STUDIJA ENERGETSKA EFIKASNOST I ANALIZA POTENCIJALA BIOMASE NARUČILAC: OBJEKAT: INVESTITOR: LOKACIJA: UNDP - Srbija OBJEKTI JAVNE NAMENE Opština Bor DOKUMENT: STUDIJA EVIDENCIJA: S I 03 / 2012 DATUM: 12.01.2012. MESTO: NOVI SAD IZVRŠILAC: Naručilac saglasan M:P: ODGOVORNI PROJEKTANT: RUKOVODILAC PROJEKTA: Bratislav Milenković, dipl.ing.maš. Dr Todor Janić
Kaće Dejanović 52 21000 Novi Sad Srbija Mob: +381-64-160-99-96 Tel: +381-21-496-320 Fax: +381-21-496-320 E-mail: jtodor@open.telekom.rs Naručilac studije: UNDP Srbija, Internacionalnih Brigada 69, Beograd Naslov studije: ENERGETSKA EFIKASNOST I ANALIZA POTENCIJALA BIOMASE Autori studije: - Prof. dr Todor Janić - Bratislav Milenković, dipl.ing. maš. - Prof. dr Miladin Brkić - Zoran Janjatović, dipl. agro ecc. - Darijan Pavlović, dipl.ing. - Zorica Gluvakov, dipl.ing. Novi Sad, januar 2012. 2
3
S A D R Ž A J: strana: Pregled tabela 6 Pregled slika 8 Pregled korišćenih oznaka i jedinica 10 Zadatak 1: Analiza energetskih potencijala raspoložive biomase u opštini Bor 1.1. Analiza potencijala raspoložive biomase u opštini Bor sa kvantitativnog i termo-energetskog aspekta koja se može koristiti u energetske svrhe 1.2. Vrsta, forma i cena raspoložive biomase kao energenta 16 1.3. Spektar mogućnosti korišćenja biomase u energetske svrhe 20 12 Zadatak 2: Analiza potrebne toplotne energije u izabranim objektima javne namene 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. Izbor objekata javne namene u opštini Bor za čije zagrevanje će se koristiti biomasa Grafički prikaz izabranih objekata sa rasporedom postojećih grejnih instalacija u opštini Bor Prikaz tehničkih karakteristika objekta sa analizom gubitaka toplote za izabrani objekat javne namene u opštini Bor Analiza mera za povećanje energetske efikasnosti u objektima javne namene 28 32 33 36 4
Zadatak 3: Tehno-ekonomska analiza termoenergetskog postrojenja na biomasu za zagrevanje objekata javne namene 3.1. Tehnologija sagorevanja raspoloživih formi biomase 39 3.2. 3.3. 3.4. Odabir tehnologije sagorevanja i tehničkog rešenja termoenergetskog postrojenja sa definisanjem maksimalne termičke snage kotlovskog postrojenja za trajni rad za zagrevanje objekata javne namene Definisanje optimalnog mesta za izgradnju termoenergetskog postrojenja (sa tehničkog, ekonomskog i ekološkog aspekta) Tehnički opis kotlovskog postrojenja na biomasu (termotehničke opreme, kotlarnice i toplovoda) sa predmerom i predračunom u opštini Bor i očekivanom energetskom i ekološkom efikasnošću 3.5. Potrebne količine biomase za časovni i sezonski rad kotlovskog postrojenja 86 3.6. Ekonomska analiza opravdanosti izgradnje postrojenja 91 3.7 Zaključci 108 3.8. Korišćena literatura 112 52 53 54 Prilog Grafička dokumentacija 116 5
Pregled tabela Tab. 1. Tab. 2. Tab. 3. Tab. 4. Tab. 5. Tab. 6. Tab. 7. Tab. 8. Tab. 9. Pregled količina biomase iz žitarica i industriskog bilja u opštini Bor Cene različitih formi bala biomase Elementarni hemijski sastav biomase Hemijski sastav nekih domaćih vrsta drveća Hemijski sastav ksilema i kore domaćih vrsta drveća Gustine nekih domaćih vrsta drveta Toplotne moći različitih vrsta goriva u odnosu na suvu osnovu Zavisnost donje toplotne moći drveta od sadržaja vlažnosti Donje toplotne moći nekih domaćih vrsta drveta Tab. 10. Toplotne moći pojedinih delova nekih domaćih drveta u odnosu na suvu osnovu Tab. 11. Tehničke karakteristike briketa i peleta i njihovo međusobno poređenje Tab. 12. Osnovne karakteristike prostorija u prizemlju Tab. 13. Osnovne karakteristike prostorija na spratu Tab. 14. Osnovne karakteristike prostorija u potkrovlju Tab. 15. Najčešće korišćena postrojenja za sagorevanje biomase Tab. 16. Prednosti i mane tehnologija sagorevanja na rešetki i u letu Tab. 17. Predmer i predračun kod izgradnje termoenergetskog postrojenja na biomasu Tab. 18. Koeficijenti emisije CO 2 različitih goriva Tab. 19. Koeficijenti emisije NOx po jedinici proizvedene energije Tab. 20. Koeficijenti emisije SO 2 po jedinici proizvedene energije Tab. 21. Koeficijenti emisije čestica po jedinici proizvedene energije Tab. 22. Mogući štetni uticaj pojedinih elemenata i korektivne tehnološke mere Tab. 23. Maksimalno dozvoljene koncentracije (MDK) dimnih gasova u vazduhu za radnu i životnu sredinu (SRPS Z.BO 001) 6
Tab. 24. Granične vrednosti emisije (GVE) za mala postrojenja za sagorevanje čvrstog goriva (Uredba, Sl. glasnik R.Srbije, br. 71/2010) Tab. 23. Granične vrednosti emisije (GVE) za mala postrojenja za sagorevanje gasovitog goriva (Uredba, Sl. glasnik R.Srbije, br. 71/2010) Tab. 24. Granične vrednosti dozvoljenih emisija (GVE) pri sagorevanju biogoriva u čvrstom stanju u Nemačkoj Tab. 25. Granične vrednosti dozvoljenih emisija (GVE) ugljenmonoksida i prašine pri normalnom učinku i smanjenom opterećenju kotla za vreme testiranja kotlovskog postrojenja za farme Tab. 26. Prikaz graničnih vrednosti imisije (GVI) gasova, čađi, suspendovanih čestica i teških metala, sedimenata i sadržaja aerosedimenata, (Pravilnik, Sl. glasnik RS, br. 54/92, 30/99 i 19/2006) Tab. 27. Potencijalni snabdevači postrojenja za sagorevanje peleta od drveta Tab. 28. Analiza količine i cena toplotne energije za period grejanja 2011/2012 Tab. 29. Struktura investicije Tab. 30. Projekcija cene 1 kwh potrebne energije Tab. 31. Bilans uspeha trenutnog poslovanja Tab. 32. Projektovani bilans uspeha u prvoj godini realizacije investicije Tab. 33. Projektovani bilans uspeha 2012-2016. godina Tab. 34. Obračun amortizacije Tab. 35. Finansijski tok projekta Tab. 36. Plan otplate kredita Tab. 37. Ekonomski tok projekta Tab. 38. Vreme povratka investicionih ulaganja Tab. 39. Obračun interne stope rentabilnosti Tab. 40. Obračun relativne neto sadašnje vrednosti projekta Tab. 41. Donja tačka rentabilnosti projekta Tab. 42. Dinamička analiza osetljivosti Tab. 43. Analiza potencijalnih rizika 7
Pregled slika Sl. 1. Susedne lokalne samouprave opštini Bor Sl. 2. Udeo najvažnijih ratarskih kultura u setvenoj strukturi opštine Bor Sl. 3. Odnos energetskih potencijala od ratarskih kultura opštine Bor Sl. 4. Odnos ukupnih energetskih potencijala u opštini Bor Sl. 5. OŠ Vuk Stefanović Karadžić Sl. 6. Dom kulture Sl. 7. Zoo park u Boru Sl. 8. Dvorac kralja Aleksandra Karađorđevića Sl. 9. Konak kneza Miloša Sl. 10. Tursko kupatilo Sl. 11. Istočna fasada dvorca Sl. 12. Ulazna kapija dvorca Sl. 13. Presek spoljašnjeg zida u prizemlju Sl. 14. Presek spoljašnjeg zida na spratu Sl. 15. Kotao za sagorevanje peleta biomase ubacivanih odozgo sa automatskim radom Sl. 16. Ložište sa dodavanjem goriva odozdo (sistem retorte) Sl. 17. Kosa pokretna rešetka Sl. 18. Horizontalna pokretna rešetka Sl. 19. Horizontalna ili kosa pokretna - lančasta rešetka Sl. 20. Vibrirajuća rešetka Sl. 21. Rotirajuća rešetka sa dodavanjem goriva odozdo Sl. 22. Ložišta u obliku rotirajuće kupe Sl. 23. Ložišta za sagorevanje prašine od biomase 8
Sl. 24. Sagorevanje u fluidizovanom sloju Sl. 25. Primerenost tehnološko-tehničkih rešenja kod sagorevanje biomase Sl. 26. Šema kotlovskog postrojenja za sagorevanje peleta Sl. 27. Presek predviđenog toplovodnog kotla, proizvođača Eko produkt, Novi Sad Sl. 28. Uprošćeni krug kruženja ugljendioksida Sl. 29. Istovar peleta u prijemni koš termoenergetskog postrojenja 9
Pregled korišćenih oznaka i jedinica Oznake i simboli: Oznaka Dimenzija Naziv a kg/kg - sadržaj mineralnih materija u gorivu b % - emisija isparljivih organskih jedinjena ugljenika (VOC), tzv. volatili A d m 2 - površina poprečnog preseka otvora cevi B kg/h - satni utrošak goriva c kg/kg - sadržaj ugljenika u gorivu C fix kg/kg sadržaj fiksnog ugljenika u gorivu cl kg/kg - sadržaj hlora u gorivu cn kg/kg - azot dioksid, cp kj/kg K - specifična toplota materije d - - ograničenje emisije za niže vrednosti snaga ložišta e - - koeficijent temperaturnog i eksploatacionog ograničenja eg - - granična vrednost važi samo pri uslovima rada sa nazivnim opterećenjem f o C - TA vazduha F kw - nazivna toplotna snaga ložišta h kg/kg - sadržaj vodonika u gorivu hd kg/kg - donja toplotna moć goriva h m - visina H Pa - napor uređaja g m/s 2 - ubrzanje zemljine teže gl - - koeficijent ložišta za slamu i slična goriva Gh m 3 /h - zapremenski protok uređaja k W/m 2 K - koeficijent prolaza toplote m kg - masa bale slame m G kg/h - maseni protok goriva N kw - nazivna toplotna snaga ložišta, tj. najveća proizvedena količina toplote u režimu stalnog rada u jedini. vremena o kg/kg - sadržaj kiseonika u gorivu n / - sadržaj azota u gorivu p kw - snaga postrojenja 10
p l Pa - pritisak u ložištu Q kw - potrebna količina toplote za grejanje s kg/kg - sadržaj sumpora u gorivu SD - broj stepen-dana t odl o C - temperatura izlazne vode iz kotla t ok o C - temperatura okolnog vazduha ts tu o C o C - spoljna projektna temperatura - unutrašnja temperatura prostora koji se greje t pov o C - temperatura povratne vode u kotao V m 3 /s - zapremina V s ps m 3 /s - zapreminski protok suvih produkata sagorevanja V vl ps m 3 /s - zapreminski protok vlažnih produkata sagorevanja w % - prosečni sadržaj vlage W % - sadržaj vlage u gorivu y - - korekturni koeficijent Simboli: / - koeficijent viška vazduha kg/m 3 - gustina biomase w kg/m 3 - gustina vode i v kg/m 3 - gustina vazduha. min - vreme ok % - relativna vlažnost okolnog vazduha η - - stepen korisnosti kotlovskog postrojenja Odnosi mernih jedinica za energiju kcal kj kwh 1 kcal 1 4,1868 1,163x10-3 1 kj 0,2388 1 2,7778x10-4 1 kwh 859,845 3600 1 11
ZADATAK 1 Analiza energetskih potencijala raspoložive biomase u opštini Bor U ovom delu studije bilo je potrebno realizovati istraživanja iz literaturnih podataka i terenskog rada i dobijene rezultate posebno prikazati. U zadatku 1 bilo je potrebno uraditi detaljne analize izvora i potencijala biomase prema sledećem: Obezbediti procenu potencijalne količine (kvantiteta) raspoložive biomase iz šuma, drvne industrije, poljoprivrede i industrije hrane, koja se može koristiti u energetske svrhe i razdvojiti prema vlasništvu tako da nema nikakvih štetnih posledica po okolinu; Definisati dinamiku i formu sakupljanja biomase; Predložiti lokaciju i način skladištenja sakupljene biomase; Izračunati cenu biomase koja bi se koristila za proizvodnju toplotne energije; Obezbediti spektar mogućnosti korišćenja biomase u energetske svrhe; Obezbediti procenu termo-energetskih potencijala stvarnih potencijala biomase i energetskih useva (uključujući aspekte uticaja na okolinu). U ovim istraživanjima se ispoljio problem u tome što se u početku nisu precizno definisali objekti koji će se grejati toplotnom energijom dobijenom sagorevanjem biomase. U zavisnosti od lokacije objekata i raspoloživog potencijala biomase biće izabrana vrsta i forma biomase, dinamika sakupljanja biomase i lokacija skladišta biomase. Sve ostale stavke su urađene i sumarno prikazane. 1.1. Analiza potencijala raspoložive biomase u opštini Bor sa kvantitativnog i termo-energetskog aspekta koja se može koristiti u energetske svrhe Opština Bor je opština u istočnoj Srbiji, tj. u Timočkoj Krajini. Središte opštine je grad Bor. Opština Bor sa površinom od 856 km 2 spada u prostranije opštine u Srbiji. Prema popisu stanovništva iz 2002. godine na teritoriji opštine živi 55.817 stanovnika u 14 naselja. Naseljena mesta su: Bor, Brestovac, Gornjanje, Donja Bela Reka, Zlot, Krivelj, Luka, Metovnica, Oštrelj, Slatina, Tanda, Topla i Šarbanovac. U opštini ima 6 osnovnih i 4 srednje škole. Stanovništvo je mešovitog sastava: srbi, rumuni, romi i ostali. Ukupna dužina puteva u Borskoj opštini je 396 km, od čega je 259 km sa savremenom podlogom. 12
Opstina Bor se nalazi na krajnjem delu istočne Srbije (sl. 1), u blizini granica sa Bugarskom i Rumunijom, u severnoj Karpatskoj zoni, na prosečnoj nadmorskoj visini od 378 m i prostire se u basenu Borske reke. Položaj opštine karakteriše dolinskopotplaninsko područje, jer je okružena ograncima planinskog lanca Južnih Karpata. U opštini Bor se pod šumama nalazi 37,1% teritorije sa staništima veoma bogate i raznovrsne faune. Sl. 1. Susedne lokalne samouprave opštini Bor Kao rezultat istraživanja, 1903. godine, koje je finansirao Đorđe Vajfert, a koje se odvijalo pod organizacijom češkog inžinjera Franje Sisteka, u Boru se otvara prvi rudnik. Osnivanje rudnika predstavljalo je ključni momenat za razvoj Bora, koji od tada počinje naglo da se razvija. Između 1933-1940. godine rudnik je prerastao u jedan od najvećih rudnika bakra i zlata u Evropi. Pored eksploatacije nalazišta bakarne rude, metalurške prerade i proizvodnje blister i elektrolitskog bakra i brojnih pratećih metala izgrađeni su brojni prerađivački kapaciteti u opštini, a na njima je bazirana industrijska proizvodnja i u drugim mestima Srbije. Obzirom da se dosadašnji razvoj bazirao na razvoju rudarstva i metalurgije, privreda opštine Bor je ostala dominantno monostrukturna. Zastarela tehnologija, pad cene bakra na svetskom tržištu, mali procenat bakra u samoj rudi i izolacija u proteklom periodu, doveli su do bitnog smanjenja proizvodnje, realnog pada standarda i kupovne moći stanovništva, povećanja nezaposlenosti, pojave viškova usled započetog procesa restruktuiranja RTB-a Bor, sporog procesa privatizacije i nedefinisanih vlasničkih odnosa. Posebno važna specifičnost opštine, koja je karakteristična za industrijski razvijene sredine, jeste visoki stepen zagađenosti životne sredine. Danas, pred opštinom Bor stoje značajni problemi: zahtevi i neizvesnost tranzicionih promena, restruktuiranje i diversifikacija privrede, nezaposlenost, problem zagađenosti i vekovne degredacije tla i vode kao posledice rudarenja. Istovremeno, otvaraju se nove perspektive razvoja na polju turizma, poljoprivredne proizvodnje i razvoja malog i srednjeg preduzetništva. Poljoprivredna proizvodnja se u opštini Bor realizuje na ekstenzivan način na manjim parcelama koje su pretežno u privatnom vlasništvu sa ukupno zasejanih površina pod ratarskim kulturama od 3.940 ha. Od ratarskih useva u gajenju zastupljeni su: kukuruz, pšenica, ječam, raž, ovas, triticale, soja, suncokret, uljana repica i šećerna repa. Pod kukuruzom nalazi se najviše površina 1.736 ha, odnosno pod pšenicom 1.574 ha, ječmom 357 ha i ovsom 189 ha. Ostale kulture zastupljene su sa manje od 100 ha. 13
Procenjuje se da se sa zasejanih površina pod ratarskom kulturama može dobiti ukupna količina biomase od 12.130 t godišnje. Prosečna cena biomase iznosi 31,73 evra/t. Prosečna toplotna moć biomase je 14.000 kj/kg. Ako bi se celokupna količina biomase pretvorila u energiju dobilo bi se 167.056.705 MJ. Pošto je toplotna moć dizel goriva 41 MJ/kg, to ispada da bi se moglo sa ovom količinom biomase supstituisati 3.056 t dizel goriva godišnje. Da bi se ova količina goriva pretvorila u ekvivalentnu količinu ulja za loženje treba korigovati toplotnu vrednost goriva i računati sa 41.866 MJ/kg. Dakle, dobija se nešto manja ekvivalentna količina ulja za loženje od 2.993 toe. Ako se uzme da je cena dizel goriva 1,21 evra/l, odnosno 1,42 evra/kg, dobija se vrednost od 4.339.520 evra godišnje. Naravno, da se iz više razloga neće sva rataraska biomasa koristiti u toplotnu energiju: zbog obaveze da se odredjena količina biomase zaore i tako poveća plodnost zemljišta (veći sadržaj humusa u zemljištu), da se jedan deo biomase koristi za prostirku u stošarstvu, da se jedan deo koristi u povrtarstvu i za druge svrhe. Procenjuje se da bi se moglo svake godine iskoristiti oko 25% biomase za toplotne svrhe. To je količina biomase od 3.033 t godišnje ili izraženo u ekvivalentnoj količini ulja za loženje 748 toe. Ako se ova vrednost izrazi u evrima uštede bi iznosile 1.062.160 evra godišnje. Na području opštine Bor gaji se voće i vinova loza. Od voćaka postoje zasadi: jabuka, kruški, kajsija, višnji, breskvi, šljiva i oraha. Ukupno je zasadjeno 321,2 ha pod voćkama i 97 ha pod vinogradima. Najviše zasada ima pod šljivama 230,6 ha i jabukama 65,3 ha. Procenjuje se da se rezidbom voćaka i vinograda može se dobiti 346,4 t orezina svake godine (2,46 t/ha). Ako se uzme prosečna vrednost toplotne moći orezina od 15.500 kj/kg onda se može dobiti energetska vrednost od 5.389.049 MJ energije. Sa ovom količinom energije može da se supstituiše 98,58 t dizel goriva, odnosno ekvivalentnog ulja za loženje 96,54 toe. To znači da bi se sa orezinama od voćaka i vinograda moglo uštedeti oko 137.087 evra svake godine. Pošto se celokupna količine orezina ne može pokupiti računaćemo da uštede mogu biti u vrednosti od 50%, odnosno 68.544 evra godišnje. Poznato je da se iz stočarske proizvodnje može dobiti stajnjak, koji može da se upotrebi za proizvodnju biogasa, kao i za đubrenje zemljišta. Na ovom području uzgajaju se goveda, svinje i živina. Ukupno grla stoke ima 7.084 goveda, 2.694 svinja i 500.000 živine. Ovaj broj grla stoke ako se pretvori u uslovna grla stoke (UG) iznosi 6.354 UG. Ovaj broj stoke može da proizvede 3.048.176 Nm 3 biogasa godišnje (479,73 m 3 /UG). Ako se uzme da je toplotna moć biogasa sa 65% metana 23,66 MJ/Nm 3, odnosno 35,8 MJ/kg gasa, dobija se energetska vrednost biogasa od 72.119.840 MJ. Ova količina energije može da supstituiše 1.583 t dizel goriva ili izraženo u ekvivalentnom ulju za loženje 1.550 toe. Dakle, sa ovom količinom biogasa moglo bi da se uštedi 2.201.000 evra godišnje. Naravno, da sva količina stajnjaka ne može da se upotrebi za proizvodnju biogasa: zbog direktnog đubrenja zemljišta, zbog razuđenosti proizvođača, rasipanja, itd. Procenjuje se da bi se moglo iskoristiti za toplotne svrhe oko 25% od ukupne količine stajnjaka. Tada bi ušteda iznosila oko 550.250 evra godišnje. U opštini Bor preovlađuje uzgoj šuma i šumskih staništa u privatnom vlasništvu, koje zauzimaju površinu od 31.758 ha, sa prosečnom zapreminom 138,6 m 3 /ha, odnosno ukupnom zapreminom od 4.401.659 m 3. Zapreminski prirast drveta je 4,3 m 3 /ha. Procenjuje se da je pri seči šuma šumski ostatak drveta 0,58 m 3 /ha, odnosno ukupno 18.419 m 3 godišnje. Približno ista količina drveta ostaje nakon prerade drveta. To je 14
