji energii elektrycznej z OZE Polska zawdzięcza przede wszystkim rozwojowi technologii konwersji biomasy w krajowych obiektach energetycznych oraz elektrowniom wiatrowym. Jednakże głównym źródłem energii elektrycznej w OZE w Polsce w ostatnich latach jest energia chemiczna biomasy, z czego zdecydowaną większość wytworzono w procesach jej współspalania z paliwami kopalnymi (w 2011 roku około 80%) (URE 2012). Wielkoskalowe wytwarzanie energii z biomasy stałej związane jest jednak z występowaniem pewnych ograniczeń technologicznych, które przyczyniły się nie tylko do rozwoju nowych rozwiązań technologicznych w energetyce, lecz także do rozwoju procesów jej wstępnego przygotowania przed energetycznym wykorzystaniem, tj. suszenie, kompaktowanie, czy toryfikacja. Obiecującą metodą waloryzacji biomasy wydaje się być proces tzw. toryfikacji, w którym otrzymuje się produkt stały (tzw. toryfikat) o właściwościach fizykochemicznych, korzystniejszych w przypadku zastosowania go jako paliwa dla energetyki w porównaniu z biomasą surową. Toryfikat jest materiałem jednorodnym, charakteryzuje się przede wszystkim zwiększoną podatnością przemiałową i gęstością energetyczną, a jego właściwości fizykochemiczne zbliżone są bardziej do niskokalorycznych węgli niż do biomasy nieprzetworzonej (Bergman, Kiel 2005). W artykule przedstawiono strukturę wykorzystania odnawialnych źródeł energii w krajowej energetyce, przedstawiono bariery technologiczne występujące w procesach współspalania biomasy z węglem oraz przedstawiono korzyści wynikające zastąpienia jej biomasą toryfikowaną.

EN

According to the prognosis, world's energy consumption will increase by 49% (from 2007 to 2035, International 2010). Additionally, the obligatory share of electricity coming from renewable energy sources (RES) increases annually. Rapid growth of RES electricity production in Poland could be achieved mostly due to the dynamic development of biomass combustion and co-firing in domestic utilities and to the wind energy. Concerning biomass based electricity, the most of it was generated in the processes of co-firing with fossil fuels (80% of the total RES based electricity was coming from biomass cofiring in 2011, URE 2012). However large scale biomass based electricity bound with several technological barriers which enhanced the development of not only new technologies but also come-back to the implementation of its pre-processing processes, such as drying, compacting or torrefaction. The promising method of solid biomass valorization can be torréfaction, which leads to the achievement of solid fuel, which physicochemical properties are more favorable as to be used as a fuel in coal-dedicated installations. Torrified biomass has a homogenous structure, better milling per¬formance comparing to raqw biomass, has a higher energy density. All these features make a torrified biomass more like a coal than a biomass (Bergman, Kiel 2005). The paper presents the barriers of raw biomass use for energy production in Poland, torrefaction process itself and indicates the advantages of use torrified biomass for energy production in the existing coal fired utilities.

Słowa kluczowe

PL

toryfikacja; biomasa; współspalanie; zapalność i wybuchowość pyłów

EN

torrefaction; biomass; co-firing; flammability and explosiveness of dusts

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 16, z. 4
• Strony: 271--284
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kopczyński M.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

