Węgiel kamienny jako źródło czystej energii, Górnictwo i Geologia AGH, gospodarka surowcami mineralnymi
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Ney R., Blaschke W., Lorenz U., Gawlik L., 2004 Î Węgiel kamienny jako źrdło czystej energii w Polsce Î Hard coal as a source clean energy in Poland. Międzynarodowa Konferencja áPrzyszłość węgla w gospodarce świata i PolskiÑ. Wyd. GIPH, Katowice, s. 224-240. Mię dzynarodowa Konferencja áPrzyszł ość wę gla w gospodarce ś wiata i PolskiÑ Katowice 15-16 listopada 2004. Wyd. GIPH, Katowice, s. 224-240 prof. dr hab. inż. Roman NEY prof. dr hab. inż. Wiesław BLASCHKE dr inż. Urszula LORENZ dr inż. Lidia GAWLIK Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Krakw Węgiel kamienny jako źrdło czystej energii w Polsce Referat przedstawiony na XIX Światowym Energetycznym Kongresie i Wystawie, 5Î9 września 2004 roku, Sydney, Australia, zorganizowanym przez Światową Radę Energetyczną. Streszczenie Zakłady energetyczne i ciepłownicze, wybudowane w Polsce w czasach gospodarki centralnie sterowanej, były przystosowane do spalania węgla surowego. Problemy zanieczyszczania środowiska wynikające z używania węgli wysokozasiarczonych były lekceważone. Węgiel dla energetyki zawierał od 25% do 35% popiołu i zazwyczaj od 1,2% aż do 2,8% siarki. Po roku 1990, zmiany wykazały i wymusiły potrzebę redukcji lotnego popiołu i tlenkw siarki. Dlatego też opracowano i wdrożono programy budowy zakładw przerbki do wzbogacania miałw węglowych oraz budowy w elektrowniach instalacji odsiarczania. Jakości i ilości węgla w pokładach są opisane w niniejszym referacie. Aktualna polityka państwowa jest nastawiona na dalsze zużywanie węgla w energetyce i ciepłownictwie, lecz przy zastosowaniu technologii zapewniających zmniejszenie zanieczyszczeń. Głwną tego przyczyną jest fakt, iż wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w Polsce jest w 97% oparte na węglu. Znacząca część sektora została już zmodernizowana i jest w stanie pracować efektywnie przez następne 15-25 lat. Generalna rekonstrukcja przemysłu wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, polegająca na przestawieniu się na inne paliwa niż węgiel nie jest możliwa ze względu na brak koniecznych środkw finansowych. Dlatego też dalsza efektywna restrukturyzacja polskiego grnictwa węgla kamiennego i dostosowanie go do warunkw i wymogw obowiązujących w Unii Europejskiej jest zadaniem pilnym. W niniejszym referacie opisano limity emisji nałożone przez przepisy ochrony środowiska na zakłady energetyczne i ciepłownicze, i emisje spowodowane spalaniem węgli o zrżnicowanej jakości. Nacisk położono na stymulator ekonomiczny wprowadzone w roku 1990 w formie pro-ekologicznego systemu cen. System cen okazał się być elementem polityki państwowej, ktry wymuszał poprawę jakości węgla. Przedstawiono projekty mające na celu zmniejszenie emisji z elektrowni do poziomw wymaganych przez Drugi Protokł Siarkowy oraz plany inwestycyjne polskiej energetyki. Wspomniano o potrzebie zabezpieczenia pokładw o niskiej zawartości siarki. -1- Ney R., Blaschke W., Lorenz U., Gawlik L., 2004 Î Węgiel kamienny jako źrdło czystej energii w Polsce Î Hard coal as a source clean energy in Poland. Międzynarodowa Konferencja áPrzyszłość węgla w gospodarce świata i PolskiÑ. Wyd. GIPH, Katowice, s. 224-240. 