količina oko 17.800 m 3 godišnje. Ako se količina drveta od 18.419 m 3 pomnoži sa nasipnom masom od 750 kg/m 3, dobija se količina drveta od 13.814 t. Ostatak od prerade drveta ima nasipnu masu od 375 kg. Tako se dobija količina iz procesa prerade drveta od 6.675 t. Ukupna količina ostatka je 20.489 t svake godine. Toplotna vrednost ostatka od drveta je 15.500 kj/kg. Na osnovu ovog podatka može da se dobije ukupna energetska vrednost ostatka od drveta od 317.579.500 MJ. Ova količina energije može da supstituiše 7.745,8 t dizel goriva, odnosno ekvivalentnog ulja za loženje 7.586,7 toe. Sa ovom količinom ostatka od drveta može da se uštedi 10.773.114 evra svake godine. Naime, ako bi se od nevedene sume uštedelo samo 25%, onda bi ta suma iznosila 2.693.279 evra svake godine. Dakle, korišćenjem poljoprivredne i šumske biomase ukupne godišnje uštede u opštini Bor mogle bi da iznose: od ratarske biomase 1.062.160 evra, od voćarskovinogradarske biomase 68.544 evra, od stočarske biomase 550.250 evra i od šumske i drvoprerađivačke biomase 2.693.279 evra, tj. ukupno 4.374.233 evra godišnje. Na kraju, možemo 25% energetsku vrednost biomase 141.883.536 MJ od ukupne vrednosti, pretvoriti u MWh. To iznosi 39.412 MWh. Ako bi termičko postrojenje za proizvodnju toplotne energije radilo godišnje 6 meseci, odnosno 4.320 časova, onda bi snaga postrojenja bila 9,1 MW. Naravno, da se celokupna snaga postrojenja ne upotrebljava svih 6 meseci već samo kada su niske temperature. Stoga, potrošnja biomase bila bi znatno manja ispod 25%, pa bi se mogla iskoristiti za nova postrojenja ili za druge potrebe. Može da se zaključi da bi za opštinu Bor bilo dovoljno biomase za rad termičkog postrojenja od 12 MW. Udeo najvažnijih ratarskih kultura koje se mogu uspešno koristiti za dobijanje toplotne energije u setvenoj strukturi opštine Bor je prikazan u tabeli 1, potom na slici 2. Tab. 1. Kultura Pregled količina biomase iz žitarica i industriskog bilja u opštini Bor Zasejana površina Prosečan prinos Cena biomase Toplotna moć Godišnje raspoloživo energije Godišnja mogućnost supstituisanja dizel goriva Tona ekvival. nafte (ha) (t/ha) (EUR/t) (MJ/t) (MJ) (t) (toe) Kukuruz 1736,0 3,60 6249,4 13500 84367495,6 1749,1 1712,9 Pšenica 1574,1 2,80 4407,3 14000 61702787,4 1279,2 1252,7 Ječam 356,8 2,37 846,6 14200 12021053,7 249,2 244,1 Raž 17,9 1,86 66,5 14000 930360,1 19,3 18,9 Ovas 189,8 1,77 336,0 14500 4871938,4 101,0 98,9 Tritikale 59,8 3,63 217,2 14000 3040267,2 63,0 61,7 Soja 0,4 1,98 1,6 15700 25522,7 0,5 0,5 Suncokret 3,7 0 0,0 14500 0,0 0,0 0,0 Uljana Repica 1,5 1,81 5,6 17400 97280,0 2,0 2,0 Šeć. repa 0,4 0 0,0 0 0,00 0,0 Ukupno 3940,3 12130,2 167056705,2 3463,4 3391,7 15
Kukuruz Psenica Jecam Raz Ovas Tritikale Soja Suncokret Uljana Repica Secerna repa Sl. 2. Udeo najvažnijih ratarskih kultura u setvenoj strukturi opštine Bor Odnos energetskih potencijala od ratarskih kultura je prikazan na slici 3. Kukuruz Psenica Jecam Raz Ovas Tritikale Soja Suncokret Uljana Repica Secerna repa Sl. 3. Odnos energetskih potencijala od ratarskih kultura opštine Bor Odnos ukupnih energetskih potencijala u opštini Bor prikazan je na slici 4. Ratarstvo Drvna biomasa Voćarstvo Stočarstvo Ratarstvo Voćarstvo Stočarstvo Drvna biomasa Sl. 4. Odnos ukupnih energetskih potencijala u opštini Bor 1.2. Vrsta, forma i cena raspoložive biomase kao energenta Na osnovu podataka o raspoloživim potencijalima biomase i njihovoj strukturi, navedenih u poglavlju 1.1. može se konstatovati da se u opštini Bor najviše biomase može prikupiti iz šumarstva, čiji potencijali znatno prevazilaze potrebe kod zagrevanja izabranog objekta. Forma biomase koja će se sagorevati u termoenergetskom postrojenju je usvojena sa težnjom da se udovolji različitim zahtevima. U tom izboru je bilo nekoliko 16
prioritetnih smernica. Najvažniji faktori u određivanju forme biomase koja će se sagorevati su se odnosili na: raspoloživu površinu koja može biti namenjena za izgradnju kotlarnice i međuskladišta za skladištenje biomase kojom bi se obezbedio nesmetani rad termoenergetskog postrojenja od nekoliko dana, požarno opterećenje, veličinu destruktivnog uticaja na okolnu sredinu (emisije gasovitih produkata sagorevanja, buke, vibracija, raznošenje biomase pri njenom transportu i manipulaciji i dr.), mogućnost i isplativost transporta od skladišta do kotlovskog postrojenja, potrebu korišćenja pomoćnih sredstava za manipulaciju biomasom. Pregled cena odabranih vrsta i formi biomase može se uraditi na dva načina. Tako što će se uzimati pregled cena biomase sa tržišta ili će se dati prikaz kalkulacije realnih troškova u nabavci, pripremi, skladištenju i transportu biomase. Tržišne vrednosti biomase su podložne uticaju raznih faktora, zbog čega se odustalo da se ekonomska analiza isplativosti navedenih postrojanja realizuje preko tržišno određene cene biomase. Kalkulacija cena različitih vrsta i formi biomase koja se koristi za dobijanje energije je formirana prema troškovima koji se javljaju od nabavke biomase, pa sve do njenog sagorevanja. Tako su u razmatranju uzeta: četiri sistema baliranja slame i to: o spremanje u klasične (male konvencionalne) bale, mase 10 12 kg/kom, o rol (valjkaste) bale, mase 80-150 kg/kom, o velike prizmatične bale, mase 250 300 kg/kom, o džambo (Big square balers) bale, mase 500 kg/kom, brikete, mase 400 gr/kom, pelete od poljoprivredne biomase, mase 20 gr/kom, iver od ostataka drveta od seče šume i ogrevnog drveta druge klase, mase 20 gr/kom, pelete od ostataka drveta od seče šume i ogrevnog drveta druge klase, mase 20 gr/kom. Analitička kalkulacija cena biomase nastale iz poljoprivredne proizvodnje prema poznatim kategorijama troškova se neće prikazivati, pošto je obimna. Da bi se realizovala ova studija kao početni parametri su za izradu kalkulacije cena biomase korišćeni mnogi usvojeni podaci. Usvojeno je da je početna cena biomase iz poljoprivredne proizvodnje u iznosu od 0,5 din/kg, što je veoma diskutabilno, pošto ne postoji tržište biomase, a njena vrednost se u realnosti kreće od 0 do 1 din/kg. Određivanje nabavne cene drveta kao sirovine za sagorevanje je bilo lakše, pošto za drvo postoji tržište, gde prosečna cena u nabavci veće količine drveta na duži vremenski period iznosi za ostatak drveta od seče šume 20 evra/t, a ogrevnog drveta 17
druge klase 35 evra/t. Na osnovu tih podataka usvojena je srednja cena od 2,9 din/kg otpadne drvne biomase. Pored toga usvojeno je da utovar i slaganje bala rade 2 radnika. Kod rol bala utovar je sa prednjim traktorskim utovarivačem. Kod utovara i slaganja bala u skladište predvidjen je prednji traktorski utovarivač sa posebnim dodatkom za zahvat velikih kvadar bala. Pored navedenog, morale su se usvojiti adekvatne vrednosti mnogih varijabilnih i fiksnih troškova, kao što su: cena mašina koje učestvuju u procesu pripreme biomase, potencijalni godišnji učinak mašina, (ha ili sati), ekonomski vek korišćenja mašina (amortizacija), pogonski troškovi, troškovi održavanja, opremljenost i organizaciju rada transportnih sistema, cena plata radnicima, troškovi osiguranja, kamata, prosečni prinosi biomase i dr. Izračunate jedinične cene različitih formi bala biomase nastale iz poljoprivredne proizvodnje za koje se u Srbije raspolaže adekvatnom mehanizacijom su prikazane u tabeli 2. Tab. 2. Troškovi u pripremi bala biomase Cene različitih formi bala biomase Male prizmatične bale 10 12 kg/kom Rol (valjkaste) bale 120 160 kg/kom Velike prizmatične bale 250 300 kg/kom Velike džambo bale 500 kg/kom Cena slame 0,5 0,5 0,5 0,5 Presovanje 1,2 1,1 1,2 1,2 Utovar 0,6 0,5 0,5 0,4 Prevoz Istovar i kamarisanje Manipulacija do kotla Ukupna cena biomase (din/kg) 0,5 do 30 km 0,6 do 30 km 0,6 do 50 km 0,5 do 100 km 0,6 0,5 0,5 0,4 0,1 0,1 0,2 0,2 3,5 3,3 3,5 3,2 Cene drugačije pripremane biomase su: Briketi - 400 gr/kom 18
Cena bala slame Usitnjavanje Presovanje Pakovanje Skladištenje Prevoz Ukupno: 3,0 3,4 din/kg 2,0 din/kg 5,0 din/kg 1,5 din/kg 1,0 din/kg 2,0 din/kg, do 300 km 14,5 do 14,9 din/kg Pelete od poljoprivredne biomase - 20 gr/kom Cena bala slame 3,0 do 3,4 din/kg Usitnjavanje 2,5 din/kg Presovanje 6,0 din/kg Pakovanje 1,0 din/kg Skladištenje 0,5 din/kg Prevoz 3,0 din/kg, do 200 km Ukupno: 16,0 do 16,4 din/kg Iver od ostataka drveta od seče šume i ogrevnog drveta druge klase - 20 gr/kom Polazni materijal 2,7 din/kg Transport do međuskladišta 1,6 din/kg Iveranje 1,8 din/kg Skladištenje 0,8 din/kg Transport do ložišta 1,0 din/kg Ukupno 7,5 din/kg Pelete od ostataka drveta od seče šume i ogrevnog drveta druge klase - 20 gr/kom Polazni materijal, 2,7 din/kg Transport do međuskladišta, 1,6 din/kg Iveranje, 1,8 din/kg Fino usitnjavanje 1,2 din/kg Presovanje 6,0 din/kg Pakovanje 1,0 din/kg Skladištenje 0,5 din/kg Prevoz 3,0 din/kg, do 200 km Ukupno, 17,8 din/kg Opština Bor ima 3.940 ha poljoprivrednog zemljišta. Na navedenim površinama, svake godine, kao ostatak primarne poljoprivredne proizvodnje preostaje 12.130 t biomase. 19
Korišćenjem samo manjeg dela navedene biomase bilo bi dovoljno da se grejeju objekti javne namene u Boru, ali se u tome ispoljio problem što su parcele za ratarsku poljoprivrednu proizvodnju u okolini Bora manje i bilo je veoma teško mapirati proizvođača poljoprivredne biomase sa kojim su se mogle sklopiti ugovorne obaveze oko snabdevanja termoenergetskog postrojenja po opravdanoj ekonomskoj ceni. Probjematika je usložnjena sa činjenicom, što je poljoprivredna mehanizacija nedovoljna da se tehnološki procesi prikupljanja, transporta i skladištenja biomasom realizuju kvalitetno i po ekonomski opravdanoj ceni. Pored toga bilo je teško odrediti lokaciju za izgradnju međuskladišta biomase nastale kao ostatak poljoprivredne proizvodnje koji se po pravilu mora sakupiti jednom u toku kalendarske godine i čuvati duži vremenski period. Uvažavajući navedeno, usvojeno je da se u opštini Bor koristi peletirana biomasa od drveta (nakon seče šuma i ogrevnog drveta druge klase). U istom postrojenju se može sagorevati i pelet od poljoprivrednih kultura. Zbog lakše i sigurnije nabavke peleta usvojeno je da se ekonomska analiza isplativosti postrojenja za zagrevanje izabranih objekata javne namene realizuje u odnosu na pelete od drveta. Cena proizvodnje peleta od ostatak drveta od seče šume i ogrevnog drveta druge klase iznosi 17,8 din/kg. 1.3. Spektar mogućnosti korišćenja drvne biomase u energetske svrhe Biomasa je regenerativni ili obnovljivi izvor toplotne energije. Biomasa nastaje fotosintezom solarne energije, ugljen-dioksida i vode (biokonverzija). Najopštije bi se moglo rеći da sva biomasa svedena na čistu gorivu masu ima praktično isti hemijski sastav, definisan izrazom CH 1,4 O 0,6 N 0,1, ali postoje velike razlike u prirodi polimera, koji ulaze u njen sastav. Tako se i za jednogodišnju i višegodišnju biomasu može konstatovati da je lignocelulozni materijal, donekle promenljivog elementarnog sastava, što je uslovljeno čitavim nizom faktora. Drvo je organska supstanca složene strukture koja se sastoji od istih elemenata kao i druga prirodna čvrsta goriva. Tu se podrazumevaju: ugljenik (c), vodonik (h), kiseonik (o), azot (n), sumpor (s), mineralne materije (a) i vlaga (w). Ugljenik, vodonik i kiseonik se nalaze u okviru ugljovodoničnih jedinjenja. Vodonik, čije je prisustvo utvrđeno elementarnom analizom, pored toga što ulazi u sastav ugljovodonika i uvek prisutne vlage, ulazi i u hidroksilne (OH) grupe. Takođe, deo kiseonika, vezan je sa ugljenikom, odnosno azotom, a deo je i u slobodnom stanju. Osnovne komponente koje čine strukturu drveta su celuloza, hemiceluloza, i lignin. Procentualno učešće pomenutih komponenata u drvnoj supstanci menja se od vrste do vrste, ali i od dela stabla koje se analizira. U suvom drvetu lišćara celuloza prosečno učestvuje sa 43-45%, lignin sa 19-26%, heksozana 3-6% i pentozana 21-26 %. Kod četinara celuloze ima između 53-54%, lignina 26-29 %, heksozana 13% i pentozana 10-12%. Drvo sadrži i male količine ekstraktiva, ali oni mogu imati velikog uticaja na toplotnu moć drveta. Uopšteno navodeći drvo ima sledeći hemijski sastav: 43-54% - celuloza, 24-35% - hemiceluloza, 20
19-30% - lignin, 3-4% - prateći materijali (skrob, šećer, boja, smole, tanin, otrovi i dr.). Sastav drveta utiče i na njegovu tvrdoću, tako se različite vrste drveta mogu podeliti na: meko i suvo drvo. U meka drva spadaju: lipa, vrba, svi četinari, topola, jasen, jova i dr., dok u tvrdo drvo čine: hrast, bukva, grab, brest i dr. Komparativni prikaz elementarne hemijske analize nekih vrsta biomasa, svedeno na suvu materiju, prikazan je u tabeli 3, gde su prikazani udeli ugljenika, vodonika, dvoatomih elemenata (kiseonika i azota) i mikroelemenata, koji se pojavljuju kao sastojci pepela nakon sagorevanja drveta. Udeo sumpora u tabeli 3 je zanemaren, pošto udeo sumpora kod biomase najčešće iznosi 0-0,1%. Tab. 3. Elementarni hemijski sastav biomase Red. Hemijski Ljuske Kora od Slama Oklasak Drvo br. element sunc. drveta (%) (%) (%) (%) (%) 1. Ugljenik (C) 44,84 48,31 50,57 50,30 50,60 2. Vodonik (H) 5,68 5,74 5,68 6,20 5,90 3. Kiseonik + azot (O + N) 41,48 43,13 + 0,66 40,91 + 0,57 43,10 40,70 4. Pepeo (A) 8,00 2,16 2,27 0,40 2,80 Podaci iz tabele 3 su prosečne vrednosti pojedinih vrsta biomase u apsolutno suvom stanju. Precizniji podaci o hemijskom sastavu nekih domaćih vrsta drveta su prikazani u tabeli 4. Tab. 4. Hemijski sastav nekih domaćih vrsta drveća Vrsta drveta Elementarni hemijski sastav (%) C H O Bukva 48,5 6,3 45,2 Hrast 49,4 6,1 44,5 Topola - P.robusta 49,7 6,3 44,0 Smrča 49,6 6,4 44,0 Jela 50,0 6,4 43,6 Bor 49,9 6,3 43,8 Po čeonom preseku stabla drveta razlikuje se više slojeva u njegovoj strukturi i to: spoljna kora, lika, kambijum, drvena masa - ksilem i srž. Analiza hemijske strukture drvne mase i kore lišćarskih i četinarskih vrsta zastupljenih u šumskom fondu Srbije prikazani su u tabeli 5. U odnosu na sloj u građi drveta razlikuje se i elementarni sastav tog dela drveta. Tako kora drveta sadrži više pepela, čiji ukupni udeo varira i zavisi od mesta rašćenja drveta. Takođe, u zavisnosti od vrste drveta i sloja zavise i njegove tehničke karakteristike koje se manifestuju u procesima njegovog sagorevanja. Zbog toga 21