autor

Zuwała J.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

Bibliografia

• BERGMAN P.C.A., KIEL J.H.A., 2005 - Torrefaction for biomass upgrading. ECN publication, Report ECN-RX-05-180, 2005, http://www.ecn.nl
• BERGMAN P.C.A., 2005 - Combined torrefaction and pelletisation - The TOP process. ECN publication, Report ECN-C-05-073, http://www.ecn.nl
• BRIDGEMAN i in. 2008 - BRIDGEMAN T.G., JONES J.M., SHIELD I., WILLIAMS P.T., 2008 -Torrefaction of reed canary grass, wheat straw and willow to enhance solid fuel qualities and combustion properties. Fuel, 87, 844-856.
• COCKER-MACIEJEWSKA A., 2007 - Obróbka wstępna biomasy na potrzeby systemów energetycznych. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych t. 30, 133-141.
• DEKARZ D., 2012 - Jakość pracy instalacji młynowej a parametry pracy kotła. Energetyka Cieplna i Zawodowa, t. 6, 20-25.
• DUTKIEWICZ J., 1997 - Bacteria and fungi in organic dust as potential health hazard. Annals of Agricultural and Environmental Medicine 4, 11-60.
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego I Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r.
• FULCZYK F., GŁOWACKI E., 2010 - Problemy eksploatacyjne elektrofiltrów i instalacji odsiarczania spalin związane ze współspalaniem biomasy. Energetyka nr 6 (672), 379-384.
• GOLEC T., 2004 - Współspalanie biomasy w kotłach energetycznych, Energetyka nr 7/8, 437-445.
• International Energy Outlook 2010 - Highlights, U.S. Energy Information Administration.
• JOBCZYK T., 2010 - Instalacje biomasy a zagrożenie wybuchem. Powder & Bulk, t. 2.
• KALISKI i in. 2012 - KALISKI M., SZURLEJ A., GRUDZIŃSKI Z., 2012 - Węgiel i gaz ziemny w produkcji energii elektrycznej Polski i UE. Polityka Energetyczna t. 15, z. 4, 201-213.
• KOPCZYŃSKI 2011 - KOPCZYŃSKI M., GŁÓD K., ZUWAŁA J., 2011 - Analiza potencjalnych zagrożeń pożarowych podczas współmielenia biomasy i węgla dla procesów ich bezpośredniego współspalania. Chemik t. 65, nr 6, 580-589.
• KOPCZYŃSKI M., ZUWAŁA J., 2012 - Biomasa toryfikowana - nowe paliwo dla energetyki. Chemik t. 6, 540-551.
• KOPCZYŃSKI M., 2012 - Toryfikacja wierzby energetycznej. Energetyka Cieplna i Zawodowa t. 2, 39-42.
• KOWALEWSKA J., 2010 - Kto odpowiada za tamten wybuch? Gazeta Wyborcza, 2010-08-17.
• PHANPHANICH M., MANI S., 2011 - Impact of torrefaction on the grindability and fuel characteristics of forest biomass. Bioresource Technology t. 102, 1246-1253.
• SEBASTIAN i in. 2006 - SEBASTIAN A., MADSEN A.M., MÄRTENSSON L., POMORSKA D., LARS-SON L., 2006 - Assessment of microbial exposure risks from handling of biofuel wood chips and straw - effect of outdoor storage. Annals of Agricultural and Environmental Medicine 13, 139-45.
• URE, 2012 - Biuletyn Urzędu Regulacji Energetyki nr 2 (80) (http://www.ure.gov.pl).
• URE, 2013 - Biuletyn Urzędu Regulacji Energetyki (http://www.ure.gov.pl).
• ZUWAŁA J., HRYCKO P., 2005 - Analiza efektów energetycznych i ekologicznych procesu współspalania węgla i biomasy w kotle pyłowym OP-230. Polityka Energetyczna t. 8, z. spec., Wyd. IGSMiE PAN.
• ZUWAŁA i in. 2010 - ZUWAŁA J., TOPOLNICKA T., GŁÓD K., KOPCZYŃSKI M., 2010 - Zastosowanie technik sprzężonych TGA-MS oraz m-GC do analizy przebiegu procesów termicznego rozkładu mieszanek węgla i biomasy. Przemysł Chemiczny t. 89, nr 6, s. 812-816.
• WITT i in. 2012 - WITT J., BIENERT K., SCHAUBACH K., 2012 - Production of pellets from torrefied wood and introduction to SECTOR project. BalBic Project Kick-Off-Workshop, 23th March 2012 Salaspils at LSFRI Silava library (www.dbfz.de).