1. Wstęp Węgiel kamienny jest podstawowym nośnikiem energii w Polsce. Zużycie węgla kamiennego uległo zmniejszeniu z 110 Mt w roku 1993 do 82.3 Mt w 2002. Przewiduje się dalsze zmniejszenie aż do około 77 Mt w roku 2010. Zużycie węgla kamiennego w latach 1993 Î2002 przedstawiono w tabeli 1, a prognozy zapotrzebowania na węgiel do roku 2010 Î w tablicy 2. Pomimo spadkowego trendu zużycia jak i produkcji węgla kamiennego, pozostaje on głwnym nośnikiem energii pierwotnej. Tablica 3 pokazuje produkcję energii pierwotnej oraz zużycie energii pierwotnej w Polsce w latach 1971 i 2000. Produkcja i zużycie węgla w strukturze produkcji i zużycia paliw pierwotnych ulega zmniejszeniu. Polskie zasoby ropy naftowej i gazu ziemnego są nieznaczne podczas, gdy zasoby węgla są relatywnie duże, dlatego też węgiel kamienny - uzupełniany przez węgiel brunatny - pozostawać będzie podstawowym paliwem pierwotnym w kraju jeszcze przez wiele lat. Głwnym użytkownikiem węgla w Polsce jest sektor energetyczny. W Polsce 95% energii elektrycznej wytwarza się z węgla (61% z węgla kamiennego i 34% z węgla brunatnego). Jedynie 2,8% energii elektrycznej wytwarzają elektrownie wodne (włączając w to elektrownie szczytowo-pompowe), 2% energii wytwarza się z oleju opałowego, a tylko 0,3% z gazu. W poprzednim systemie ekonomicznym (gospodarka centralnie planowana) sektor energetyki krajowej był projektowany i budowany w sposb umożliwiający spalanie węgla surowego. Węgiel spalany w elektrowniach zawierał 25-35% popiołu (czasami nawet więcej) i 1,2-2,8% siarki. W tym czasie (lata 70-te i początek 80-tych) węgiel o uziarnieniu poniżej 20 mm nie był w ogle wzbogacany. Przyjmowano, że skoro możliwym było wybudowanie kotła, ktry spala węgiel surowy, nie ma żadnej potrzeby inwestowania w przerbkę węgla. Problemy emisji zanieczyszczeń, jak rwnież koszty wytwarzania elektryczności nie były w tym czasie ważne. Zmiany systemu politycznego i ekonomicznego w Polsce jakie rozpoczęły się w roku 1990, wymusiły zmiany w podejściu do problemu jakości węgla dla potrzeb energetycznych. Światowa polityka redukcji emisji zanieczyszczeń została wyrażona w licznych międzynarodowych porozumieniach, konwencjach i protokołach (np. Konwencja Klimatyczna, Protokoły Siarkowe, Protokł z Kioto, itp.), a niektre z nich zostały podpisane przez Rząd Polski. W związku z tym ustalono rwnież limity emisji zanieczyszczeń (tlenkw siarki i azotu, pyłw, tlenkw węgla, itp.) w krajowych elektrowniach i elektrociepłowniach. Niniejszy referat przedstawia zarys problemw związanych z wykorzystaniem w Polsce węgla kamiennego do wytwarzania czystej energii. 