četinari koji imaju u svom hemijskom sastavu u odnosu na lišćare više lignina, a manje celuloze imaju i veću toplotnu moć. Tab. 5. Hemijski sastav ksilema i kore domaćih vrsta drveća Ksilem (%) Vrsta drveta Pepeo Celuloza Lignin* Ekstraktivi Bukva (Fagus moesiaca) 0.53 50.26 24.80 1.72 Hrast (Quercus petraea) 0.36 47.29 26.27 4.90 Smrča (Picea abies) 0.22 52.87 28.31 1.58 Crni bor (Pinus sylvestris) 0.31 47.53 27.82 4.25 Kora (%) Vrsta drveta Pepeo Celuloza Lignin* Ekstraktivi Bukva (Fagus moesiaca) 1.99 24.72 25.12 14.23 Hrast (Quercus petraea) 6.89 22.31 16.19 17.36 Smrča (Picea abies) 1.15 29.46 22.76 19.28 Crni bor (Pinus sylvestris) 0.77 29.86 25.10 12.07 *Klasonov + kiselo-rastvorni lignin. Na tehničke karakteristike (toplotnu moć i kinetiku brzinu - sagorevanja) drveta utiče i njegova gustina. Sa povećanjem gustine drveta povećava se njegova toplotna moć, dok se brzina sagorevanja smanjuje. Na gustinu drveta utiče: vrsta i starost drveta, deo stabla i vreme seče. Gustina drveta se kreće u granicama od 550 do 900 kg/m 3. Podaci o gustini nekih domaćih vrsta drveta su prikazani u tabeli 6. Tab. 6. Gustine nekih domaćih vrsta drveta Red. br. Vrsta drveta Prosečne vrednosti gustine drveta (kg/m 3 ) 1. Bukva 720 2. Hrast 690 3. Crna topola 450 4. Smrča 470 5. Jela 450 6. Bor 520 Od važnijih karakteristika drveta kao energenta koje značajnije utiču na proces sagorevanja se može navesti sledeće: u poređenju sa konvencionalnim energentima (tečna goriva, prirodni gas i ugalj) drvo je jeftinije gorivo i pored toga što ima relativno malu raspoloživu energiju po jedinici zapremine, mala raspoloživa energija po jedinici zapremine drveta utiče na njegove veće transportne troškove, što je podstaklo razvijanja procesa briketiranja i peletiranja drveta i ostalih vrsta čvrste biomase, 22
drvo ima manji sadržaj korisnih gorivih elemenata ugljenika i vodonika u odnosu na fosilna goriva. Manji sadržaj gorivih elemenata u biomasi u odnosu na konvencionalne energente je proizašlo usled većeg sadržaja kiseonika, što je karakteristično kod svih goriva koja su mlađa po vremenu nastajanja. Drvo veće tvrdoće i starosti u svom sastavu ima više korisnih gorivih elemenata (ugljenika i vodonika), drvo ima veliki sadržaj kiseonika čime se smanjuje njegova toplotna moć, što je naročito izraženo kod malđih delova drveta, u drvnoj masi udeo azota i sumpora (kojeg ima samo u tragovima) je mali, što drvo kao biogorivo u velikoj meri čini ekološkim, jer njegovo sagorevanje ne dovodi do pojave kiselih kiša, a postrojenja u kojima drvo sagoreva imaju duži vek eksploatacije, drvo ima mali udeo mineralnih materija (<1%), ali se i pored toga prilikom sagorevanja drveta na pepeo mora obratiti pažnja zbog niže temperature topljivosti, koje su više izražene, ako se u ložištima sagoreva veća količina kore drveta, pored ostalih komponenti drvo sadrži i određenu količinu vlage, čiji maseni udeo u drvetu može varirati u velikom rasponu. Prema sadržaju vlage u drvetu postoji podela na: suvo drvo sa 10-20% vlažnosti, polusuvo drvo sa 20-35% vlažnosti i sirovo ili vlažno drvo sa vlažnošću od preko 35%. Tokom sagorevanja drveta za isparavanje vlage i njeno pregrevanje na temperaturu dimnih gasova troši se značajan deo toplote oslobođene sagorevanjem usled čega se smanjuje toplotna moć drveta, smanjuje energetska efikasnost postrojenja za sagorevanje drveta i povećava emisija štetnih gasova u atmosferu usled nepotpunog sagorevanja. Promenljivi udeo vlage u drvetu koje se sagoreva dovodi do toga da se takvo drvo u ložištu termoenergetskog postrojenja sagoreva kao dva potpuno različita goriva, gorive isparljive materije (volatili) u drvetu čine približno 80% njegove ukupne mase. Tokom sagorevanja drveta volatili u procesu suve destilacije napuštaju masu drveta i prvi sagorevaju kao gasovito gorivo u kratkom vremenskom periodu. Volatili su osnovni izvor aerozagađenja u slučaju da je sagorevanje nepotpuno. jedna od najznačajnijih tehničkih karakteristika pojedinih materija kod ocenjivanja da li se mogu koristiti kao goriva je toplotna moć. Uopšteno posmatrajući toplotna moć drveta je manja u odnosu na konvencionalna goriva, što se može videti iz rezultata prikazanih u tabeli 7. Na osnovu prikazanih podataka u tabeli 7 može se konstatovati da je toplotna moć drveta 1,18 puta veća od toplotne moći pšenične slame, 1,06 manja od slame uljane repice, 1,21 od mrkog uglja i 2,26 od lakog ulja za loženje. Navedeno treba uzeti sa rezervom, pošto se zbog eksplatacione manje energetske efikasnosti postrojenja u kojima se sagoreva biomase ovi odnosi povećavaju. Na osnovu navedenih podataka može se konstatovati da se drvo uspešno može koristiti kao energent za dobijanje toplotne energije, ali je za to neophodno primenjivati posebne tehnologije i tehniku za njegovo uspešno sagorevanje. Tehnologije sagorevanja drveta su veoma razvijene u severnijim i planinskim regionima Evrope, pre svega se tu misli na Norvešku, Švetsku, Finsku, Nemačku i Austriju. U SAD i Kanadi su takođe razvijene tehnologije sagorevanja drveta u vidu cepanica, ivera, peleta i briketa. 23
Tab. 7. Toplotne moći različitih vrsta goriva u odnosu na suvu osnovu Red br. Vrsta goriva Donja toplotna moć (kj/kg) 1. Pšenična slama 15.827 2. Kukuruzovina 15.260 3. Oklasak od kukuruza 16.620 4. Slama od soje 17.750 5. Slama od uljane repice 19.670 6. Drvo 18.600 7. Mrki ugalj 22.500 8. Koks 28.800 9. Ulje za loženje - lako - teško 42.080 41.780 10. Benzin 42.040 Uopšteno posmatrajući toplotne moći u odnosu na suvu osnovu drveta iznose od 18.000 do 22.000 kj/kg. Sa povećanjem vlažnosti smanjuje se toplotna moć drveta i ona se naziva donja toplotna moć goriva. Zavisnost smanjenja toplotne moći drveta usled povećanog sadržaja vlage je prikazana u tabeli 8. Tab. 8. Zavisnost donje toplotne moći drveta od sadržaja vlažnosti Red br. Sadržaj vlažnosti u drvetu Donja toplotna moć (kj/kg) 1. 0 18.200 2. 15 15.400 3. 30 13.500 4. 45 11.900 5. 60 10.500 6. 100 8.500 Eksperimentalno određene donje toplotne moći nekih domaćih vrsta drveta su prikazane u tabeli 9. Tab. 9. Donje toplotne moći nekih domaćih vrsta drveta Red br. Vrsta goriva Donja toplotna moć (kj/kg) 1. Bukva 18.820 2. Hrast 18.360 3. Crna topola 17.260 4. Smrča 19.660 5. Jela 19.460 6. Bor 21.210 24
Gornja toplotna moć ili toplotna moć u odnosu na suvu osnovu drveta se može izračunati na osnovu podataka iz hemijske analize uz pomoć korigovanog VDI obrasca: Hg= 330 C + 1430 (H (O / 10) + 105 S [kj/kg] Na osnovu rezultata hemijske analize sastava drveta, odnosno procentualnog učešća u prvom redu celuloze, lignina i ekstraktiva, gornja toplotna moć drveta se može izračunati kao: Hg= Hgc. (Pc/100) + Hgl. (Pl/100) + Hge. (Pe/100) [kj/kg] gde su: Hgc, Hgl i Hge - gornje toplotne moći celuloze i njoj sličnih jedinjenja, lignina i ekstraktiva respektivno, Pc - procentulano učešće celuloze i njoj sličnih jedinjenja, Pl - procentulalno učešće lignina i Pe - procentualno učešće ekstraktiva. Analiziralući drvo sa aspekta njegove hemijske građe dobijene su toplotne moći pojedinih delova nekih domaćih drveta u odnosu na suvu osnovu, što je prikazano u tabeli 10. Prema prikazanim rezultatima toplotna moć drvene mase raste od posmatrano od periferije stabla prema njegovom središtu, što je naročito izraženo kod bukve. Tab. 10. Toplotne moći pojedinih delova nekih domaćih drveta u odnosu na suvu osnovu Red. br. Vrsta drveta Gornja toplotna moć (kj/kg) Kora Stablo Srž 1. Bukva 17.900 19.300 20.600 2. Hrast 19.700 21.300 19.700 3. Topola 18.200 18.000-4. Smrča 21.200 - - 5. Bor 22.200 20.000 20.700 Kao što je navedeno biomasa kao gorivo ima niz povoljnosti, ali i nedostataka. Od dobrih osobina biomase kao goriva se može istaći da je biomasa lako dostupan, obnovljiv, tehnički i ekološki prihvatljiv izvor energije. Korišćenjem biomase se smanjuju potrebe za uvozom konvencionalnih energenata, što u posrednom smislu obezbeđuje neprekidnost u snabdevanju energijom, povećanje broja zaposlenih, podizanje kvaliteta života u ruralnim područjima, smanjenja migracije selo-grad i manja zavisnost države od spoljašnjih pritisaka. Međutim, i pored mnogih povoljnosti u eksploataciji biomase njeno korišćenje je vezano i za određene nedostatke, od kojih bi se moglo navesti: periodičnost nastanka biomase, razuđenost u prostoru, otežano sakupljanje, pakovanje i skladištenje, što je uslovljeno malom zapreminskom masom (gustinom), manjom toplotnom moći svedenom na jedinicu zapremine, nepovoljnim oblikom i visokim sadržajem vlage, a i investicioni troškovi za izgradnju postrojenja za sagorevanje biomase su veća od onih za sagorevanje konvencionalnih energenata. 25
Navedeni problemi se u mnogome mogu izbeći ili njihov uticaj smanjiti ukoliko se biomasa sabija u obliku peleta i briketa. Istina, za te procese se troši dodatna energija, za usitnjavanje, po potrebi sušenje, sabijanje i hlađenje, ali je krajnji bilans uložene i raspoložive energije značajno pozitivan. Utvrđeno je da se za pravljenje peleta od biomase u proseku troši kod suvog materijala (vlažnosti do 12%) oko 2% energije koje one u sebi sadrže, a kod vlažnih materijala gde je pre procesa peletiranja potrebno sušiti materijal troši se oko 10% od njihove energije. Konkretno postignuti efekti peletiranjem i briketiranjem biomase se postižu u sledećem: povećava se masa u jedinici zapremine (gustina biogoriva), smanjuju se troškovi transporta, skladištenja i manipulacije, biološki procesi biološke degradacije biomase su znatno usporeni, ložišna postrojenja su manja i samim tim jeftinija, povećava se efikasnost u procesu sagorevanja i dr. Tehničke karakteristike peleta i briketa su u kratkom prikazane u tabeli 11. Tab. 11. Tehničke karakteristike briketa i peleta i njihovo međusobno poređenje Peleti Briketi Izgled Sirovinski materijal Oblik Struktura Suvo i samleveno drvo i ostaci poljoprivrednih kultura. Cilindričan (uobičajeno Ø 6 do 12 mm, sa dužinom 4 do 5 puta od Ø). Stabilna, čvrsta, bez primesa prašine Suvo i samleveno drvo i ostaci poljoprivrednih kultura. Sirovinski materijal može biti krupniji nego za peletiranje, a u zavisnosti od dumenzija briketa. Cilindričan (uobičajeno Ø 80 do 90 mm) ili u obliku paralelopipeda (150x70x60 mm) Delimično se osipa, rasipa se Nasipna gustina Min. 650 kg/m 3 600 do 700 kg/m 3 Spoljašnji izgled Ravan Najčešće neravan Transport Način ubacivanja Toplotna moć U rinfuzi, vrećama i velikim vrećama Ručno ili automatizovano korišćenja Upakovane jedinice, na paletama Ručno korišćenja Karakteristike peleta za upotrebu u manjim postrojenjima > 4,7 kwh (>17 MJ/kg) Sadržaj vlage Max. 10% Sadržaj pepela Max. 0.5% Dimenzije Prečnik: 6 mm; Dužina: 10-30 mm 26
Sagorevanje peleta i briketa od biomase, pa i drveta ima svojih prednosti, koje se između ostalog, mogu sagledati i u sledećem: prilikom sabijanja biomase u pelete i brikete postoji mogučnost dodavanja više vrsta biomase, koje mogu imati različite karakteristike, kao i dodavanje željenih aditiva, za rast biomase od kojih se izrađuju peleti i briketi se troši CO 2 iz atmosvere, da bi se njihovim sagorevanjem isti CO 2 vratio u atmosferu, usled čega se izbegava efekat staklene bašte i smanjuje opasnost od globalnog zagrevanja planete Zemlje, sadržaj sumpora u peletama i briketama od biomase je manji u odnosu na konvencionalna goriva, čime se smanjuje opasnost od kiselih kiša, tako da peleti i briketi od biomase čine ekološki prihvatljive energente, biomasa kao sirovina za proizvodnju peleta i briketa se nalazi svugde u našem okruženju, lako je dostupna i nema visoku cenu, nabavka peleta i briketa može da bude sukcesivna, kao i svakog drugog proizvoda, u prodavnicama i stovarištima u količinama koja odgovara potrebi korisnika, mogućnost kontinualnog ubacivanja u ložište na način koji je u saglasnosti sa potrebnom termičkom snagom ložišta, vlažnost proizvoda je manja, u odnosu na rinfuznu biomasu i neke vrste ugljeva, potpala peleta i briketa je lakša, toplotna moć peleta i briketa dobijena od drvne biomase i biomase nastale iz primarne poljoprivredne proizvodnje iznosi 15.500-20.560 kj/kg, što odgovara toplotnoj moći mrkih ugljeva, peleti i briketi imaju dobru primenu i u pećima i u kotlovima, proces sagorevanja se može realizovati sa velikom energetskom efikasnosti, u radu postrojenja za sagorevanje peleta i briketa biomase jednostavna je mehanizovanost i automatizovanost doziranja goriva u ložište, peleti mogu da sagorevaju u velikom broju tehničkih rešenja ložišta (od revnih nepokretnih i pokretnih rešetki, ciklonskih ložišta i ložišta u fluidizovanom sloju), sagorevanjem i manipulacijom peleta i briketa se ne javlja prašina i dim, što je važan momenat kod održavanja higijene radnog prostora i njihovog okruženja, količina pepela posle sagorevanja je 2-7 puta manja kod peleta i briketa, i dr. Istaknute i brojne druge prednosti proizvodnje i korišćenja peleta i briketa od biomase su opravdane, pa je zato potrebno podizati ovaj tehnološki proces proizvodnje na svim lokalitetima gde za to postoje uslovi. Za realizaciju tehnologija direktnog sagorevanja peleta i briketa od biomase danas su u upotrebi postrojenja različitih toplotnih snaga, od onih koja se koriste u domaćinstvima, snaga 3 do 25 kw, do najvećih kotlovskih i kogenergacijskih postorjenja (CHP), snaga iznad 50 MW, a u kogeneraciji i preko 400 MW. 27
ZADATAK 2 Analiza potrebne toplotne energije u izabranim objektima javne namene U ovom delu studije bilo je potrebno realizovati istraživanja iz literaturnih podataka i terenskog rada i dobijene rezultate sistematizovano prikazati. U zadatku 2 bilo je potrebno uraditi detaljnu analizu toplotne potrošnje u izabranim objektima javne namene prema sledećim kriterijumima: Napraviti optimalnu selekciju objekata javne namene koje potencijalno mogu koristiti biomasu kao energent za njihovo zagrevanje, Obezbediti grafički prikaz objekata sa rasporedom grejnih instalacija (za izabrane objekte u opštini) Pripremiti energetski pasoš tehničkih karakteristika grejnih sistema i analizom gubitaka toplote za izabrane objekte javne namene u opštinama (starost zgrade i instalacija, vrstu prozora i vrstu stakla, postrojenja za toplu vodu, način grejanja, vrsta goriva itd.) Analizirati mere za poboljšanje energetske efikasnosti u objektima javne namene i obezbediti preporuke da se kod zagrevanja tih objekata korišćenjem biomase kao energenta dostigne visoki nivo efektivnosti energetskih ušteda. 2.1. Izbor objekata javne namene u opštini Bor za čije zagrevanje će se koristiti biomasa Izbor objekata javne namene za čije zagrevanje će se koristiti biomasa kao izvor toplotne energije je vršen u zajedničkom radu sa svim predstavnicima relevantnih institucija iz opštinskih, tj. lokalnih samouprava. Tako su za odabir objekata i prikupljanje neophodnih podataka koji se odnose na plansku dokumentaciju lokacije sa makro i mikro aspekta, tehničke karakteristike objekata sa postojećom infrastrukturom i potencijalne mogućnosti proširenja postojećih i dovođenje novih infrastrukturnih priključaka uključeni: rukovodstvo opštine uz obavezno učešće opštinskog menadžera za energetiku, predstavnici javnih preduzeća (urbanizam, kataster, elektrodistribucija, vodovod i kanalizacija, toplane, poljoprivredne i šumarske službe), privredna komora, kao i direktori skoro svih javnih ustanova koje se nalaze na lokacijama koje su interesantne za izradu ovog zadatka. Pri odabiru objekata težilo se da se ispuni nekoliko najvažnijih kriterijuma i to: da su u pitanju objekti javne namene od značaja za lokalnu samoupravu, da se radi o jednom ili više objekata, koji imaju potrebe za većom količinom toplotne energije, 28
