Dyrektywa CAFE (część II)

foto: http://pl.fotolia.com/

foto: http://pl.fotolia.com/

foto: http://pl.fotolia.com/

Nie od dzisiaj wiadomo, że ekologicznie najczystszym paliwem kopalnym jest gaz, chociażby z samego faktu, że nie zawiera substancji mineralnej, a tym samym w procesie spalania nie będzie emisji pyłu zawierającego popiół lotny. Również oczywistym jest, że biorąc pod uwagę wygodę obsługi instalacji, należy wybierać gaz.

Aktualnie coraz większą uwagę zwraca się na odnawialne paliwo stałe, jakim jest biomasa. Niestety, zawiera ona też substancję mineralną. Mając na uwadze te właściwości paliw stałych powinniśmy wybierać gaz, ale wskazany powyżej brak dostępności gazu i często jego cena powodują, że właściciel mieszkania, jednorodzinnego domu wybiera paliwo stałe, najczęściej węgiel.

Stosując powtarzaną ciągle opinię, można z góry założyć, że wybierając węgiel będziemy mocno zagrażać środowisku i sobie. Z kolei biorąc pod uwagę strategię przeciwdziałania zmianom klimatu, powinniśmy wybierać biomasę. Natura obdarzyła jednak nasz kraj w paliwa stałe – kopalne (węgiel kamienny, brunatny), odnawialne (biomasę), a może i w gazowe, jeżeli powiedzie się strategia wydobycia gazu łupkowego. Powinniśmy więc wykorzystywać te surowce do produkcji ciepła, ale z zastosowaniem urządzeń grzewczych – kotłów c.o., których konstrukcja spełnia wymagania BAT, czyli najlepszych dostępnych na rynku technik spalania. Do takich należą na pewno kotły c.o., w których zastosowano pełną automatyzację wprowadzania paliwa do komory spalania i kontrolę jego ilości oraz dystrybucję powietrza spalania na pierwotne i wtórne oraz sterowanie jego ilością i kontrolę tej ilości w zależności od ilości spalanego paliwa – jednym słowem pełną automatyzację kontroli procesu spalania. Takie kotły c.o. są dostępne na rynku urządzeń grzewczych, o czym świadczy też bogata oferta producentów, dostępna w sieci internetowej oraz ukazująca się na łamach literatury popularno- technicznej.

Aktualnie są dostępne na rynku i konkurencyjne cenowo – w stosunku do kotłów opalanych gazem – kotły na paliwa stałe (w naszym kraju i w całej Europie), które spełniają wymagania najlepszych dostępnych technik spalania węgla i biomasy jako paliwa stałego. Są one wyposażone w odpowiednie zasobniki paliwa, które pozwalają na praktycznie nieprzerwaną pracę kotła przez 3-6 dni, w zależności od warunków atmosferycznych. Zastosowane sterowniki dostosowują same ilość podawanego paliwa w zależności od wartości opałowej paliwa (węgla) i ilość powietrza do spalania w zależności od ilości podawanego paliwa. Dzięki temu kocioł jest w stanie wyprodukować dokładnie tyle energii, ile jest konieczne do pokrycia zapotrzebowania konkretnej ogrzewanej powierzchni budynku mieszkalnego. Kotły o mocy powyżej 50 kW stosowane do ogrzewania dużej kubatury budynku lub budynku wielorodzinnego są wyposażone w podajniki paliwa z magazynu paliwa. Nie da się jednak ukryć, że paliwo musi być okresowo dostarczane zarówno do zasobnika, jak i do magazynu paliwa. Paliwem do kotłów węglowych, zautomatyzowanych, nazywanych popularnie retortowymi, jest węgiel sortymentowy, płukany, o uziarnieniu 5-25 mm. Tak przygotowane paliwo węglowe zostało nazwane ekogroszkiem, dla odróżnienia od sortymentów stosowanych do opalania kotłów ręcznie zasilanych paliwem. Nie można jednak nazywać tego paliwa paliwem ekologicznym w sensie technicznym z powodów jak powyżej wykazano. Natomiast można w uproszczeniu nazywać automatyczne kotły c.o. węglowe (retortowe) ekologicznymi jako te, które spełniają wymagania BAT. Należy także zauważyć, że w nowoczesnej kompleksowej instalacji zaopatrzenia w ciepło indywidualnego gospodarstwa domowego kotły te mogą współpracować z kolektorami słonecznymi, wykorzystywanymi do podgrzewania wody użytkowej.