2. Zasoby węgla w Polsce Zasoby węgla kamiennego występują w Polsce w trzech zagłębiach węglowych. Obecnie, węgiel jest eksploatowany w Zagłębiu Grnośląskim i Lubelskim. Wydobycie w Zagłębiu Dolnośląskim zostało zakończone. Z końcem roku 2002 było 128 udokumentowanych złż węgla. W 90 złożach zasoby bilansowe zostały oszacowane na 44 084 Mt (milionw ton). Występuje 46 zagospodarowanych złż o łącznych zasobach bilansowych 15 888 Mt, z czego 7 381 Mt może być sklasyfikowane jako zasoby nadające się do eksploatacji. Tablica 4 przedstawia strukturę zasobw przemysłowych według ich jakości. Można stwierdzić, że jakość węgla w złożach jest bardzo dobra. W czasie wydobycia jakość węgla pogarsza się, gdyż urobek zawiera rwnież ziarna skały płonnej. Wartość kaloryczna węgla surowego mieści się w granicach 14,9 do 24,2 MJ/kg, a zawartość popiołu wynosi między 17 a 42%. Węgiel handlowy ma następujące parametry: Miały węgla energetycznego (w stanie roboczym): Zawartość siarki: 0,45-1,22% (śr. 0,83%) Zawartość popiołu: 8,0-24,1% (śr. 19,1%) Wartość opałowa: 29,7-19,8 MJ/kg (śr. 22,4 MJ/kg). -2- Ney R., Blaschke W., Lorenz U., Gawlik L., 2004 Î Węgiel kamienny jako źrdło czystej energii w Polsce Î Hard coal as a source clean energy in Poland. Międzynarodowa Konferencja áPrzyszłość węgla w gospodarce świata i PolskiÑ. Wyd. GIPH, Katowice, s. 224-240. Tablica 1. Zużycie węgla kamiennego w Polsce Î głwni użytkownicy w latach 1993 Î 2002, kilotony 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 I. Węgiel do celw energetycznych 96 807 89 603 92 435 96 241 90 439 80 516 77 452 70 058 71 750 69 353 Energetyka (wytwarzanie elergii elektrycznej, pary i gorącej wody) 49 388 48 801 51 167 54 451 52 644 49 808 48 969 49 327 50 327 48 855 w tym: energetyka zawodowa 40 870 41 003 44 171 46 485 43 729 40 833 41 314 43 153 42 453 41 504 Przetwrstwo przemysłowe, bez koksownictwa: 24 422 19 368 19 834 21 359 19 564 16 057 13 438 11 431 9 793 8 727 przemysł metalurgiczny 1 974 1 997 2 059 1 733 1 587 1 502 1 382 1 062 730 przemysł chemiczny, gumowy, tworzyw sztucznych 5 084 4 865 4 704 4 522 3 987 3 300 2 996 2 996 2 850 2 654 przemysł celulozowo Î papierniczy 1 290 1 195 1 260 1 203 1 265 1 033 960 868 795 765 przemysł mineralny (cement, gips, szkło, ceramika) 3 674 3 383 3 784 3 917 3 605 2 940 2 623 2 353 1 786 1 472 przemysł spożywczy 4 015 3 174 3 598 4 148 3 611 3 011 2 110 2 046 1 854 1 938 przemysł włkienniczy, odzieżowy, skrzany 1 530 1 155 1 067 1 304 931 671 512 358 340 291 przemysł maszynowy i wyrobw metalowych 1 728 1 446 1 598 1 392 1 024 760 472 401 382 przemysł drzewny i meblarski 524 782 721 759 645 530 463 408 349 260 przemysł samochodowy i urządzeń transportowych 1 015 827 764 702 597 503 447 366 179 118 inne 7 290 285 493 1 147 1 798 1 458 1 065 182 177 117 Grnictwo i kopalnictwo 3 388 3 313 3 722 3 003 2 970 2 631 2 174 1 877 792 1 561 Budownictwo 407 298 233 296 217 100 50 49 70 70 Transport 427 552 365 359 294 220 171 146 118 90 Zużycie bezpośrednie: 18 775 17 271 17 114 16 773 14 750 11700 12 650 9 400 10 650 10 050 w gospodarstwach domowych 17 925 13 929 13 917 13 639 12 000 9 300 10 000 7 500 8 067 7 800 w rolnictwie 2 721 2 667 2 614 2 300 2 000 2 200 1 500 1 700 1 400 inne 850 621 530 520 450 400 450 400 883 850 II. Węgiel do koksowania 13 777 15 324 15 388 13 880 14 524* 12 891* 11 588* 13 332 12 393 12 904 Zużycie całkowite 110 584 104 927 107 823 110 121 104 963 93 407 89 040 83 390 84 143 