da su objekti na lokaciji koja se ne prepliće sa postojećim cevnim sistemom gradskih centralnih grejanja, tj. da su na lokacijama do kojih mreža gradskog centralnog grejanja neće u dogledno vreme doći, da na izabranim lokacijama ima dovoljno prostora za izgradnju kotlarnice i manjeg međuskladišta biomase, što podrazumeva fizičku odvojenost od postojećih objekata u koje se uvodi sistem grejanja (pre svega zbog higijenskih i protivpožarnih zahteva), da je lokacija za izgradnju objekta u blizini postojećih kotlarnica na gas ili na tečno gorivo, tako da sistemi kotlovskih postrojenja mogu da rade u spregnutom radu, tj. da koriste zajedničke kolektore, da objekti imaju zadovoljavajuću unutrašnju cevnu mrežnu grejnih instalacija ili da nema nikakvu instalaciju tako da može da se projektuje i izradi unutrašnja grejna instalacija adekvatnih tehničkih karakteristika, da je poznat vlasnik prostora na kojem se planira kotlarnica i međuskladište, da cevna instalacija između nekoliko izabranih objekata ne bude suviše duga i složena za izgradnju, da postoje adekvatni pristupni putevi do objekta međuskladišta za donošenje biomase na sagorevanje i drugo. Opština Bor se sastoji od centralnog naselja i sedišta opštine gradskog naselja Bor i 12 sela: Gornjane, Tanda, Luka, Krivelj, Bučje, Oštrelj, Donja Bela Reka, Brestovac, Slatina, Zlot, Šarbanovac i Metovnica U gradu Bor-u postoji veliki broj javnih ustanova od kojih bi se kao važnije mogle navesti. 1. Opština Bor Predsedništvo i opštinska Uprava 2. Predškolske ustanove: Ustanova za decu ''Bambi'', Ustanova za decu Boško Buha, Ustanova za decu Leptirić, Ustanova za decu Crvenkapa, Ustanova za decu Dečija radost, Ustanova za decu Pčelica 3. Školske ustanove: Osnovne škole: Branko Radičević, Sveti Sava, Vuk Stefanović Karadžić, Dušan Radović, 3. Oktobar i Škola za osnovno obrazovanje Vidovdan. Srednje škole: Gimnazija "Bora Stanković" Bor, Mašinsko-elektrotehnička škola, Ekonomsko-trgovinska škola, Tehnička škola i Škola za srednje obrazovanje Vidovdan. Tehničk Fakultet u Boru (pripada Beogradskom Univerzitetu) 4. Javna i javno-komunalna preduzeća: JKP ''Toplana''. JKP ''Vodovod'', JKP ''3.oktobar'', JP Za pružanje stambenih usluga, JP Direkcija za izgradnju Bora, JP ''Bogovina'', JP Štampa, radio i film, Biznis inkubator centar, Muzej Rudarstva i Metalurgije, Turistička organizacija, Javna ustanova Sportski centar, Narodna biblioteka, Muzej rudarstva i metalurgije, Javna ustanova Centar za kulturu opštine Bor, Bioskop ''Rudar'', Sportski Savez opštine Bor, Crveni krst, Samački smeštaj 5. Pored navedenog u Boru se nalaze objekti Republičkih institucija, kao što su: 29
Borski okrug, Republička inspekcija borski okrug, Penziono i Invalidsko Osiguranje, Geodetska uprava Katastar, Uprava prihoda, MUP, Sud, Sudija za prekršaje, Tužilaštvo, Javno pravobranilaštvo, Studentski centar, Jugopetrol, Elektroistok, Zavod za zapošljavanje, Zdravstveni centar, Opšta bolnica, Centar za socijalni rad, Gerontološko društvo, PTT, Telekom, Vojska Srbije - vojni odeljak u Boru Tokom sagledavanja situacije i odabira objekata od javnog značaja za njihovo zagrevanje u gradu Boru, isticalo se nekoliko specifičnosti. Sagledavajući stanje na terenu i uvažavajući navedene kriterijume u opštini Bor konstatovano je da su u gradu Boru oko 98% objekata javne namene prikopčano na sistem centralnog gradskog grejanja. To je nametnulo potrebu da se kod odabira objekata javne namene posmatraju i objekti u okolini gradskog naselja. Tako su tokom razmatranja pogodnih lokacija za uvođenje centralnog zagrevanja u objekte javne namene u gradu Boru posećeni su sledeći objekti: Naziv objekta Izgled objekta Osnovna škola Vuk Stefanović Karadžić Zgrada osnovne škole OŠ Vuk Stefanović Karadžić (sl. 5) je izgrađena 1937. godine. To je najstarija škola na ovim prostorima u kojoj se i danas odvija nastava. Škola je dobila fiskulturnu salu 1957. godine, koja je 2011. godine renovirana. Danas školu pohađa 550 đaka. Donji sprat škole je namenjen učenicima, dok na gornjem spratu na divlje stanuje nekoliko porodica. Sl. 5. OŠ Vuk Stefanović Karadžić Dom kulture Dom kulture u Boru (sl. 6) je velika građevina, čiji je prostor organizovan u četiri nivoa. Ispred doma kulture je veliki plato za održavanje raznih manifestacija. Pored osnovnog sadržaja koji se odnosi na delatnosti Doma kulture u zgradi je smeštena gradska biblioteka i zdanje Muzeja rudarstva i metalurgije. U biblioteku se ulazi sa platoa koji se nalazi ispred zgrade Doma. Sl. 6. Dom kulture 30
Zoo park u Borskom naselju Sunce Zoo park (sl. 7) se prostire na površini od 16.000 m2, gde je izgrađeno dvadesetak specijalnih kućica za oko 50 vrsta životinja. Zoo park se nalazi na uzvišenju u delu naselja Sunce. Objekti su posebne namene (kavezi za životinje, objekti za životinje iz toplijih podnevlja, upravna zgrada, veterinarska ambulanta, suvenirnica, igralište za decu i restoran), načina konstruisanja (drveni objekti i kamene jazbine) i korišćenog materijala u izradi. Sl. 7. Zoo park u Boru Dvorac kneza Aleksandra Karađorđevića U Brestovačkoj banji je 1856. godine izgrađen dvorac kneza Aleksandra Karađorđevića (sl. 8). U okolini dvorca je 1906. godine izgrađeno kupatilo sa pratećim objektima, koji su restaurirani 1970. godine, ali su sada privatizovani. Dvorac i malo dvorište se nalaze u bujnom zelenilu (šume površine 90 ha) i oličenje su sklada sa prirodom i sveta mira i tišine. Sl. 8. Dvorac kralja Aleksandra Karađorđevića Konak kneza Miloša Izgradnja Brestovačke Banje je počela 1837. godine kada je i izgrađen konak poznat pod nazivom konak Kneza Miloša (sl. 9). Konak je detaljno restauriran 1970. godine, kada su tu smešteni eksponati muzejske postavke Brestovačka Banja u doba Kneza Miloša. Konak je sagradjen u stilu srpske arhitekture i za ono vreme bila je prilično velika zgrada. Zgrada je u osnovi pravougaonog oblika. Jednostavne je konstrukcije sa mirnom fasadom. Široka ispadajuća streja i krov su pokriveni ćeramidom, sa dimnjacima, a sa zapadne strane postoji i tremdoksat. Zgrada je rađena u bondruku Sl. 9. Konak kneza Miloša 31
sa profilisanim gredama od hrastovine na uglovima, koje istovremeno služe kao konstruktivni i dekorativni elementi i sastoji se od 5 prostorija. U sredini zgrade je velika pravougaona prostorija u koju se sa prednje strane zgade nalaze ulazna vrata u zgradu, a na suprotnoj strani od ulaznih vrata, okrenutih prema severu, nalaze se izlazna vrata. Iz središnje prostorije ulazi se desno i levo u po dve sobe sa svake strane. Levo od izlaznih vrata nalazi se jedna manja soba zvana odžaklija sa ognjištem za kuvanje iznad koga se diže veliki dimnjak. Tursko kupatilo hamam Pored konaka Kneza Miloša u Brestovačkoj banji (sl. 10) nalazi se i hamam objekat turskog kupatila. Konak je detaljno restauriran 1970. godine, Sl. 10. Tursko kupatilo Tokom razmatranja mogućnosti izgradnje kotlovskog postrojenja na biomasu u gradu Boru uočen je veliki problem nemogućnosti izbora lokacije za izgradnju kotlarnice i međuskladišta, pa je na osnovu procena položaja objekata i položaja cevne instalacije postojećeg centralnog sistema za zagrevanje Bora, vlasništva nad zemljištem za potencijalnu izgradnju kotlarnice, potreba za zagrevanjem, a u saglasnosti sa predstavnikom UNDP Srbija usvojeno da se obradi sistem koji bi grejao dvorac kralja Aleksandra Karađorđevića. Ostali objekti nisu dalje razmatrani. 2.2. Grafički prikaz izabranih objekata sa rasporedom postojećih grejnih instalacija u opštini Bor Na osnovu navedenog može se konstatovati da je u opštini Bor izabran objekat javne namene i to: Dvorac kralja Aleksandra Karađorđevića. Zbog preglednosti izrade ove studije i korišćenih velikih formata crteža, grafička dokumentacija će biti prikazana u prilogu, na kraju studije. Za izabranu lokaciju prikazani su sledeći crteži: Mapa naselja gde je lociran izabrani objekat, Situacioni plan sa prostornim rasporedom objekata, Fasadni izgled objekta u jednoj projekciji, Osnove objekta za svaku etažu Situacioni plan sa objektom nove kotlarnice i trasom cevovoda ka izabranim objektima, 32
Tehnološku šemu rada postrojenja, Dispozicija opreme u novoj kotlarnici na biomasu i Šemu povezivanja u kotlarnici. 2.3. Prikaz tehničkih karakteristika objekta sa analizom gubitaka toplote za izabrani objekat javne namene u opštini Bor Tehničke karakteristike izabranog objekta se u opštini Bor mogu prikazati u sledećem: Dvorac kneza Aleksandra Karađorđevića sagrađen je 1857. godine (sl. 11). Zgrada dvorca je izgrađena na usečenoj strmoj ivici brega ispod koga se nalaze konak kneza Miloša i Hamam tursko kupatilo. Do ulaza u dvorac se stiže stepenicama i stazama koje su postavljene po ivici brega. Dvorac je tokom poslednjih godina kompletno restauriran u potpunosti, a autentična je ostala samo ulazna kapija (sl. 12). Slika 11: Istočna fasada dvorca Slika 12: Ulazna kapija dvorca Dvorac se sastoji od tri etaže: prizemlja, prvog sprata i podkrovlja. U prizemlju dvorca se nalazi ulazni hol, tri zasebne prostorije i toalet. Iz ulaznog hola vode stepenice na sprat. U prostoru ispod stepeništa je predviđena podstanica iz koje će se razvoditi topla voda na svakom spratu zasebno. Na spratu se nalazi prijemni hol, sa šest prostorija, toaletom, balkonom, koji se balazi iznad ulaznih vrata, a naspram njega na drugoj strani zgrade se nalazi zastakljena veranda, koja je služila kao otvoren trem. U zastakljenoj verandi se nalaze polulučne stepenice koje vode u potkrovlje. Potkrovlje je rekonstruisano i prilagođeno je za 4 rezidencijalna apartmana. Prilikom rekonstrukcije potkrovlja ubačeni su novi dvostruki prozori, na krovu je postavljen novi crep, a rekonstruisana je i fasada. Temelji i osnova prozemlja objekta su izrađeni od kamena debljine 72 cm sa koeficijentom prolaza toplote k = 2 W/m 2 K (sl. 13). Plafon je urađen od gipsanih ploča iznad kojih se nalaze drvene grede sa daskama i trščanim lepom sa k = 0,87 W/m 2 K. Zidovi na spratu su zidani od stare opeke debljine 55 cm i 20 cm, dok su spoljašnji zidovi debljine 60 cm. Koeficijent prolaza toplote spoljašnjih zidova iznosi k = 1,02 W/m 2 K (sl. 14). 33
Slika 13 Presek spoljašnjeg zida u prizemlju Slika 14: Presek spoljašnjeg zida na spratu Osnovne tehničke karakteristike prostorija u prizemlju i na sprati dvorca prikazane su u tabelama 12, 13 i 14 i u grafičkoj dokumentaciji. Tab. 12. Osnovne karakteristike prostorija u prizemlju Oznaka prostorije Površina poda Površina spoljnjih zidova Površina prozora Visina prostorije Toplotna snaga radijatora (m 2 ) (m 2 ) (m 2 ) (m) (W) 1/15 40,63 20.92 4 2.85 5.190 2/20 27,64 37.53 5.1 2.85 2.880 3/20 20,53 21,75 5,1 2,85 3.050 4/15 6,23 14,55 0,64 2,85 660 UKUPNO 95,03 238,3 15,74 11.780 Prozori na spratu i prizemlju su jednokrilni, dvostruki sa termoizolacionim staklom dimenzija 100 x 176 cm i k = 1,76 W/m 2 K. Zidovi potkrovlja su od opeke debljine 38 cm sa koeficijentom prolaza toplote k = 1,42 W/m 2 K, a pregradni zidovi su 10 cm debljine i napravljeni su od gipsanih ploča. Plafon je urađen od gipsanih ploča debljine 9,5 mm, iznad koga se nalazi, kamena vuna debljine 3 cm, i OSB ploče debljine 1,8 cm na kojima je postavljen crep. Koeficijent prolaza toplote za krov iznosi k = 0,49 W/m 2 K. 34
U dvorcu nisu postavljeni elementi grejne cevne instalacije, ali za to u prostorijama postoji sasvim dovoljno mesta. Tab. 13. Osnovne karakteristike prostorija na spratu Oznaka prostorije Površina poda Površina spoljnjih zidova Površina prozora Visina prostorije Toplotna snaga radijatora (m 2 ) (m 2 ) (m 2 ) (m) (W) 1/15 37,1 0 0 2.85 0 2/20 12,16 16,55 3,4 2.85 1.910 3/20 12,16 7,42 1,7 2,85 1.680 4/20 14,44 16,56 5,1 2,85 2.160 5/20 21,36 10,31 5,71 2,85 3.170 6/20 15,1 18,77 3,4 2,85 2.213 7/20 8,7 6,67 1,7 2.85 1.431 8/20 14,14 18,03 3,4 2,85 2.210 9/15 15,12 20,45 10,9 2,85 1.270 UKUPNO 150,28 114,76 35,31-16.044 Tab. 14. Osnovne karakteristike prostorija u potkrovlju Oznaka prostorije Površina poda Površina spoljnjih zidova Površina prozora Visina prostorije Toplotna snaga radijatora (m 2 ) (m 2 ) (m 2 ) (m) (W) 1 2 3 4 5 6 1/15 15,12 22 0 2 1.524 2/15 14,57 0 0 2,5 1.450 3/20 12,58 1,87 0,95 1,5 1.545 4/20 9,3 9,15 1,28 1,5 1.180 5/22 4,10 0 0,64 1,8 440 6/20 12,77 1,87 0,95 1, 5 1.545 7/20 9,3 9,15 1,28 1,5 1.148 8/22 4,10 0 0,64 1,8 440 9/20 4,89 0 0 2 530 10/20 15,33 5,32 1,92 1,5 1.890 11/20 15,59 11,9 1,92 1,5 1.746 12/22 4,1 0 0,64 1,8 450 13/20 4,89 0 0 2 725 14/20 15,33 5,32 1,92 1,5 1.890 35
1 2 3 4 5 6 15/20 15,59 11,9 1,92 1,5 1.710 16/22 4,1 0 0,64 1,8 450 UKUPNO 161,66 78,48 14,7 18.663 Na osnovu podataka iz tabela 12, 13 i 14 može se konstatovati da prizemlje dvorca ima ukupnu površinu poda od 95,03 m 2, zapreminu za zagrevanje od 270,84 m 3. Potrebna toplotna snaga radijatora iznosi 11.780 W, što omogućuje odavanje 123,93 W/m 2 i 43,49 W/m 3 toplotne energije. Sprat dvorca ima ukupnu površinu od 150,28 m 2 i zapreminu za zagrevanje od 428,3 m 3. Potrebna toplotna snaga radijatora iznosi 16.044 W, što omogućuje odavanje 106,76 W/m 2 i 37,46 W/m 3 toplotne energije, što bi moglo da se učini nedovoljnim, ali pošto je stredišni prostor na spratu bez poda i u potpunosti je okružen sa prostorijama koje se greju realna predata toplotna snaga prostorijama koje se greju iznosi 141,76 W/m 2 i 47,25 W/m 3. Potkrovlje dvorca ima ukupnu površinu od 161,66 m 2 i zapreminu za zagrevanje 293 m 3. Potrebna toplotna snaga radijatora iznosi 18.663 W, što omogućuje odvanje 115,45 W/m 2 i 63,70 W/m 3 toplotne energije, pošto je prosečna visina prostorija u potkrovlju oko 1,8 m. Na osnovu navedenog grejna tela u režimu rada 90/70 o C trebala bi da oslobode 46,487 kw toplotne energije. 2.4. Analiza mera za povećanje energetske efikasnosti u objektima javne namene Analizu mera za povećanje energetske efikasnosti u objektima javne namene za opštinu Bor je neophodno uraditi sa dva aspekta. Jedan aspekt se odnosi na uopšteni, tj. globalni pristup problematici povećanju energetske efikasnosti u opštinama, dok se drugi aspekt odnosi na povećanje energetske efikasnosti pojedinih objekata. Generalno posmatrano u Srbiji se u odnosu na razvijenije zemlje u svim domenima života i rada troši više energije nego u razvijenim zemljama. To se posebno odnosi na potrošnju energije u objektima javne namene. Iz tog razloga je veoma bitno da se na nivou lokalne samouprave evidentira ukupan broj objekata javne namene i energetske infrastrukture koji se odnosi na njih. U tu svrhu nadležno Ministarstvo je navelo podelu objekata javne potrošnje od značaja za energetski bilans koji su raspoređeni u više kategorija i to: objekti obrazovnih institucija, zdravstveni centri, objekti kolektivnog smeštaja, objekti institucija kulture i sporta, administrativni objekti, objekti javnog transporta, objekti javnih i javno-komunalnih preduzeća i drugi. U opštini Bor broj ovih objekata kreće se oko 35. U opštini nemaju kumulativne podatke o utrošenoj energiji u objektima javne namene, što sugeriše da ovi podaci nikada nisu obrađivani i analizirani u tim opštinama. Urednost evidencija o potrošnji energije u objektima javne potrošnje i energetske infrastrukture na lokalnom nivou bi omogućila izradu energetskih bilansa, kao i lociranje i uklanjanje mesta smanjene energetske efikasnosti. To je dokaz potrebe da se u podsticanju razvoja energetske efikasnosti i energetskog 36
menadžementa određeni zahtevi, prvenstveno minimalni (kw/m 2 i dr.), urede na centralnom nivou, pošto bi se time povećao nadzor nad potrošnjom energije i umanjile neracionalnosti u pogledu energetske potrošnje. Danas se najčešće nadzor nad potrošnjom energije u javnim objektima obavlja preko trošenja i planiranja budžeta, kao i kroz postupak nabavke energenata. Sam postupak nabavke energenata je veoma raznovrsan u svakoj opštini, pojedinačno za ustanove i preduzeća, pojedine grupe objekata i dr. Ali, u velikom broju slučajeva potrošnja energije u objektima javne potrošnje u principu je u nadležnosti rukovdstava objekata. Tako se i izrada energetskog bilansa pojavljuje kao mera smanjenja potrošnje energije u objektima javne namene. U ceilini, u opštinama nadzor nad potrošnjom energije u objektima javne namene nije razvijen. Ovo uopšteno zapažanje sugeriše, sistemske probleme u funkcionisanju lokalne samouprave i njenu organizacionu neprigalođenost modernim trendovima menadžmenta i organizacije u ovoj oblasti. Kao naročito nepovoljna odlika postojećeg sistema lokalne samouprave spram zahteva za efikasnijim funkcionisanjem u pogledu energije može se izdvojiti nizak nivo svesti na lokalnom nivou, pre svega kod donosilaca odluka u pogledu i primeni mera energetske efikasnosti. Ovakvo nepovoljno stanje pogotovo dolazi do izražaja u situacijama kada politička sfera dominira nad stručnom, što deluje posebno destimulativno na organizovanje mera energetske efikasnosti na lokalnom nivou. Ukoliko se, prema postojećoj regulativi, ne može pretpostaviti da će se ovakvo stanje promeniti, utoliko je neophodnije da se energetska efikasnost, barem u objektima javne namene, kao oblast uredi posebnim zakonom i time podstakne i omogući njen razvoj. Aktivnosti koje bi se trebale sprovoditi u pogledu racionalnog korišćenja energije i povećanja energetske efikasnosti u objektima javne namene se odnose na investicione i druge aktivnosti. Investicije za povećanje energetske efikasnosti u objektima javne namene u opštinama se najčešće odnose na tekuće i investiciono održavanje, tj. zamenu stolarije, popravku krovova i drugih elementa objekata i dr. U ovu grupu se po učestalosti mogu svrstati i investicije u izradu projektne dokumentacije. Pored toga, investicije mogu biti usmerene u rekonstrukciju i/ili proširenje sistema grejanja, kotlarnica i toplovoda, kao i na nabavku termoenergetskih postrojenja u kojima se koristi drugi, pre svega ekonomičniji energenti, kao što su biomasa, mazut, prirodni gas i dr. Od drugih aktivnosti najpreče bi trebalo realizovati: obuku rukovaoca termoenergetskim postrojenjima, podizanje svesti korisnika objekata, uvesti veće učešće javnosti u donošenju planskih dokumenata kojima se definišu mere povećanja energetske efikasnosti i dr. Kada se posmatra korišćenje energije za centralno zagrevanje pojedinih objekata u javnoj nameni, kao što je već navedeno, može se konstatovati da se energija troši neracionalno i nekvalitetno (velika odstupanja od zatatih temperatura u grejanim prostorijama). Sistemi centralnog grejanja vodom su veoma složeni sistemi. Za kvalitetan rad (zadovoljvajuće i ekonomično grejanje) tih sistema potrebno je stalno podešavanje temperature vode u zavisnosti od spoljnih uslova (temperature, vetrova i drugih faktora). Pored toga za povećanu potrošnju energije kod zagrevanja pojedinih objekata postoji više uzroka od kojih bi se najpre mogli navesti: 37