Ważnym parametrem charakteryzującym kotły jest ich sprawność energetyczna, najogólniej mówiąc zdolność do przetworzenia energii chemicznej paliwa w energię użyteczną (ciepło), i ekologiczna, określana wielkością emisji zanieczyszczeń. Standardowe kotły gazowe osiągają sprawność ponad 95 proc., olejowe na poziomie 93-94 proc., automatyczne opalane peletami drzewnymi 92- 93 proc., a automatyczne opalane węglem do 90 proc. W przypadku kotłów gazowych czy olejowych najlepszymi technicznymi rozwiązaniami są kotły kondensacyjne. Oczywiście mówimy o najlepszych rozwiązaniach konstrukcyjnych kotłów typu BAT. Efektywność ekologiczna dla tak porównywanych kotłów jest bez wątpienia najwyższa. Należy ją porównywać w odniesieniu do jednostki energii chemicznej wprowadzonej z paliwem, ale na pewno nigdy nie należy odnosić do jednostki ilości paliwa, litra (ciekłe paliwo), kg (paliwo stałe) czy objętości 1 m3 gazu. Każda z tych ilości odpowiedniego paliwa ma inną wartość energii chemicznej wyrażaną wartością opałową, więc takie porównywanie ilości emitowanych zanieczyszczeń jest nieuzasadnione. W tabeli 1 i na rysunku 1 przedstawiono wskaźniki emisji podstawowych zanieczyszczeń w przeliczeniu na 1 GJ energii wprowadzonej z paliwem oraz w przeliczeniu na 1 kWh.


Emisja pyłu, w tym sadzy, jak należało przypuszczać jest najmniejsza dla gazu a najwyższa dla węgla, podobnie w przypadku dwutlenku siarki. Jest to skutkiem, jak powyżej wykazano, występowania substancji mineralnej i siarki zawartej w paliwie. Emisja CO i lotnych związków organicznych zależy przede wszystkim od przebiegu procesu spalania, uzależnionego od zastosowanej technologii, organizacji procesu spalania i konstrukcji kotła, i dla porównywanych paliw jest już bardzo zbliżona. Kotły opalane węglem nie są już tak niebezpieczne dla środowiska jak głosi potoczna opinia, a w porównaniu do kotłów peletowych nie są na pozycji straconej. W wielu krajach „starej” UE do kotłów opalanych paliwami stałymi jest zalecane stosowanie odpylaczy, w wyniku czego kotły opalane paliwami stałymi stają się pod tym względem konkurencyjne dla kotłów olejowych. Opracowana konstrukcja odpylacza na Politechnice Śląskiej pozwala zredukować emisję pyłu o około 60-70 proc. [R. Kubica: Nowoczesne systemy ograniczania emisji TSP i jego subfrakcji PM10 i PM2.5 w energetyce rozproszonej małej mocy, w aspekcie dyrektyw UE oraz Konwencji LTRAP; Konferencja naukowo- techniczna nt. „PALIWA STAŁE W MAŁEJ ENERGETYCE ROZPROSZONEJ STAN AKTUALNY I PERSPEKTYWY”; Gliwice, 27-28 września 2011, www.itc.polsl.pl/malekotly].

Analiza kosztów wytwarzania ciepła w indywidualnych gospodarstwach domowych, z rozróżnieniem kosztów inwestycyjnych i kosztów eksploatacyjnych, przedstawiona została na rysunku 2. Jak widać najniższe koszty wytworzenia jednostki ciepła oferowane są przez urządzenia grzewcze opalane tzw. kwalifikowanym sortymentem węgla – groszkiem. Zbliżone niskie koszty są również charakterystyczne dla pompy ciepła. Urządzenie to, jednoznacznie uznawane za ekologiczne, jest zasilane energią elektryczną, która – jak wiadomo – w naszym kraju w przeważającej części produkowana jest z węgla. Przy porównywaniu różnych źródeł energii ten fakt należy wziąć pod uwagę. Ważną kwestią jest uwzględnienie logistyki paliw stałych, w tym biomasy, w ogólnym bilansie zanieczyszczeń czy procesów technologicznych składających się na cykl produkcyjny poszczególnych urządzeń. Rzetelna analiza oceny uciążliwości wytwarzania ciepła w sektorze indywidualnego mieszkalnictwa nie może być uproszczona do wyliczenia ilości emitowanych zanieczyszczeń w procesie otrzymywania jednostki energii cieplnej, ale winna uwzględnić wszystkie etapy wytwarzania urządzenia energetycznego – kotła c.o., pozyskiwania i przygotowania paliwa.


Obserwowany dynamiczny rozwój segmentu rynku zautomatyzowanych kotłów grzewczych opalanych kwalifikowanym sortymentem węgla – groszkiem (ale też i peletami) wynika głównie ze względów ekonomicznych – znacznie niższe koszty eksploatacyjne w porównaniu do gazu i oleju. Nie bez znaczenia dla zainteresowania właścicieli jednorodzinnych domów mieszkalnych jest ich automatyzacja obsługi. Dostępność kwalifikowanego sortymentu węgla dla kotłów zautomatyzowanych (retortowych, palnikowych-posuwowych) i pelet drzewnych w formie workowanej oraz mała ilość popiołu po spalaniu redukuje znacząco czas na obsługę tych instalacji grzewczych.