82 257 Źrdła: áPolityka paliwowo- energetycznaÑ Głwny Urząd Statystyczny, 1993 Î 2002 * - dane z opracowania áProgram restrukturyzacji przemysłu koksowniczego w PolsceÑ, 2000 Tablica 2. Prognoza zużycia węgla kamiennego (w kilotonach) przez głwne grupy użytkownikw w Polsce w latach 2003 Î 2010 2002 2003 2004 2005 2010 I. Węgiel do celw energetycznych 69 353 69 300 68 500 67 800 66 000 Energetyka (wytwarzanie energii elektrycznej, pary i gorącej wody) 48 855 49 000 49 500 50 000 50 000 w tym: energetyka zawodowa 41 504 41 900 42 400 43 000 44 000 Przemysł 8 727 8 800 8 500 8 300 7 000 Inni 1 721 1 300 1 000 500 500 Zużycie bezpośrednie (gospodarstwa domowe, rolnictwo i inni) 10 050 10 000 9 500 9 000 8 500 II. Węgiel do koksowania 12 904 12 700 12 500 12 200 11 000 Zużycie całkowite 82 257 82 000 81 000 80 000 77 000 Źrdło: Opracowanie własne na podstawie dostępnych prognoz -3- Ney R., Blaschke W., Lorenz U., Gawlik L., 2004 Î Węgiel kamienny jako źrdło czystej energii w Polsce Î Hard coal as a source clean energy in Poland. Międzynarodowa Konferencja áPrzyszłość węgla w gospodarce świata i PolskiÑ. Wyd. GIPH, Katowice, s. 224-240. Tablica 3. Produkcja i zużycie energii pierwotnej w Polsce, 1971 Î 2000 Produkcja Zużycie Mtoe Struktura, % Mtoe Struktura, % 1971 2000 1971 2000 1971 2000 1971 2000 Węgiel 92,9 71,3 93,7 89,7 71,1 56,3 81,3 62,8 Ropa naftowa 0,4 0,7 0,4 0,9 9,5 19,1 10,9 21,3 Gaz ziemny 4,5 3,3 4,5 4,2 5,7 10,0 6,5 11,1 Energia wodna 0,13 0,2 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,2 Inne 1,3 4,0 1,3 5,0 1,1 4,1 1,2 4,6 Razem 99,2 79,5 100,0 100,0 87,5 89,7 100,0 100,0 Źrdło: ÐSektor energetyczny Î Świat i Polska. Rozwj 1971 Î 2000, Prognozy do roku 2030Ñ Węgiel gruby (w stanie roboczym) Zawartość siarki: 0,67% Zawartość popiołu: 6,8% Wartość opałowa: 29,5 MJ/kg. Węgiel energetyczny jest produkowany w rżnych sortymentach. Według danych statystycznych w 2002 roku struktura produkcji węgla handlowego była następująca: sortymenty grube Î 10,8 Mt, sortymenty średnie Î 3,0 Mt, przerosty Î 4,5 Mt, miały węglowe wzbogacone Î 17,1 Mt, miały węglowe niewzbogacone Î 30,0 Mt, mieszanki energetyczne Î- 24,9 Mt. Energetyka zawodowa zużywa miały, mieszanki i przerosty. Wahania jakościowe węgla produkowanego przez rżne kopalnie są dość znaczne. Poniżej przedstawiono zmienność jakości węgla dostarczanego do elektrowni w roku 2002: miały energetyczne niewzbogacone: wartość opałowa, MJ/kg od 15,4 do 25,4 śr. 20,756, zawartość siarki, % od 0,36 do 2,59 śr. 0,83, zawartość popiołu, % od 9,9 do 38,1 śr. 22,4, miały energetyczne wzbogacone: wartość opałowa, MJ/kg od 19,2 do 30,1 śr. 24,285, zawartość siarki, % od 0,44 do 1,57 śr. 0,76, zawartość popiołu, % od 2,9 do 25,9 śr. 12,9, mieszanki energetyczne: wartość opałowa, MJ/kg od 19,4 do 26,1 śr. 22,019, zawartość siarki, % od 0,35 do 1,10 śr. 0,82, zawartość popiołu, % od 6,5 do 25,4 śr. 21,0, przerosty: wartość opałowa, MJ/kg od 16,1 do 23,3 śr. 21,688, zawartość siarki, % od 0,61 do 1,02 śr. 0,78, zawartość popiołu, % od 20,4 do 37,3 śr. 23,3. -4- Ney R., Blaschke W., Lorenz U., Gawlik L., 2004 Î Węgiel kamienny jako