1. Povećanje toplotnih gubitaka grejanih objekata, što se javlja kao posledica nesolidne gradnje (neadekvatna termička izolacija objekta, građevinske stolarije i dr.). 2. Dotrajalosti objekta, a posebno građevinske stolarije. 3. Loša eksploatacija objekta (nema predprostora kod ulaznih vrata u zgradu, ulazna i druga spoljašnja vrata se ne zatvaraju, nepotrebno se drže otvoreni prozori (posebno u hodnicima i u sanitarnim prostorijama zbog loše higijene i neprijatnog mirisa). 4. U svim prostorijama se održavaju slične temperature, koje su veoma često iznad preporučenih, tj. propisanih temperatura za tu vrstu objekata. 5. Prisustvo vlage u zidovima objekta, koja povećava toplotne gubitke iz objekta. 6. Loše isprojektovana i izvedena instalacije za grejanje. 7. Neizvršena hidraulična regulacija instalacije za grejanje, koje može biti toliko da predstavlja nedopustivo odstupanje od Glavnog mašinskog projekta termotehničkih instalacija (što se kod nas nažalost, po pravilu, toleriše). Navedeno je posebno prisutno kod objekata kod kojih je rađena rekonstrukcija i proširenje kapaciteta grejanja. 8. Oprema za regulaciju radnog režima grejnog sistema nije adekvatno projektovana, izabrana je oprema lošeg kvaliteta ili je nestručno ugrađena, a često navedena oprema nije ni u funkciji. 9. Greju se delovi objekta koji nisu potrebni (podrumi, radionice u kojima se provodi veoma malo vremena, stare kotlarnice, magacinski prostori, stare fiskulturne sale i dr.). Eliminisanjem navedenih uzroka neracionalne potrošnje energije kod zagrevanja pojedinih objekata javne namene znatno će se povećati energetska efikasnost sistema za centralno zagrevanje i time smanjiti troškovi njihove eksploatacije. Pri tome je potrebno posebno napomenuti da je u svemu tome neophodno dobro isprojektovati navedene sisteme i njihov rad u što većoj meri automatizovati. 2.4.1. Predlozi za praktične mere ušteda i povećanja energentske efikasnosti Pošto je zgrada dvorca u Brestovačkoj banji nedavno u potpunosti renovirana, pri čemu su ispoštovani takoreći svi kriterijumi za racionalnim gazdovanjem energijom (zidovi su dovoljne debljine, krovna konstrukcija je veoma dobro termički izolovana i stavljena je odgovarajuća nova stolarija) glavni efekti u povećanju energetske efikasnosti se mogu očekivati kod organizacionih mera pri eksploataciji grejnog sistema. Navedeno se može tvrditi usled činjenice da je objekat rezidencijalnog tipa i da u njemo boravak ljudi u svim prostorijama nije redovno prisutan. Iz navedenog razloga je sistem i projektovan da se fluid za grejanje raspoređuje po spratovima preko podstanice, čime će se omogućiti adekvatna temperatura ambijenta u prostorijama gde se očekuje boravak ljudi ili će se na pojedinim spratovima podesiti temperatura ambijenta u štedljivom režimu. Pored navedenog kod svakog grejnog tela su predviđeni termostatski ventili za posebno podešavanje temperature u svakoj prostoriji. 38
ZADATAK 3 Tehno-ekonomska analiza termoenergetskog postrojenja na biomasu za zagrevanje objekta javne namene 3.1. Tehnologija sagorevanja raspoloživih formi biomase Sagorevanje je tehnologija transformacije hemijske energije iz goriva u toplotnu energiju, koja se koristi u običnom životu, industriji ili za dobijanje drugih vidova energije (električne i dr.), kako u industrijski razvijenim zemljama tako i u zemljama u razvoju. Obim primene sagorevanja raznih vrsta goriva, pa i biomase je danas doveo do ekoloških problema svetskih razmera zbog čega se svakodnevno radi na usavršavanju tehnologija sagorevanja, povećanju obima korišćenja obnovljivih energenata i povećanju energetske efikasnosti svih činioca u proizvodnji i korišćenju toplote. Adekvatan izbor tehnologije za namensko sagorevanje biomase u cilju dobijanja toplotne energije je od najvećeg značaja za energetsku, ekonomsku i ekološku efikasnost tog procesa. Čvrsta biomasa kao energent može da se klasifikuje na: drvnu, nedrvnu (najčešće sekundarni i tercijelni ostaci poljoprivredne proizvodnje), životinjski, industrijski i komunalni otpad, što u samoj osnovi već u velikoj meri predodređuje izbor tehnologije za njeno direktno sagorevanje. Kao što je navedeno u poglavlju 1.3. ove studije, postoji veliki broj faktora koji će usmeriti na neku od moguće primenljivih tehnologija sagorevanja biomase. U svakom slučaju verovatno najvažniji faktori za izbor tehnologije sagorevanje se odnose na vrstu i formu raspoložive biomase, potrebnu snagu termoenergetskog postrojenja, tip ložišta za sagorevanje biomase, sadržaj i osobine pepela u biomasi, zahtevi o veličini štetnih uticaja na životnu i radnu sredinu, veličinu raspoloživih investicionih sredstava i dr. Za realizaciju tehnologija direktnog sagorevanja biomase danas su u upotrebi postrojenja različitih toplotnih snaga, od onih koja se koriste u domaćinstvima, snaga 1 do 120 kw, do najvećih kotlovskih i kogenergacijskih postorjenja (CHP) snaga iznad 400 MW. Postrojenja koja su najčešće u primeni, a kod kojih se biomasa direktno sagoreva mogu biti manjih snaga 30 50 kw, i oni se koriste za zagrevanje pojedinačnih objekata ili manjih proizvodnih pogona, srednjih snaga 50 do 360 kw, koji se koriste za zagrevanje objekata većih zapremina i velika industrijska postrojenja snaga od 360 kw do preko 50 MW. Biomasa se sagoreva i u najvećim postrojenjima termičkih snaga od preko 400 MW, ali se tu najčešće sagoreva kao dopunsko gorivo izmešana sa konvencionalnim energentima, najčešće ugljem. 39
Pregled postrojenja u kojima se sagoreva biomasa po načinu opsluživanja, tipu ložišta, vrsti i formi korišćene biomase, njihovog uobičajenog sadržaja pepela i vlage predstavljen je u tabeli 15. Tab. 15. Najčešće korišćena postrojenja za sagorevanje biomase Način korišćenja Ručno Pelete Automatsko Tip ložišta Peći na drva Peć ili kotao na cepanice Peć ili kotao na pelete Rešetka za dovođenje goriv. odozdo Postrojenja sa pomerljivom rešetkom Rešetka sa predložištem Rotirajuća rešetka za dovođenje goriva odozdo Gorionik oblika cigarete Postrojenja za cele bale biomase Postrojenja na biomasu iz poljoprivrede Lebdeći fluidizovani sloj Cirkulirajući fluidizovani sloj Opseg toplotnih snaga 2 10 kw 5 50 kw Gorivo suve kratke cepanice kratke cepanice, orezana granjevina Sadržaj pepela Sadržaj vode u gorivu <2% 5-20% <2% 5-30% 2 25 kw peleti biomase <2% 8-10% 20 kw 25 MW 150 kw 15 MW 20 kw 15 MW 2 5 MW 3 5 MW 3 5 MW 100 kw 5 MW 5 15 MW 15 100 MW drveni čips, orezana granjevina svi oblici usitnjenog drvnog goriva, većina vrsta biomase suvo drvo, granjevina čips drveta sa visokim sadržajem vlage prednji deo bala biomase cele bale biomase bale biomase sa iseckanom masom sečena biomasa, d < 10 mm sečena biomasa, d < 10 mm <2% 5-50% <50% 5-60% <5% 5-35% <50% 40%- 65% <5% 20% <5% 20% <5% 20% <50% 5-60% <50% 5-60% 40
Sagorevanje izmešanih goriva Co-firing* Gorionik za prašinu Lebdeći fluidizovani sloj Cirkulirajući fluidizovani sloj Gorionik za prašinu 5 10 MW Total 50 MW 150 MW Total 100 300 MW Slama 5 MW 20 MW sečena biomasa, d < 5 mm sečena biomasa, d < 10 mm sečena biomasa, d < 10 mm sitna biomasa, d = 2-3 mm * udeo biomase u ukupnoj masi goriva je uobičajeno manji od 10% <5% <20% <50% 5-60% <50% 5-60% <5% 20% U tabeli 15, su navedene razne mogućnosti sagorevanja biomase. Glavna podela se odnosi na tip ložišta za sagorevanje biomase koje direktno utiče na izbor tehnologije. Pri ovome je važno napomenuti da potpuno sagorevanje i visoki stepen energetske efikasnosti u postrojenjima za direktno sagorevanje biomase nije lako postići. U principu, što je granulacija biomase veća i što se više biomase ubacuje odjednom u ložište (pogotovo ako biomasa u sebi sadrži povećan stepen vlage) sagorevanje je nekvalitetnije, a emisija štetnih gasova u atmosferu veća, ali je termoenergetsko postrojenje za istu toplotnu snagu u celini znatno jeftinije. Kada je kvalitet inperativ kod sagorevanja koristi se usitnjena forma goriva u šta spada i pelet od drveta. 3.1.1. Tehnologija primene i konstrukcija manjih termoenergetskih postrojenja Sadašnja postrojenja manjih snaga koja koriste pelete biomase kao biogorivo su namenjena za domaćinstva ili manje potrošače toplotne energije. Termička snaga postrojenja namenjenih domaćinstvima iznosi do 120 kw, dok se sa sličnim konstrukcijama prave postrojenja snage i nekoliko stotina kilovata. Takva postrojenja (sl. 15) najčešće rade na principu primarne i sekundarne komore za sagorevanje sa gravitacionim ubacivanjem goriva. Primarna komora za sagorevanje je obložena šamotom i u njoj se peleti biomase sagorevaju na nižim temperaturama od oko 800 o C. Po izlasku sagorivih gasova iz primarne komore za sagorevanje, dodatno se mešaju sa sekundarnim vazduhom i u sekundarnoj komori sagorevaju na temperaturama od 1200 do 1300 o C, što obezbeđuje visoku energetsku efikasnost u radu takvih postrojenja. Peleti biomase se u primarnu komoru za sagorevanje dovode u kontinuitetu preko pužnog transportera za doziranje. Velika pažnja je usmerena na stalnost užarenog sloja u komori kojim se obezbeđuje dovoljno toplote za početak sagorevanja novo ubačenog goriva peleta. U automatskoj sprezi foto ćelije, puža za dovod goriva, lambda sonde i ventilatora vazduha za sagorevanje omogućen je rad postrojenja u režimima od 30 do 100% deklarisanih kapaciteta. Razmenjivačka komora je dimenzionisana da pored dobre razmene toplote između vrelih produkata sagorevanja i grejnog fluida omogući i dobro dogorevanje gorivih materija, kao i odvajanje pepela. Postrojenja funkcionišu sa mogućnošću varijabilnog odvođenja toplote, što omogućava da se u radu postrojenja postigne fiksni režim izlaznih i ulaznih temperatura grejnog fluida od 80 o C do 38 o C. Čišćenje razmenjivačkih površina kotla se realizuje automatski, sa neophodnošću vađenja pepela iz postrojenja jednom do dva puta nedeljno. 41
Ova postrojenja su opremljena ventilatorom izduvnih gasova, koji obezbeđuje potpritisni režim rada postrojenja i tako sprečava opasnost od povratnog plamena od ložišta da koša sa gorivom. Kao dodatna sigurnost od povratnog plamena između ložišnog prostora i koša za gorivo se ugrađuje i čelična ustava. Koš za pelete kod manjih postrojenja za sagorevanje se nalazi u osnovnoj konstrukciji i ujedno je i ciklon koji odvaja prašinu od ubačenih peleta. Rad takvih postrojenja je u najvećem delu automatizovan uz kontrolu i regulaciju važnijih parametara sagorevanja korišćenjem adekvatne mikroprocesorske mernoregulacione tehnike. Sl. 15. Kotao za sagorevanje peleta biomase ubacivanih odozgo sa automatskim radom (1. koš za gorivo, 2. puž za doziranje goriva, 3. primarna komora za sagorevanje gde se dodaje primarni vazduh za sagorevanje, 4. dodavanje sekundarnog vazduha, 5. komora za dogorevanje gasovitih produkata sagorevanja, 6. razmenjivač toplote sa sistemom za čišćenje, 7. pepeljara za sakupljanje pepela iz primarne komore za sagorevanje, 8. pepeljara letećeg pepela) 3.1.2. Tehnologija primene i konstrukcija industrijskih termoenergetskih postrojenja Za sagorevanje biomase koja su najčešće u praktičnoj primeni u industriji mogu se navesti sledeća važnija tehnička rešenja i to: ložišta sa nepokretnim rešetkama, ložišta sa dodavanjem goriva odozdo (sistem retorte), ložišta sa pokretnim rešetkama, ložišta za sagorevanje u ciklonima ili u vrtložnim ložištima i ložišta u fluidizovanom sloju. Ložišta sa dodavanjem goriva odozdo (sistem retorte) (sl. 16) Ovo ložište se koristi najčešće za usitnjenu biomasu dimenzija manjih od 50 mm, koja u sebi ima malo pepela. Tako se kao veoma dobra goriva za ova ložišta koristi 42
biomasa u formi strugotine, pelleta i piljevine. Gorivo se u ovo ložište potiskuje najčešće odozdo pužnim transporterima. Najbolje karakteristike ova ložišta pokazuju do 6 MW. Važno je istaći da su do navedene snage investicioni troškovi za realizaciju takvog postrojenja niži nego za postrojenja gde se primenjuju druge tehnologije, npr. ložišta za sagorevanje goriva na rešetkama. Sl. 16. Ložište sa dodavanjem goriva odozdo (sistem retorte) Ložišta sa pokretnom rešetkom Od ložišta sa pokretnom rešetkom koja se koriste za sagorevanje biomase mogu se navesti: ložišta sa kosom pokretnom rešetkom, ložišta sa horizontalnom pokretnom rešetkom, ložišta sa puzećom (lančastom) rešetkom, ložišta sa vibrirajućom rešetkom i ložišta sa rotirajićom rešetkom. Ložišta sa kosom pokretnom rešetkom (sl. 17) Kosa rešetka se sastoji od pokretnih i nepokretnih rešetnica, po kojima se gorivo pomera, spušta na dole, usled pomeranja rešetnica napred-nazad. Sl. 17. Kosa pokretna rešetka 43
Najčešće se pomeranje realizuje hidrauličkim ili eletričnim mehanizmima. Rešetka se sastoji od nekoliko sekcija, koje se mogu pomerati različitim brzinama u zavisnosti od zona sagorevanja goriva na njoj. Rešetnice kose pokretnom rešetke su izrađene od vatrootporne legure čelika i u radu postrojenja se njihovo hlađenje obavlja vazduhom za sagorevanje ili vodom. Ložišta sa horizontalnom pokretnom rešetkom (sl. 18) Gorivo se na ovim rešetkama nalazi sa gornje strane ukoso postavljenih rešetnica. Kod ovih tehnologija sagorevanja, tj. kod ovih horizontalno pomerljivih rešetki gorivo se u sloju dobro okreće i pokreće. Na njima se sprečava nekontrolisano pomeranje goriva usled dejstva gravitacione sile, kao što je to slučaj kod kosih rešetki, što uvek obezbeđuje ujednačenu debljinu sloja i njegovu homogenost. Takođe, velika prednost ovih rešetki je u tome što je ukupna visina ložišta značajno smanjena. Sl. 18. Horizontalna pokretna rešetka Ložišta sa horizontalnom pokretnom - lančastom rešetkom (sl. 19) Rešetka kod ovih ložišta je sačinjena od beskrajne, rotirajuće metalne gusanice - lanca. Sl. 19. Horizontalna ili kosa pokretna - lančasta rešetka 44
Gorivo se u odnosu na rešetku ne pomera, nego po istresanju na rešetku putuje sagorevajući sa njom kroz ložište. Na kraju ložišta na rešetki ostaje samo pepeo koji se po obrtanju rešetke izbacuje u transporter za iznošenje pepela iz ložišta. Prednosti ovog načina sagorevanja na horizontalnoj ili kosoj pokretnoj - lančastoj rešetki čipsa od drveta, peleta i briketa biomase se ogleda u ujednačenom sagorevanju po pojedinim zonama sagorevanja, prilikom eksploatacije ovih ložišta njihovo održavanje je lako, kao i izmene oštećenih rešetnica. U poređenju sa pokretnim rešetkama kod ovih rešetki je vreme sagorevanja duže i intenzivnije dodavanje primarnog vazduha. Ložišta sa vibrirajućom rešetkom (sl. 20) Rešetka od dva i više segmenata je kod ovih ložišta postavljena na oprugama, tako da se ljulja pokretana vibro pogonom. Ljuljanjem, tj. vibriranjem rešetke se gorivo pomera ka transporteru za uklanjanje pepela iz ložišta. Primarni vazduh se dodaje kroz rupe koje se nalaze na rebrima segmenata rešetke. Kod ove tehnologije sagorevanja dolazi do zašljakivanja goriva usled njegovog sabijanja vibriranjem rešetke. Ova tehnologija sagorevanja se ne preporučuje kod goriva koja lako sinteruju, tj. omekšavaju i kod kojih dolazi do zašljakivanja, kao što je vlažna usitnjena biomasa i dr. Nedostaci ovakvog načina sagorevanja biomase se manifestuju visokom emisijom letećeg pepela iz ložišta koju prouzrokuju vibracije i u čestim slučajevima povišena je emisija ugljenmonoksida. Sl. 20. Vibrirajuća rešetka Ložišta sa rotirajićom rešetkom i dovođenjem goriva odozdo (sl. 21) Rešetka kod ovih ložišta se sastoji od segmenata koji imaju suprotno obrtanje i kroz koje se u središnjem delu dovodi biomasa, kao gorivo i primarni vazduh. Biomasa se najčešće potiskuje pužnim transporterom. Suprotno smerno obrtanje segmenata rešetke veoma dobro meša biomasu, što je od najvećeg značaja za sagorevanje vlažne biomase. U ovim ložištima se mogu sagorevati i vlažne mešavine čvrste biomase i životinjskih eskremenata. Sagorivi isparljivi produkti sagorevanja volatili sagorevaju u gornjim horizontalnim ili vertikalnim komorama za sagorevanje, gde se mešaju sa sekundarnim vazduhom 45