Podsumowanie

Podjęcie decyzji o wyborze źródła ciepła, efektywnego energetycznie, ekologicznie i ekonomicznie sposobu ogrzewania naszych mieszkań powinno być poprzedzone dogłębną analizą, w której należy wziąć pod uwagę przede wszystkim:
– dostępność źródła energii (paliwa, sieci ciepłowniczej, gazu sieciowego), również w odniesieniu do aktualnej i prognozowanej sytuacji społeczno-ekonomicznej, innymi słowy zasobności portfela przeciętnego mieszkańca,
– racjonalne wykorzystanie wszystkich dostępnych zasobów, zgodne z zasadami zrównoważonego rozwoju,
– stosowanie rozwiązań konstrukcyjnych, spełniających wymagania najlepszych dostępnych na rynku rozwiązań techniczno-technologicznych (ang. BAT) dla danego paliwa; każde paliwo stałe, ciekłe, ale też i gazowe źle spalane będzie powodować duże obciążenie dla środowiska poprzez zwiększoną emisję pyłu (w tym sadzy), tlenku węgla, lotnych związków organicznych (OGC), benzo(a)pirenu i innych kancerogennych, toksycznych zanieczyszczeń,
– koszty inwestycyjne, z uwzględnieniem okresu zwrotu poniesionych nakładów finansowych oraz koszty eksploatacyjne.

Biorąc pod uwagę paliwa kopalne, gaz jest paliwem niemającym konkurencji, oprócz kosztów eksploatacyjnych i dostępności. Z kolei gdy będziemy uwzględniać aktualną strategię wspierania OZE, powinniśmy wybierać kotły c.o. opalane peletami drzewnymi. Wybór węgla nie dyskwalifikuje go jako paliwa – źródła energii dla rozproszonego indywidualnego budownictwa. Należy pamiętać, że nie do końca paliwo decyduje o ekologiczności źródła energii, ale technologia jego przetwarzania na energię użyteczną – ciepło. W przypadku paliw stałych – węgla i biomasy – pełna automatyzacja procesu spalania będzie gwarantować wysoką sprawność ich przetworzenia w ciepło i ekologiczność jego uzyskiwania.

Dostępne na rynku kotły c.o. opalane paliwami stałymi, zwłaszcza węglem, w uwarunkowaniach Polski oraz zastosowanie innowacyjnych układów sterowania ich pracą i rozprowadzeniem ciepła w instalacji c.o. w zależności od warunków pogodowych sprawia, że kotły te cieszą się popularnością wszędzie tam, gdzie brak gazu, ciepła sieciowego, mimo wad, jakimi jest magazynowanie paliwa i to o odpowiednich właściwościach, usuwanie pozostałości po spalaniu i częste czyszczenie instalacji spalania.

Rynek urządzeń grzewczych małej mocy,  zwłaszcza kotłów c.o. i odnośnych paliw, jest stale monitorowany. Znane są działania zmierzające do ograniczenia emisji powodowanej przez tego typu urządzenia zainstalowane w sektorze ogrzewnictwa indywidualnego, w tym projekty unijne [Mudgal S., Turunen L., Roy N., Stewart R., Woodfield M., Kubica K., Kubica R.: Preparatory Studies for Eco-design Requirements of EuPs (II) Lot 15 Solid Fuel Small Combustion Installations]. Wskutek tych prac najbliższe lata z pewnością przyniosą nowe regulacje prawne, określające dopuszczalne wartości emisji z instalacji spalania w sektorze mieszkalnictwa. Nie oznacza to jednak, że paliwo, jakim jest węgiel, w tym tzw. „ekogroszek” zostanie wyeliminowane. Przy spełnieniu wszystkich wymogów paliwo to będzie z pewnością traktowane równorzędnie, co wynika z konieczności realizowania zasad zrównoważonego rozwoju.

Dla poprawy jakości powietrza w Polsce  konieczne jest wprowadzenie stosownych uregulowań prawnych (standardów emisyjnych dla instalacji spalania paliw stałych o mocy <1 MWth, eliminacji węgli poza sortymentowych – mułów, flotokoncentratu miałów węglowych z rynku paliw dla sektora komunalno-bytowego), wsparcie finansowe ze strony samorządów, uruchomienia programów ogólnokrajowych dla indywidualnych gospodarstw domowych, by modernizować lub instalować nowe instalacje grzewcze z wykorzystaniem najnowszych czystych technologii pozyskiwania energii. Niezależnie od tych działań konieczna jest szeroko pojęta edukacja ogólnotechniczna, by właściciel gospodarstwa domowego kierował się dogłębną analizą ekonomiczną, techniczną i troską o ochronę środowiska i zdrowia.