źrdło czystej energii w Polsce Î Hard coal as a source clean energy in Poland. Międzynarodowa Konferencja áPrzyszłość węgla w gospodarce świata i PolskiÑ. Wyd. GIPH, Katowice, s. 224-240. Tablica 4. Struktura zasobw przemysłowych ze względu na jakość węgla Zasoby przemysłowe Parametry jakościowe razem nadające się do eksploatacji [Mt] [%] [Mt] {%] Wartość opałowa [kJ/kg] poniżej 18000 26,8 0,3 16,7 0,3 18000 Î 20000 78,9 1,0 27,3 0,6 20000 Î 22000 468,4 5,7 167,1 3,4 22000 Î 25000 1829,4 22,2 811,4 16,6 ponad 25000 5845,7 70,9 3859,2 79,1 Razem 8249,2 100,00 4881,6 100,0 Zawartość popiołu [%] poniżej 10 3951,2 47,9 2643,7 54,2 10 Î 15 2686,5 32,6 1465,2 30,0 16 Î 20 811,4 9,8 345,3 7,1 21 Î 25 417,5 5,1 178,3 3,7 26 Î 30 325,5 3,9 208,1 4,3 ponad 30 57,0 0,7 41,2 0,8 Razem 8249,2 100,0 4881,6 100,0 Zawartość siarki [%] poniżej 0,6 2863,4 34,7 1759,5 36,0 0,7 Î 0,9 2786,1 33,8 1756,6 36,0 1,0 Î 1,2 1262,2 15,3 661,5 13,6 1,3 Î 1,5 554,4 6,7 252,7 5,2 1,6 Î 2,0 351,0 4,3 135,1 2,8 ponad 2,0 432,2 5,2 316,2 6,5 Razem 8249,2 100,0 4881,6 100,0 Źrdło: Darski J., Kicki J., Sobczyk E. Î ÐRaport o stanie gospodarki zasobami złż węgla kamiennegoÑ, 2001. Seria: Studia, Rozprawy, Monografie Nr. 85, Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią, Krakw, Polska. Proces restrukturyzacji grnictwa węgla kamiennego jest prowadzony w Polsce od ponad 10 lat. Jednym z jego celw jest likwidacja kopalń nierentownych. Zamykanie kopalń skutkuje utratą zasobw węgla. Jakość węgla w pokładach jest brana pod uwagę w procesie decyzyjnym zamykania kopalń. Szczeglną uwagę zwraca się na pokłady węgla o niskiej zawartości siarki. Są one zabezpieczane w sposb umożliwiający ich ewentualną eksploatację w przyszłości lub zapewnia się do nich dostęp z kopalń sąsiednich. 3. Wzbogacanie węgla przeznaczonego dla potrzeb energetyki Aktualnie w Polsce istnieją 42 zakłady przerbki węgla. W latach 1990-1999 wybudowano dwanaście nowych zakładw, z ktrych jedenaście to zakłady wzbogacające miały węglowe. We wszystkich zakładach przerbki węgla znajdują się sekcje wzbogacania sortymentw średnich i grubych (powyżej 20 (10) mm). Zdolność produkcyjna tych wszystkich sekcji wynosi 90,8 Mt węgla surowego. W trzydziestu zakładach przerbczych pracują sekcje wzbogacania miałw (od 20 (10) mm do 0,5 mm). Zastosowane technologie są przystosowane zarwno do własności węgla jak też do potrzeb klientw. Występuje sześć głwnych typw schematw technologicznych: I. Wzbogacanie dwuproduktowe ziarn 200 Î 20 (10) mm w separatorach z cieczą ciężką lub w osadzarkach. Ziarna poniżej 20 (10) mm są sprzedawane jako węgiel surowy. II. Wzbogacanie dwuproduktowe ziarn 200 Î 20 (10) mm w separatorach z cieczą ciężką lub w osadzarkach. Dwuproduktowe wzbogacanie ziarn 20 (10) Î 2 mm w osadzarkach lub w hydrocyklonach. Ziarna poniżej 0,5 mm są dodawane do miałw węglowych celem przygotowania mieszanek handlowych węgla energetycznego. III. Wzbogacanie dwuproduktowe ziarn 200 Î 20 (10) mm w separatorach z cieczą ciężką lub w osadzarkach. Dwuproduktowe wzbogacanie ziarn 20 (10) Î 2 mm w osadzarkach. Wzbogacanie -5- [ Pobierz całość w formacie PDF ] |