Sl. 21. Rotirajuća rešetka sa dodavanjem goriva odozdo Ložišta u obliku rotirajuće kupe (sl. 22) U osnovi se sastoji od polako rotirajuće rešetke u obliku obrnutog kosog konusa. Primarni vazduh ulazi u ložište kroz centralnu cev koja ulazi u donji deo konusa rešetke. Sekundarni vazduh se ubacuje sa velikim brzinama pri vrhu cilindrične komore za sagorevanje i to u njegov središni deo. Ova rešetka nije dovoljno ispitana kod sagorevanja biomase i za sada u tom pogledu treba biti obazriv. Sl. 22. Ložišta u obliku rotirajuće kupe (1. ubacivanje goriva, 2. rotirajuća rešetka za sagorevanje, 3. dno konusa rešetke, 4. ubacivanje primarnog vazduha, 5. regulacija ubacivanja primarnog vazduha, 6. izuzimanje vazduha, 7. pužni transporter za izuzimanje pepela, 8. komora za sagorevanje volatila, 9. ubacivanje sekundarnog vazduha) Sistemi za sagorevanje prašine (sl. 23) Biomasa, kao što je piljevina, fina strugotina ili usitnjena biomasa iz poljoprivredne proizvodnje se najčešće pneumatski ubacuju u ložište (uobičajeno tangencionalno). Ložišta su najčešće izrađena u obliku vertikalnih ili horizontalnih ciklona ili vrtlog 46
ložišta. Biomasa koja se sagoreva u ovim ložištima mora biti ujednačenih dimenzija, maksimalne veličine čestica od 10-20 mm. Vlažnost biomase mora biti ispod 20%. Počeno sagorevanje u ložištu se izvodi pomoću dodatnog gorionika, koji je u funkciji dok se na stabilizuju radni parametri u ložištu. Biomasa se tokom sagorevanja prvo gasifikuje, pretvori u volatile, da bi nakon toga u kratkom vremenu sagorela. Proces se odvija brzo, zbog malih dimenzija čestica sagorevane biomase. Zbog brzine odvijanja procesa sagorevanja biomase veoma je važno proces pratiti sa preciznom mernom tehnikom brzog odziva i potrebne parametre regulisati automatski. Nedostatak kod ove tehnologije sagorevanja biomase se manifestuje u relativno brzom propadanju ozida ložišnog prostora, koji se degradira usled toplotnog stresa i erozije od strane letećih sagorevanih čestica biomase. Pored ovih tehnologija sagorevanja biomase u formi prašine u primeni su i drugi sistemi kod kojih se prašina biomase u ložište ubacuje bez njenog kovitlanja. Sl. 23. Ložišta za sagorevanje prašine od biomase (1. ubacivanje primarnog vazduha, 2. ubacivanje čestica biomase, 3. faza gasifikacije i delimičnog sagorevanja, 4. recirkulacija produkata sagorevanja, 5. izbacivanje pepela iz ložišta, 6. ubacivanje sekundarnog vazduha, 7. ubacivanje tercijelnog vazduha, 8. ekranisani toplovodni kotao) Ložišta za sagorevanje u fluidizovanom sloju (sl. 24) Lebdeći fluidizovani sloj (BFB) i cirkulirajući fluidizovani sloj (CFB) treba razlikovati. Ložište kod ovog postrojenja je u obliku cilindričnog suda koji na dnu ima perforiranu ploču. U koritu suda na ploči se nalazi suspenzija vrućeg, inertnog i skupog materijala. Uobičajeni materijali u koritu su silicijumski pesak i dolomit. Primarni vazduh ulazi odozdo u cilindar ložišta i podiže do lebdenja fluidizovani sloj. Brzina kod fluidizacije iznosi za BFB tehnologiju 1 do 2,5 m/s, a za CFB 5 do 10 m/s. Intenzivan prenos toplote i mešanje obezbeđuju dobre uslove za potpuno sagorevanje biomase sa niskim koeficijentom viška vazduha. Temperatura sagorevanja se mora održavari nižom od uobičajenih 800-900 o C u cilju sprečavanja sinterovanja pepela u fluidizovanom sloju. Ova tehnologija sagorevanja je fleksibilna u pogledu korišćenja različitih mešavina goriva, ali se ograničenja ispoljavaju u 47
pogledu veličine čestica gorive biomase i nečistoća koje se nalaze u sagorevanoj biomasi. Odgovarajuća priprema biomase koja se sagoreva u pogledu veličina čestica je neophodna, kao i odvajanje metala iz biomase. Sl. 24. Sagorevanje u fluidizovanom sloju 3.1.3. Uporedne karakteristike tehnologija i tehnike za sagorevanje biomase Ložišta sa nepokretnom rešetkom za sagorevanje cena ovih ložišta je najniža za snage ispod 5 MW, eksploatacioni troškovi pri radu postrojenja su niski, imaju mali sadržaj pepela u produktima sagorevanja, jako su osetljiva na zašljakivanje, fleksibilna su u pogledu veličine i forme sagorevane biomase, nisu pogodna za sagorevanje biomase povišene vlažnosti, ložišta rade sa visokim koeficijentom viška vazduha, što smanjuje efikasnost njihovog rada, sagorevanje se obavlja u uslovima koja nisu homogena, kod ovih ložišta je veoma teško postići niske emisije štetnih gasova. Ložišta sa dodavanjem goriva odozdo (sistem retorte) cena ovih ložišta je relativno niska za snage ispod 6 MW, u ova ložišta je jednostavno kontinualno ubacivanje goriva i lako izvođenje te operacije, pri dobrom sprovođenju procesa sagorevanja, iz ložišta se emituje mala emisija štetnih gasova, primenljiva su samo za sagorevanje biomase sa malim sadržajem pepela, niska fleksibilnost u pogledu veličina čestica biomase koje se sagorevaju. Ložišta sa pomerljivom rešetkom za sagorevanje cena ovih ložišta je relativno niska za snage ispod 15 MW, eksploatacioni troškovi pri radu postrojenja su niski, 48
imaju mali sadržaj pepela u produktima sagorevanja, nisu u velikoj meri osetljiva na zašljakivanje, fleksibilna su u pogledu veličine sagorevanih čestica biomase i njihove vlažnosti, nisu pogodna za mešanje drvne biomase sa biomasom iz poljoprivredne proizvodnje da bi se produkovala manja emisija NOx gasova mora se biomasa sagorevati po posebnim tehnologijama, ložišta rade sa većim koeficijentom viška vazduha, što smanjuje efikasnost njihovog rada, sagorevanje se obavlja u uslovima koja nisu homogena, kod ovih ložišta je veoma teško postići niske emisije štetnih gasova kod nižih režima rada. Ložišta za sagorevanje prašine kod ovih ložišta je moguć rad sa malim viškom kiseonika (4-6%), što povećava efikasnost njegovog rada, značajno redukovanje emisije NOx iz ložišta se postiže pri adekvatno uspostavljenom koeficijentu viška vazduha. kontrola opterćenja pri radu ložišta i potrebna podešavanja mogu da budu veoma efikasna i brza, veličina čestica biomase koja se sagoreva mora biti manja od 10 20 mm, kod eksploatacije ciklonskih ili vrtlog ložišta izraženo je habanje ozida za startovanje sagorevanja do uspostavljanja stabilnih parametara rada neophodno je korišćenje dodatnog gorionika i drugog goriva. Ložišta sa lebdećim fluidizovanim slojem ložište nema pokretnih delova, NOx redukovanje emisije je veoma dobro, velika fleksibilnost u pogledu vrste sagorevane biomase i njenog sadržaja vlažnosti mali višak kiseonika u radu (3-4%), što povećava efikasnost rada ložišta i smanjuje količinu gasovitih produkata sagorevanja, velika cena koštanja, tako da je njihova izgradnja opravdana samo za postrojenja snage preko 20 MW, visoki troškovi pri radu postrojenja, mala fleksibilnost u pogledu veličine sagorevanih čestica biomase, koje moraju biti manje od 80 mm, visoki sadržaj pepela u gasovitim produktima sagorevanja, rad ložišta u delimičnom opterećenju zahteva posebnu tehnologiju, osrednja osetljivost na sklonosti pepela ka zašljakivanju, gubitak inertnog materijala sa česticama pepela, u radu postrojenja se javlja i erozija izmenjivača toplote u fluidizovanom sloju Ložišta sa cirkulirajućim fluidizovanim slojem ložište nema pokretnih delova, NOx redukovanje emisije je veoma dobro, 49
velika fleksibilnost u pogledu vrste sagorevane biomase i njenog sadržaja vlažnosti mogu da se ostvare homogeni uslovi sagorevanja u ložištu i ako se koristi više vrsta goriva, u postrojenju je moguć izuzetno velik prenos toplote zbog ostvarenih turbulencija u radu, korišćenje aditiva za poboljšavanje uslova sagorevanja biomase je lako, mali višak kiseonika u radu (1-2%), što povećava efikasnost rada ložišta i smanjuje količinu gasovitih produkata sagorevanja, velika cena koštanja, tako da je njihova izgradnja opravdana samo za postrojenja snage preko 30 MW, visoki troškovi pri radu postrojenja, mala fleksibilnost u pogledu veličine sagorevanih čestica biomas, koje moraju biti manje od 40 mm, visoki sadržaj pepela u gasovitim produktima sagorevanja, rad u delimičnom opterećenju zahteva drugi sloj materijala, osrednja osetljivost na sklonosti pepela ka zašljakivanju, gubitak inertnog materijala sa česticama pepela, u radu postrojenja se javlja i erozija razmenjivača toplote u fluidizovanom sloju. 3.1.4. Praktična primenljivost pojedinih tehnološko-tehničkih rešenja pri sagorevanju biomase Slikoviti prikaz primerenosti tehnološko tehničkih rešenja za termičke snage ložišta da 100 MW i pojedinih formi biomase za sagorevanje predstavljen je na slici 25. Sl. 25. Primerenost tehnološko-tehničkih rešenja kod sagorevanje biomase S šaržni, sa nepokretnom rešetkom; V sa pokretnom rešetkom; U sa donjim loženjem (retorta); E sa sagorevanjem u prostoru (ciklonsko ili vrtložno ložište), W sa fluidiziranim slojem; Z sa čeonim sagorevanjem (cigareta); 3.1.5. Operativni problemi kod primenjenih tehnologija za sagorevanje biomase Visok kvalitet sagorevanja, u smislu maksimalnog sagorevanja gorivih isparljivih gasova - volatila, veoma je važno za nizak nivo emisije štetnih gasova, čemu se 50
danas u praksi teži. To uglavnom zavisi od temperature ložišta za sagorevanje, turbulencije gasova i vazduha za sagorevanje, dužine izlaganju izmešanih volatila i vazduha za sagorevanje uticaju visokih temperatura, koeficijentu viška vazduha sa kojim postrojenje radi i dr. Ovi parametri su regulisani nizom tehničkih detalja, kao što su: izabrana tehnologija sagorevanja (npr. konstrukcijom ložišta, kontrola procesa sagorevanja), način podešavanja režima sagorevanja (npr. primarni i sekundarni odnos vazduha, način ubacivanja vazduha za sagorevanje u ložište, izbor mlaznica), opterećenja postrojenja, tj. režima rada (deklarisano ili delimično radno opterećenje), fizičko-hemijske karakteristike biomase (vrste, oblik, veličina, način ubacivanja u ložište, sadržaj vlage, sadržaj pepela, sklonost pepela ka topljenju) i dr. Brojne karakteristike biomase usložnjavaju njen proces sagorevanja. Niska gustina energije u biomasi predstavlja glavni problem u njenom doziranju u ložište, dok se poteškoće u sagorevanju uglavnom odnose na njen sadržaj neorganskih sastojaka, tj. pepela. Neke vrste biomase sadrže značajne količine hlora, sumpora i kalijuma. Soli, KCl i K 2 SO 4, pa su veoma nestabilne. Taloženjem ovih komponenti u ložištu i gasnom traktu može da se umanji stepen prenosa toplote, što dovodi do smanjenja energetske efikasnosti postrojenja i njegove povećane korozije. Veličina operativnih problema u vezi sa sagorevanjem biomase u mnogome zavisi od izbora opreme za sagorevanje. U postrojenjima sa rešetkama za sagorevanje biomase zašljakivanje i korozija su glavni problemi. U tabeli 16. je prikazana uporedna analiza prednosti i mana tehnologija sagorevanja biomase na rešetki, kao osnovne tehnologije sagorevanja biomase u Srbiji. Tab. 16. Prednosti i mane tehnologija sagorevanja na rešetki i u letu Sagorevanje na rešetki Prednosti Mane Niski investicioni troškovi za snage < 10 MW Niski troškovi održavanja Mali sadržaj prašine u dimnom gasu Mali sadržaj nesagorelog u pepelu Moguć rad u velikom opsegu snaga Malo zaprljanje grejnih površina Mala fleksibilnost u pogledu korišćenja različitih goriva kao i mešavina goriva Redukcija NOx zahteva specijalne metode Manji stepen korisnosti usled relativno većeg viška vazduha Nehomogeni uslovi u zoni sagorevanja Sagledavanjem rezultata prikazanih u tabeli ukratko, može se konstatovati da su postrojenja sa pomičnom rešetkom jednostavnija, jevtinija, pogodnija za manje i srednje snage i mogu raditi u relativno velikom opsegu snaga. Pri ovome je važno istaći da navedena ložišta u svom primarnom i sekundarnom delu moraju biti ozidana sa šamotnom opekom i vatrootpornim betonom. 51
Upravljanje kotlovskim postrojenjima (posebno dela za "hranjenje" primarnog ložišta biomasom) mora biti automatski, što bi podrazumevalo ručnu ili mašinsku pripremu biomase i automatsko ubacivanje biomase u ložište i regulaciju režima rada celog postrojenja. Sistem merenja - nadzora i upravljanja, tj. regulacije treba da bude baziran na PLC sistemu i PC računaru, što mu daje karakteristike savremenih decentralizovanih distribuiranih sistma, jer su funkcije upravljanja i nadzora raspodeljene na dva nivoa na nivou programibilnog logičkog kontrolera i na nivou PC računara. Sistem merenja i upravljanja sastoji se od sledećih funkcionalnih celina: Merno-regulaciona oprema u pogonu, Lokalna komandna oprema, smeštena na vratima razvodnih tabli, Ormani automatike sa programibilnim logičkim kontrolerom i pratećom opremom; Komunikacioni podstem, Kontrolno komandni centar za centralni nadzor i upravljanje, sa centralnim nadzorno-upravljačkim računarom i pratećom opremom, Programska podrška - softverski paketi za nadzor i upravljanje (na nivou PLC-a i na nivou nadzorno-upravljačkog računara) i Kablovi, kablovski pribor i komunikaciona oprema za medjusobno povezivanje i komunikaciju svih elemenata nadzorno-upravljačkog sistema. Računar sa pratećom opremom i orman automatike trebaju da budu smešteni u komandnoj prostoriji postrojenja (Komandno kontrolni centar). 3.2. Odabir tehnologije sagorevanja i tehničkog rešenja termoenergetskog postrojenja sa definisanjem maksimalne termičke snage kotlovskog postrojenja za trajni rad za zagrevanje objekta javne namene Polazeći od odabranih vrsta i formi biomase koje će se sagorevati, prostornih ograničenja, ekoloških i zakonskih normi i standarda, odabrano je termoenergetsko postrojenje kod kojeg će se sagorevati peleti od drveta, koji će se nabavljati po tržišnoj vrednosti. Sagorevanje peleta od drveta će se obavljati u ložištu sa nepokretnom rešetkom. Navedena tehnologija ima nekoliko značajnih pogodnosti koje bi se u najkraćem mogle predstaviti u tome što: sagoreva se gorivo (peleti od drveta) kojeg ima dovoljno na tržištu Srbije i koje se može kupovati sukcesivno, tj. prema potrebi, zbog čega nije potrebno jednom u godini kupiti ukupnu potrebnu količinu goriva, sagorevanje peleta od drveta se može u potpunosti automatizovati, sa potpunom mehanizovanošću procesa manipulacije peletama, emisija štetnih gasova u okolinu može da se održava u dozvoljenim granicama, postrojenjem koje sagoreva pelete od drveta se mogu kontinualno manjati režimi rada u veoma širokim granicama, 52
pri radu postrojenja na pelet od drveta se ne ispoljavaju problemi topljivosti pepela kao kod sagorevanja biomase iz poljoprivredne proizvodnje. Negativna strana izabrane tehnologije se ogleda u skupljem postrojenju za sagorevanje, što se može opravdati težnjom da se proces sagorevanja u što većoj meri automatizuje. 3.2.1. Opšti tehnički zahtevi kod izgradnje kotlovskog postrojenja Definisano je da termoenergetsko postrojenje za zagrevanje izabranog objekta u Boru mora da zadovolji sledeće osnovne tehničke, ekonomske i ekološke zahteve: Da produkuje traženu količinu energije od min 60 kw. Da se u njemu mogu sagorevati peleti od drveta. Da se uklopi u ambijent sredine. Da ima veće mogućnosti promene režima rada. Da se u radu postrojenja obezbedi visoka ekonomičnost, odnosno konkurentna cena proizvodnje toplotne energije. Da smanjenje zagađenja okoline bude saglasno domaćim i evropskim normama. Da se obezbedi visoka pouzdanost i raspoloživost postrojenja u svim radnim režimima. Da se obezbedi savremeni nivo upravljanja i kontrole rada postrojenja. Da se omogući savremeni nivo održavanja postrojenja uz minimalne troškove. Da se pri manipulaciji peletama za sagorevanje održavaju zadovoljavajući higijenski uslovi. 3.2.2. Izbor maksimalne snage kotlovskog postrojenja na biomasu Adekvatan izbor kotlovskog postrojenja i goriva je od presudnog značaja za ekonomičnost kod izgradnje postrojenja za zagrevanje objekata i njegov uspešan rad. Na osnovu ranije navedenog ukupni predviđeni toplotni gubici u izabranom objektu u Brestovačkoj banji, opština Bor iznose 46,49 kw. Prilikom sagledavanja ukupnih toplotnih gubitaka cevne instalacije za zagrevanje zgrade dvorca kralja Aleksandra usvojeno je da toplotni gubici iznose 15% od deklarisane snage postrojenja. Maksimalna snaga koja se u tom slučaju treba produkovati u termoenergetskom postrojenju iznosi 53,46 kw. Uzimajući u obzir da na tržištu Srbije kvalitet peleta, tj. njihova stvarna toplotna moć može da varira, kao i zbog težnje za lakšom nabavkom i povoljnijom krajnjom cenom postrojenja usvojeno je kotlovsko postrojenje standardnih tehničkih karakteristika nazivne termičke snage 70-90 kw, pošto je prvi manji standardni set gorionika na pelet snage 40-50 kw. 3.3. Definisanje optimalnog mesta za izgradnju termoenergetskog postrojenja (sa tehničkog, ekonomskog i ekološkog aspekta) Izbor objekta javne namene u Boru, koji će se zagrevati toplotnom energijom od biomase nije bio lak. Najveći problem u izboru predstavljao je baš adekvatan izbor 53
lokacije za izgradnju kotlarnice sa međuskladištem za biomasu. Problematika je bila usložnjena činjenicom da je Bor grad u kojem se objekti javne namene u najvećem broju zagrevaju iz gradskog centralnog toplovodnog sistema. Iz tog razloga je izabran objekat koji je desetak kilometara udaljen od Bora, koji nema uvedeno centralno grejanje, ali zbog funkcije koja mu je namenjena za to ima velike potrebe. Kotlarnica termoenergetskog postrojenja je planirana u neposrednoj blizini dvorca, na blagoj nizbrdici, tako da je sa postojećih pristupnih puteva (od gornje strane) dopremanje goriva lako i higijenski održivo. Navedena lokacija je izabrana iz više razloga i to: Zemljište za izgradnju kotlarnice sa međuskladištem za pelet je u neposrednoj blizini dvorca. Veličina prostora je zadovoljavajuća sa aspekta izgradnje nove kotlarnice, međuskladišta i protivpožarnih uslova. Sa ekonomskog aspekta najmanji su troškovi za toplovode prema postojećem objektu. Izabranom tehnologijom i tehnikom sagorevanja narušavanje okolne sredine će biti u zakonski dozvoljenim granicama. 3.4. Tehnički opis kotlovskog postrojenja na biomasu (termotehničke opreme, kotlarnice i toplovoda) sa predmerom i predračunom u opštini Bor i očekivanom energetskom i ekološkom efikasnošću Ovim elaboratom predviđena je izgradnja novog termotehničkog postrojenja koje kao energent koristi pelet od biomase, a koje će imati funkciju produkcije toplotne enrgije za zagrevanje objekta dvora kralja Aleksanda Karađorđevića. Toplotni kapacitet nove kotlarnice iznosi Q n = 70 90 kw, što zavisi od kvaliteta korišćenih peleta. U kotlarnici je predvićen koš za skladištenje peleta za maksimalni rad postrojenja od minimalno jedan mesec rada. Izuzimanje peleta iz koša i njihovo dopremanje do kotlovskog postrojenja će se vršiti pužnim transporterom. Tehničke karakteristike novog kotlovskog postrojenja na pelet od drveta su: Gorivo Kao gorivo za kotao predviđeno su peleti od drveta, mada se mogu bez većih problema koristiti i peleti od biomase iz poljoprivredne proizvodnje: slame pšenice, soje i dr. Kotao na biomasu Toplovodni kotao, sa sistemom nepokretne rešetke, firme Eko produkt, Novi Sad. Toplotna snaga ložišta: N= 70-90 kw Stepen korisnosti kotla: η= 0,88% Šema kotlovskog postrojenja sa nepokretnom rešetkom za sagorevanje peleta je prikazana na slici 26, a presek kotla na slici 27. Nova kotlarnica poseduje dva kolektora, razdelni i sabirni, koji imaju priključke za predmetni objekt koji se greje. Na polaznom priključku predviđen je regulacioni set, koji reguliše temperaturu grejnog medijuma u polaznom vodu, a koja mora biti usklađena prema trenutnoj spoljašnjoj temperaturi. 54
Sl. 26. Šema kotlovskog postrojenja za sagorevanje peleta (1. koš za pelet, 2. pužni transporter peleta, 3. protiv plamena barijera, 4. toplovodni kotao, 5. koš za pepeo, 6. dimnjača, 7. dimnjak) Sl. 27. Presek predviđenog toplovodnog kotla, proizvođača Eko produkt, Novi Sad Za prijem toplotne energije za zagrevanje predmetnog objekta, u samom objektu, predviđena je podstanica koja ima funkciju da razdeli toplotnu energiju za svaku etažu posebno. Povezivanje novog termotehničkog postrojenja i predmetnog objekta trebalo bi ostvariti posredstvom predizolovanih crnih bešavnih cevi DN50. Za pripremu sanitarne vode, u novoj kotlarnici, u tehničkom smislu, predviđen je samostojeći toplovodni bojler, čija zapremina iznosi V=300 l. Međutim, zbog troškova posebnog toplovoda sanitarne vode, koji uvećavaju predmetnu investiciju do stepena nerentabilnosti, ta solucija u ekonomskoj analizi nije razmatrana. Objekat kotlarnice je klasično zidane konstrukcije, betonskim podom i krovne konstrukcije od metalnih nosača i termoizolujućih panela Predmer i predračun za isporuku, montažu i druge radove kod izgradnje termotehničke i procesne opreme kotlovskog postrojenja, kotlarnice, toplovoda i podstanice u objektu je prikazan u tabeli 17. 55
Tab. 17. Predmer i predračun kod izgradnje termoenergetskog postrojenja na biomasu Red. br. Opis radova Količina Jed. cena Ukupno (-) (kom.) (din) (din) 1 2 3 4 5 I 1. 2. 3. 4. TERMOTEHNIČKA I PROCESNA OPREMA U KOTLARNICI Isporuka i montaža toplovodnog kotla sa gorionikom, koji kao energent koristi pelet od drveta, proizvod "EKO PRODUKT" - Novi Sad. Q = 70-90 kw, t w = 90 / 70 C, L = 920 mm, H = 1250 mm Isporuka i montaža cevnog pužnog dozatora za pelet od biomase, sa protivplamenom barijerom, proizvod "EKO PRODUKT" - Novi Sad. Q 50 kg/h, D = 140 mm, N = 35 min -1, P m = 1,10 kw Izrada i montaža samostojećeg čeličnog dimnjaka, sa dimnjačom i ankerima, obloženog termoizolacionim slojem od mineralne vune, debljine d=50 mm, sa zaštitom od aluminijumskog lima, debljine d=0,8 mm. H = 10 m, D = 180 mm Izrada i montaža razdelnig kolektora od crnih bešavnih cevi, prema DIN 2448, sa sledećim priključcima: Razdelni kolektor: Ø 108,0 x 3,2 / 1600 mm DN 50 - Priključak za polazni kotlovski vod DN 25 - Priključak za polazni vod prema bojleru DN 40 - Priključak za polazni cirkulacioni vod DN 32 - Rezervni priključak DN 65 - Bočni priključak za kratku vezu DN 10 - Čeoni priključak za manom. DN 20 - Priključak sa donje strane za pražnjenje 1 540.000 540.000 1 66.000 66.000 1 121.000 121.000 1 15.000 15.000 56
1 2 3 4 5 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Izrada i montaža sabirnog kolektora od crnih bešavnih cevi, prema DIN 2448, sa sledećim priključcima: Sabirni kolektor: Ø 108,0 x 3,2 / 1600 mm DN 50 - Priključak za povratni kotlovski vod DN 25 - Priključak za povrtni vod iz bojlera DN 40 - Priključak za povratni cirkulacioni vod DN 32 - Rezervni priključak DN 65 - Bočni priključak za kratku vezu DN 10 - Čeoni priključak za manometar DN 20 - Priključak sa donje strane za pražnjenje DN 20 - Priključak sa donje strane za punjenje Isporuka i montaža trokrakog regulacionog ventila komplet sa motornim pogonom, proizvod "AUTER" - Beo-grad, tip RV3-32/16,00/AVC3.220. Q v = 2,213 m 3 /h, K vs = 10,00 m3/h Isporuka i montaža mikroprocesorskog regulatora za konstantno vođenje temperature u zavisnosti od spoljne temperature, proizvod "AUTER" Beograd. Tip AMR/202RG3 Isporuka i montaža temperaturnog senzora za tečnost, proizvod "AUTER" Beograd, tip TSW 01. Isporuka i montaža temperaturnog senzora za spoljne uticaje, proizvod "AUTER" Beograd, tip TSS 01. Isporuka i montaža uređaja za ručno/elektronsko vođenje regulacionog ventila, proizvod "AUTER" - Beograd, tip RDV 2. Isporuka i montaža elektrokomandnog ormara za potrebe komandovanja kompletnom kotlarnicom. 1 15.500 15.000 1 45.000 45.000 1 25.000 25.000 1 4.300 4.300 1 2.500 2.500 1 23.000 23.000 1 28.000 28.000 57
1 2 3 4 5 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. Montaža elemenata automatike na periferiji, klemovanje i puštanje u rad, bez isporuke i montaže električnih kablova. (paušalno) Isporuka i montaža kuglastih ventila za NP6, sa navojnim priključcima. DN 10 DN 20 DN 25 DN 40 DN 50 Isporuka i montaža odvajača nečistoće za NP6, sa navojnim priključcima. DN 20 DN 25 DN 40 DN 50 Isporuka i montaža regulatora pritiska sa navojnim priključcima. DN 20 Isporuka i montaža termometra, proizvod "FAR" - Italija. Opseg merenja 0-130 C Isporuka i montaža manometra, proizvod "FAR" - Italija. Opseg merenja 0-10 bar Isporuka i montaža ventila sigurnosti sa oprugom. DN 15 Ispopruka i montaža zatvorene ekspanzione posude, tip VARFLEX L-50. V u = 50 l, V k = 25 l, H s = 1,00-1,50 bar Isporuka i montaža cirkulacione pumpe, proizvod "WILO" - Nemačka. Tip TOP-S 40/4, speed 3, monofazna Gh = 2,31 m 3 /h, H = 1500 Pa nmin = 3-1600 min -1 Nmax = 195 W U = 1 x 230 V / 50 Hz - 11.000 11.000 6 3 6 5 6 1 2 3 1 400 1.200 1.500 2.400 4.000 1.200 1.500 2.400 4.000 2.400 3.600 9.000 12.000 24.000 1.200 3.000 7.200 4.000 1 2.000 2.000 6 300 1.800 2 400 800 1 5.500 5.500 1 23.000 23.000 1 51.000 51.000 58
1 2 3 4 5 21. 22. 23. 24. 25. Isporuka i montaža cirkulacione pumpe, proizvod "WILO" - Nemačka. Tip TOP-S 30/5, speed 3, trofazna Gh = 4,07 m 3 /h, H = 3824 Pa nmin = 3-1890 min -1 Nmax = 147 W U = 3 x 400 V / 50 Hz Isporuka i montaža cirkulacione pumpe, proizvod "WILO" - Nemačka. Tip Star-RS 15/2, speed 3, monofazna Gh = 0,78 m 3 /h, H = 5079 Pa nmin = 3-1450 min -1 Nmax = 45 W U =1 x 230 V / 50 Hz Isporuka i montaža magnetnog protočnog omekšivača vode čija maksimalna temperatura iznosi t w =40 C. Zastupnik i uvoznik je"feromax" Beograd, tip AQUA UNIQUE A4 20-35 CW. DN 20 Izrada i montaža filtra mehaničkih nečistoća koji se ugrađuje zajedno sa magnetnim omekšivačem vode. Zastupnik i uvoznik je "FEROMAX" Beograd, tip AU 20 MPS. DN 20 Isporuka i montaža crnih bešavnih cevi, prema DIN 2448. DN 10 - Ø 16,0x1,8 DN 20 - Ø 25,0x2,0 DN 25 - Ø 31,8x2,6 (m) (m) (m) 1 25.500 25.500 1 8.500 8.500 1 70.000 70.000 1 27.000 27.000 24 16 36 170 250 340 4.080 4.000 12.240 DN 40 - Ø 48,0x2,6 (m) 30 560 16.800 DN 50 - Ø 57,0x2,9 (m) 24 740 17.760 DN 80 - Ø 88,9x3,2 (m) 1 1.290 1.290 26. Izrada i montaža posuda za odzračivanje instalacije, Ø 159,0 x 4,5 / 150,0. 6 3.000 18.000 59
1 2 3 4 5 27. 28. 29. 30. Za spojni i zaptivni materijal, hamburške lukove, dvodelne cevne obujmice, vešaljke za cevi, metalne rozete, zidne čaure, cement, gips i drugi materijal potreban za montažu cevoda uzima se 50% od vrednosti ugrađenog materijala. (50%) Čišćenje cevi, dvostruko premazivanje minijumom i izrada termoizolacionog sloja tipa PLAMAFLEX ili slično, debljine d = 30 mm. DN 25 DN 40 DN 50 DN 80 DN 100 Bušenje pregradnih zidova i međuspratne konstrukcije za prolaz cevnih vodova i radijatorskih priključaka bez zatvaranja. Za manipulativne troškove, kao što su troškovi ispitivanja instalacije na hladan vodeni pritisak, troškovi tople probe, troškovi regulacije instalacije i troškovi drugih pripremno-završnih radova, obračunava se 4% od svih navedenih vrednosti. (4%) 31. Ispopruka apata za gašenje požara suvim prahom, tip S - 9. 32. Isporuka bureta sa peskom, lopate i krampa. - 56.170 28.085 36 30 24 1 4 1.000 1.500 2.000 3.000 4.000 36.000 45.000 48.000 3.000 16.000 2 400 800-1.433.438 57.338 1 6.000 6.000 1 3.000 3.000 UKUPNO: 1.494.693 60
Red. br. Opis radova Količina Jed. cena Ukupno (-) (kom.) (din) (din) II 1. IZGRADNJA GRAĐEVINSKOG OBJEKTA KOTLARNICE Izgradnja objekta kotlarnice zidanih zidova i krovnom čeličnom nosećom konstrukcijom. Prostor za kotao je izidan siporeks blokovima, debljine d=200 mm, a skladište biogoriva je izrađeno od pocinkovanog rebrastog 1 1.246.850 1.246.850 lima debljine 1,2 mm. Objekat ima jedna ulazna vrata i dva spoljna prozora. Pod kotlarnice je betonski, sa industrijskim premazom, kao završnim slojem. UKUPNO: 1.246.850 Red. br. Opis radova Količina Jed. cena Ukupno (-) (kom.) (din) (din) 1 2 3 4 5 III 1. 2. 3. 4. TOPLOVOD Isporuka i montaža predizolovanih cevi, proizvod "TER-MIZO" - Novi Sad, ili slično. DN 40 - Ø 48,3x2,6/110 Isporuka i montaža lukova od predizolovanih cevi, proizvod "TERMIZO" - Novi Sad, ili slično. DN 40 - Ø 48,3x2,6/110 Isporuka i montaža nepokretnih oslonaca od predizolovanih cevi, proizvod "TERMIZO" - Novi Sad. DN125 Ø 139,7x4,0/200 Isporuka i montaža cevnih spojeva od predizolovanih cevi, proizvod "TERMIZO" - Novi Sad. DN 40 - Ø 48,3x2,6/110 (m) (m) (m) 53 2.073 109.888 8 3.069 24.550 4 31.000 124.000 4 2.851 11.403 61
1 2 3 4 5 5. 6. 7. 8. 9. Isporuka i montaža elemenata za provođenje predizolovanog cevovoda kroz zidove, proizvod "TERMIZO" - Novi Sad. DN 40 - Ø 48,3x2,6/110 (m) Isporuka i montaža završne kape za prelaz sa poliuretana na izolacioni sloj od PLAMAFLEXA, proizvod "TERMIZO" - Novi Sad. DN 40 - Ø 48,3x2,6/110 (m) Iskop zemlje treće kategorije za polaganje toplovodnih predizolovanih cevi i odvoz na deponiju. (m 3 ) Nasipanje peska, po dnu kanala i oko predizolovanog cevovoda, debljine sloja iznad cevovoda b=20 cm. (m 3 ) Nasipanje zemlje preko nasutog peska i poravnavanje sa terenom. (m 3 ) 10. Odvoz viška iskopane zemlje na deponiju. 11. 12. 13. 14. 15. Isporuka i montaža crnih bešavnih cevi. DN 40 - Ø 48,0x2,6 (m) Za spojni i zaptivni materijal, hamburske lukove, dvodelne cevne obujmice, vešaljke za cevi, metalne rozete, zidne čaure, cement, gips i drugi materijal potreban za montažu cevoda uzima se 40% od vrednosti ugrađenog materijala. (40%) Izrada i montaža posuda za odzračivanje instalacije. Ø 139,7 x 4,4 / 150,0 Bušenje pregradnih zidova i međuspratne konstrukcije za prolaz cevnih vodova bez zatvaranja. Oblaganje cevovoda talasastom hartijom na mestima prolaza cevnih vodova kroz zidove i međuspratnu konstrukciju, zatvaranje i obrada otvora. 4 2.243 8.974 4 2.417 9.667 12 7.000 84.000 8 4.500 36.000 7 14.320 100.240 8 24.500 196.000 95 560 53.200-53.200 21.280 2 3.000 6.000 4 1.000 4.000 4 400 1.600 62
1 2 3 4 5 Za manipulativne troškove, kao što su troškovi ispitivanja instalacije na hladan vodeni pritisak, troškovi tople probe i troškovi drugih pripremno-završnih radova, obračunava se 4% od svih navedenih vrednosti. (4%) - 790.802 31.632 UKUPNO: 822.434 Red. br. Opis radova Količina Jed. cena Ukupno (-) (kom.) (din.) (din.) 1 2 3 4 5 II 1. 2. 3. PODSTANICA U ZGRADI DVORCA Izrada i montaža kolektora od crne bešavne cevi, prema DIN 2448, sa sledećim priključcima: Razdelni kol.: Ø 108,0 x 3,2 / 1600 mm DN 50 - Priključak za polazni kotlovski vod DN 20 - Priključak za polazni vod instalacije prizemlja DN 20 - Priključak za polazni vod instalacije sprata DN 20 - Priključak za polazni vod instalacije potkrovlja DN 10 - Čeoni priključak za manometar DN 20 - Priključak sa donje strane za pražnjenje Isporuka i montaža elektro-komandnog ormara za potrebe komandovanja kompletnom podstanicom koja se nalazi u zgradi dvorca. Isporuka i montaža kuglastih ventila za NP6, sa navojnim priključcima. DN 10 DN 20 DN 40 1 14.000 14.000 1 21.000 21.000 4 13 3 600 1.200 2.200 2.400 15.600 6.600 63
1 2 3 4 5 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Isporuka i montaža odvajača nečistoće za NP6, sa navojnim priključcima. DN 20 DN 40 Isporuka i montaža termometra, proizvod "FAR" - Italija. Opseg merenja 0-130 C Isporuka i montaža manometra, proizvod "FAR" - Italija. Opseg merenja 0-10 bar Isporuka i montaža crnih bešavnih cevi, prema DIN 2448. DN 10 - Ø 16,0x1,8 DN 20 - Ø 25,0x2,0 (m) (m) Za spojni i zaptivni materijal, hamburške lukove, dvodelne cevne obujmice, vešaljke za cevi, metalne rozete, zidne čaure, cement, gips i drugi materijal potreban za montažu cevoda uzima se 40% od ugrađenog materijala. (40%) Izrada i montaža posuda za odzračivanje instalacije. Ø 159,0 x 4,5 / 150,0 Čišćenje cevi, dvostruko premazivanje minijumom i izrada termoizolacionog sloja tipa PLAMAFLEX ili slično, debljine d = 30 mm. DN 100 Za manipulativne troškove, kao što su troškovi ispitivanje instalacije na hladan vodeni pritisak, troškovi tople probe, troškovi regulacije instalacije i troškovi drugih pripremno-završnih radova, obračunava se 4% od svih navedenih vrednosti. (4%) 3 1 1.200 2.200 3.600 2.200 8 300 2.400 2 400 800 12 4 210 240 2.520 960-3.480 1.392 4 1.300 5.200 4 3.000 12.000-88.872 3.555 UKUPNO: 94.227 64
Red. br. Opis radova Količina Jed. cena Ukupno (-) (kom) (din) (din) 1 2 3 4 5 II 1. 2. 3. 5. 6. 7. 8. 9. IZGRADNJA UNUTRAŠNJE GREJNE INSTALACIJE Isporuka i montaža aluminijumskih radijatora, proizvod "FARAL" - Italija. U cenu ulazi i pribor za zidno i noćno pričvršćivanje radijatora. Tip ESSE 600 članaka 305 2.500 762.500 Isporuka i montaža reducira za radijatore, proizvod "FARAL" - Italija, DN25-DN10 kom DN25-DN15 kom Isporuka i montaža ugaonih radijatorskih ventila sa termostatskom glavom, proizvod "FAR" - Italija. DN10 kom DN15 kom Isporuka i montaža ugaonih radijatorskih navijaka, proizvod "FAR" - Italija. DN10 kom DN15 kom 77 87 18 23 18 23 150 150 1.300 1.500 600 800 11.550 13.050 23.400 34.500 10.800 18.400 Isporuka i montaža slavina za ručno odzračivanje grejnih tela, proizvod "FAR" - Italija. DN10 kom 41 250 10.250 Isporuka i montaža ventila za pražnjenje radijatora. DN15 kom 41 600 24.600 Isporuka i montaža crnih cevi prema DIN 2440. DN 10 - Ø 16,0x1,8 (m) DN 15 - Ø 20,0x2,0 (m) DN 20 - Ø 25,0x2,0 (m) DN 25 - Ø 31,8x2,6 (m) DN 32 - Ø 38,0x2,6 (m) 96 211 54 108 48 210 240 240 340 380 20.060 50.640 12.960 36.720 18.240 Isporuka i montaža termometra, proizvod "FAR" - Italija. Opseg merenja 0-130 o C kom 6 300 1.800 65
1 2 3 4 5 10. Za spojni i zaptivni materijal, hamburske lukove, dvo-delne cevne obujmice, ve{aljke za cevi, metalne rozete, zidne čaure, cement, gips i drugi materijal potreban za montažu cevoda uzima se 50% od vrednosti pod br. 08. ovog izveštaja. 50% 138.720 69.360 11. 12. 13. 14. 15. 16. Čišćenje, duplo miniziranje i farbanje svih vidnih delova cevi bojom i lak farbom postojanom na radnoj temperaturi, a u tonu po izboru investitora. (m) 491 150 73.673 Bušenje pregradnih zidova i međuspratne konstrukcije za prolaz cevnih vodova i radijatorskih priključaka bez zatvaranja. kom 60 300 18.000 Oblaganje cevovoda talasastom hartijom na mestima prolaza cevnih vodova kroz zidove i međuspratnu konstrukciju, zatvaranje i obrada otvora. kom 60 300 18.000 Isporuka i montaža kuglastih ventila za NP6, sa navojnim priključcima. DN10 kom DN10 kom 6 41 600 1.000 3.600 41.000 Izrada i montaža posuda za odzračivanje instalacije. Ø 108,0x3,6 / 150 kom 6 2.000 12.000 Za manipulativne troškove, kao sto su troškovi ispitivanja instalacije na hladan vodeni pritisak, troškovi tople probe, troškovi regulacije instalacije i troškovi drugih pripremno - završnih radova, obračunava se 5% od svih navedenih vrednosti. 5% 128.203 64.260 UKUPNO: 1.349.363 66
REKAPITULACIJA TROŠKOVA ZA IZGRADNJU TERMOENERGETSKOG POSTROJENJA ZA ZAGREVANJE OBJEKATA JAVNE NAMENE U BORU (Vrednost jednog evra iznosi 105 din) I II TERMOTEHNIČKA I PROCESNA OPREMA U KOTLARNICI IZGRADNJA GRAĐEVINSKOG OBJEKTA KOTLARNICE 1.494.693 1.246.850 III TOPLOVOD 822.434 IV PODSTANICA U OBJEKTU DVORA 94.227 V UNUTRAŠNJA GREJNA INSTALACIJA 1.349.363 UKUPNO: 5.007.567 JEDINIČNE CENE INVESTICIJE IZNOSE: U odnosu na instalisanu snagu: 93.669,4 din/kw U odnosu na grejnu površinu: 2.304,5 din/m 2 Za grejnu površinu od: 407 m 2. 67
3.4.1. Očekivana energetska i ekološka efikasnost pri sagorevanju biomase u kotlovskom postrojenju Na osnovu dugogodišnjih istraživanja kod izgrađenih kotlovskih postrojenja u kojima se sagorevaju peleti od drveta u Srbiji može se u globalu konstatovati da imaju energetsku efikasnost u zadovoljavajućim okvirima. U slučaju niže energetske efikasnosti javljaju se visoke emisije gasova zagađivača životne i radne sredine. To prouzrokuje finansijske gubitke i probleme zaštite okoline. U vezi regulisanja navedene problematike u Srbiji nedostaju propisi i tehnička uputstva u vezi sa ovim problemom. Neselektivna primena propisa iz razvijenih zemalja mogu da prouzrokuju mnogo veće troškove izrade opreme i da budu rezultat u značajnom smanjenju primene biomase kao goriva. Stvarne vrednosti parametara u pogledu energetske efikasnosti ovih postrojenja zavise od više faktora: vrste sirovina za izradu peleta, usitnjenosti, načina izrade peleta, sadržaja vlage, režima rada, doziranja biomase (ručno, mehanizovano ili automatsko), vrste i tipa ložišta, načina dopremanja vaduha (sa i bez ventilatora), mesta ubacivanja vazduha (ispod rešetke i/ili iznad sloja biogoriva i dr.), regulacije protoka vazduha u procesu sagorevanja (sa ili bez zasuna, klapne), temperature ložišta, pritiska gasova u ložištu, temperature produkata sagorevanja u dimnjaku, količine fizički i hemijski nesagorelog biogoriva, gubitaka toplotne energije u okolinu, itd. Predlog za minimalno preporučene vrednost energetske efikasnosti kotlovskih postrojenja pri njihovom nazivnom učinku koja sagorevaju pelete od drveta i njihovo maksimalno dozvoljene vrednost emisije zagađivača mogle bi se predstaviti u sledećem: Energetska efikasnost: za male peći i kotlove snage 5 do 100 kw preporučuju se energetske efikasnosti veće od 76%, za postrojenja srednje veličine 100 do 1000 kw, preko 78% i za velika postrojenja čija je snaga preko 1 MW energetska efikasnost bi morala biti veća od 83%. Očekuje se da će energetska efikasnost izabranog postrojenja za sagorevanje peleta od drveta u Boru, pri standardnim vlažnostima od oko 16% iznositi 88%. Kod izabranog postrojenja se to može postići samo uz veliku automatizaciju procesa rada postrojenja. Ekološka efikasnost: Biomasa se deklariše kao ekološko gorivo. Pre svega se to podrazumeva zato što je hemijski sastav biomase vrlo povoljan, pa kao alternativno gorivo značajno manje zagađuje životnu sredinu od konvencionalnih energenata. Biomasa ne stvara efekat staklene bašte, tj. koliko ugljendioksida sagorevanjem proizvede, toliko ga usvoji pri rastu biljaka. U biomasi nema sumpora ili se nalazi u tragovima. Sagorevanjem biomase ne stvara se velika količina azotnih oksida, pošto temperature sagorevanja moraju da se održavaju na nižim vrednostima zbog eventualnog topljenja pepela. Pepeo od biomase ne zagađuje zemljište, vodu, floru i faunu, a može da se koristi i kao mineralno đubrivo za povrtnjake i bašte, pod uslovom da se izdvoji lebdeći pepeo iz izduvnog trakta postrojenja koji može da sadrži teške metale koji su štetni po okolinu. 68
Prilikom sagorevanja biomase ugljenmonoksid može da se pojavi u većim količinama pri sagorevanju biomase, uglavnom zbog nekih tehničkih nedostataka postrojenja ili usled nestručnim rukovanjem uređajima za sagorevanje. Pri sagorevanju biomase oksidi azota su naročito prisutni kod postrojenja sa klasičnom tehnologijom sagorevanja. U produktima sagorevanja sumpordioksida i sumportrioksida ima veoma malo pošto se sumpora u biogorivima nalazi u neznatnim količinama, tako da su postrojenja za sagorevanje pošteđena od niskotemperaturne korozije, a okolina od kiselih kiša. Nepravilno rukovanje postrojenjem za sagorevanje može izazvati i pojavu hlornih jedinjenja i cikličnih ugljovodonika (dioksana, furana i poliaromatskih ugljovodonika). Prema tabelama 18, 19, 20, 21 očekuje se da će se iz postrojenja za sagorevanje peleta od drveta u Boru termičke snage od 70 kw tokom godišnjeg grejnog perioda u atmosveru ispuštati: Ugljendioksid 100.898,7 kg CO 2, odnosno 100,9 t CO 2 u slučaju da se kao energent koristi električna energija koja je dobijena sagorevanjem lignita u stepenu konverzije od 3:1 ili 41.080,0 kg CO 2, odnosno 41,1 t CO 2 u slučaju da se kao energent koristi peleti od drveta. U slučaju da se posečene šume od kojih je napravljen pelet ponovo zasade (što bi trebalo da se ispuni) može se konstatovati da će se iz novog postrojenja za istu produkovanu snagu ostvariti smanjena produkcija CO 2 od oko 60%, što bi kvantitativno iznosilo 59.818,7 kg CO 2. Azotni oksidi 1.569,5 g NOx, odnosno 1,57 kg NOx - u slučaju da se kao energent koristi električna energija koja je dobijena sagorevanjem lignita u stepenu konverzije od 3:1 ili 1.240,2 g NOx, odnosno 1,24 kg NOx u slučaju da se kao energent koristi peleti od drveta. Iz novog toplovodnog postrojenja na biomasu će se produkovati na godišnjem nivou 329,4 g manje NOx. Oksidi sumpora Pri sagorevanju peleta od drveta produkovanje jedinjenja sumpora, tj. njihova emisija je ravna nuli. Pri radu postrojenja u kojem se energent koristi električna energija koja je dobijena sagorevanjem lignita u stepenu konverzije od 3:1, emisija SO 2 iznosi 1.046.341,8 g. Čestice Emisija ćestica za navedenu snagu kotlovskog postrojenja iznosi: 125.561,0 g čestica, odnosno 125,6 kg čestica - u slučaju da se kao energent koristi električna energija koja je dobijena sagorevanjem lignita u stepenu konverzije od 3:1 ili 34.879,3 g čestica, odnosno 34,9 kg čestica u slučaju da se kao energent koriste peleti od drveta. 69
Iz novog postrojenja u kojem će se kao energent koristiti peleti od drveta produkovaće se na godišnjem nivou 90.681,7 g čestica, odnosno 90,7 kg čestica manje nego u slučaju da se koristi električna energija. 3.4.2. Ekološke norme i standardi pri sagorevanju biomase 3.4.3. Jedinjenja u gasovitim produktima sagorevanja I veoma male koncentracije nekih gasova mogu štetno uticati na ljude i drugi živi ili neživi svet, a sve češće su globalnih uzrok klimatskih promena. Tako se sve više ispoljavaju efekti: kiselih kiša, staklene bašte i dr. Kisele kiše se javljaju kada sumporna jedinjenja dođu u kontakt sa padavinama, što uzrokuje sušenje šuma u drugog bilja. Efekat staklene bašte se javlja kada usled povišene koncentracije štetnih gasova u gornjim delovima atmosfere dolazi do raspadanja ozona (što omogućava prodor sunčevih zraka kraćih talasnih dužina sa većom energijom koja zagreva površinu Zemlje) i stvaranja gasnog štita koji onemogućuje prodor zraka sa dugim talasnim dužinama koje Zemlja šalje u kosmos da bi se njena površina i niži slojevi atmosfere hladili. Na taj način raste prosečne temperature na Zemlji, što dovodi do brojnih negativnih pojava, kao što su topljenje snega i leda, poplave, suše i dr. Gasovi koji imaju velikog uticaja na efekte staklene bašte su: ugljendioksid CO 2 (83,2%), metan CH 4 (1,4%), azotsuboksid N 2 O,(6,8%) i perfluorkarbonati HFC/PFC/SF 6 (8,6%). Ugljen dioksid (CO 2 ) Najzastupljeniji gas staklene bašte je ugljendioksid CO 2, koji je u atmosferi zastupljen sa samo 370 ppm, odnosno čini 0,037% zemljine atmosfere. Međutim, koncentracija ugljendioksida u vazduhu porasla je 31% u odnosu na 1750. godinu. Sadašnja koncentracija je veća nego što je to dosad ikada bila. Oko 98% emisije ugljendioksida potiče od sagorevanja fosilnih goriva, dok se ostatak emituje pri proizvodnji cementa, proizvodnji kreča, sagorevanju otpada i dr. Deo emisije je i posledica nekontrolisane seče šuma, ali je očigledno da uticaj ostalih uzročnika zanemarljiv u odnosu na dominantan izvor sagorevanje fosilnih goriva. Produkcija ugljendioksida prilikom sagorevanja različitih goriva nije ista (uz ostvareni isti toplotni efekat) sa obzirom da imaju različit hemijski sastav, različite su i emisije nastale kao posledica njihovog sagorevanja. Da bi se različita goriva mogla međusobno porediti, uvodi se koeficijent emisije ugljendioksida K CO2, koji predstavlja masu emitovanog ugljendioksida u atmosferu svedenu na jedinicu produkovane energije. Koeficijent emisije ugljendioksida određuje se na sledeći način: K CO2 = (3,67 x g C ) / h d gde su: 3,67 stehiometrijski koeficijent, g C maseni udeo gorivog ugljenika u gorivu (kg/kg) i h d toplotna moć goriva (MJ/kg). U tabeli 18 su prikazani koeficijenti emisije ugljendioksida pri sagorevanju različitih goriva. 70
Tab. 18. Koeficijenti emisije CO 2 različitih goriva Gorivo Emisija, (kg CO2 /GJ) 1 2 Biomasa 109,6 Treset 106,0 Kameni ugalj 101,2 Mrki ugalj 97,09 Lignit 96,43 Dizel 77,4 Sirova nafta 74,1 Kerozin 73,3 Benzin 71,5 Tečni naftni gas 63,1 Prirodni gas 56,1 Biomasa spada u obnovljive izvore energije i kao takva se smatra za CO 2 neutralnom. Tu se i ogleda njena referentna ili ekološka vrednost biogoriva. pošto se sagorevanjem biomase u većoj meri ne narušava prirodna ravnoteža u koncentracijama ugljendioksida. Navedena tvrdnja se zasniva na činjenici da se u procesu rasta biljaka (fotosinteze) koristi CO 2 iz atmosfere, koji se nakon sagorevanja biomase tamo i vraća (sl. 28). Sl. 28. Uprošćeni krug kruženja ugljendioksida Zbog kruženja CO 2 u ciklusu stvaranja i sagorevanja biomase stvarni koeficijent emisije ugljendioksida K CO2 biomase jednak je nuli. Međutim, taj podatak je validan samo onda kada se nakon sagorevanja biomase njen ciklus vegetacije ponovo pokrene (setvom, sadnjom, tj. pratipošumljavanjem) u suprotnom usvaja se koeficijent emisije koji je prikazan u tabeli 18. Kao najpovoljnije gorivo u smislu ekološke pogodnosti nameće se prirodni gas koji ima najmanji koeficijent emisije ugljendioksida za isti ostvareni toplotni efekat. Razlog tome je sastav prirodnog gasa kod koga je ubedljivo najviše zastupljen metan, a zatim i ostali niži ugljovodonici. Sastav gasa je takav da ima najmanje učešće 71
ugljenika u odnosu na ostala fosilna goriva (g C ), zbog čega se sagorevanjem pored ugljendioksida emituje i značajna količina vodene pare. Korišćenjem svih raspoloživih ostataka biomase u Srbiji u energetske svrhe smanjila bi se emisija: CO 2 za 10,2 miliona t/god. (za slučaj zamene uglja) ili za 7 miliona t/god. za slučaj zamene lož ulja, SO 2 za 62.000 t/god. za slučaj zamene uglja ili 87.000 t/god. za slučaj zamene lož ulja, pepela za 27 000 t/god. za slučaj zamene uglja biomasom. Oksidi azota Oksidi azota, koji se uobičajeno označavaju NOx, poslednjih godina dospeli su u centar pažnje, s obzirom da su identifikovani kao uzročnici mnogih neželjenih pojava. Njihovo štetno dejstvo vezuje se za: uticaj na zdravlje ljudi, smanjenje vidljivosti i stvaranje fotohemijskog smoga - posledica reakcija NOx sa organskim materijama u prisustvu sunčeve svetlosti, razaranje ozona u višim slojevima atmosfere, stvaranje štetnog ozona u nižim slojevima atmosfere i stvaranje kiselih kiša. S obzirom na uticaj na životnu sredinu i zdravlje najznačajniji oksidi azota su: azotmonoksid (NO), azotdioksid (NO 2 ) i azotsuboksid (N 2 O), koji se zajednički označavaju kao NOx. Preko 90% oksida azota emitovanih usled procesa sagorevanja goriva u ložištima čini azotmonoksid (NO), dok ostatak čini azotdioksid (NO 2 ). Međutim, kako se azotmonoksid (NO) u atmosferi konvertuje u azotdioksid, zbog čega većina propisa iz oblasti zaštite životne sredine tretira sve okside azota kao NO 2 iako to nije u potpunosti tačno. Azotsuboksid N 2 O je poznat kao gas staklene bašte, koji doprinosi globalnom zagrevanju, ali je takođe identifikovan kao činilac koji utiče na razaranje ozonskog omotača. Srećom, male količine azotsuboksida se emituju procesima sagorevanja. Podaci o izvoru emisije oksida azota pokazuju da je oko dve trećine emisije posledica procesa sagorevanja gde je drumski saobraćaj, najveći pojedinačni izvor emisije NOx (45%), dok je proizvodnja energije na drugom mestu sa 30% ukupne emisije. Oksidi azota koji se obrazuju tokom procesa sagorevanja biogoriva nastaju oksidacijom: azota vezanog u gorivu i azota iz vazduha. dok se njihovo stvaranje tokom sagorevanja objašnjava pomoću tri osnovna mehanizma: termički ili Zeldovich mehanizam, promptni mehanizam i 72
mehanizam oksidacije azota vezanog u gorivu. Termički NOx se formira zahvaljujući oksidaciji atmosferskog azota. Promptni NOx se formira brzim reakcijama u frontu plamena, a NOx iz goriva nastaje oksidacijom azota vezanog u gorivu. Posmatrano po energentima najveći doprinos emisiji NOx potiče od sagorevanja ogrevnog drveta, što se objašnjava hemijskim sastavom drvne biomase u čijem se sastavu nalazi azot (tabela 19), pa je mehanizam oksidacije azota iz goriva značajan emitent oksida azota. Takođe, uzrok je i u načinu odvijanja procesa sagorevanja biomase. Tab. 19. Koeficijenti emisije NOx po jedinici proizvedene energije Gorivo Namena energije Emisija, (g Nox/GJ) Ugalj Mazut Prirodni gas Ogrevno drvo Opšta primena 1,5 Industrija 1,5 Toplana 1,5 Opšta primena 0,6 Industrija 0,6 Toplana 0,6 Opšta primena 0,1 Industrija 0,1 Toplana 0,1 Opšta primena 3,2 Industrija 3,2 Toplana 3,2 Najmanji doprinos emisiji oksida azota daje prirodni gas koji u svom sastavu može da sadrži azot, kao balast, ali se obično radi o malom procentu. Takođe, treba naglasiti sposobnost gasovitog goriva da se dobro meša sa vazduhom u ložištu tokom sagorvanja, što sprečava stvaranje džepova bogate smeše, koja stimuliše promptni mehanizam. Oksidi sumpora Prisustvo oksida sumpora u produktima sagorevanja posledica je oksidacije sumpora iz goriva, koji u procesu sagorevanja većim delom oksidiše u sumpordioksid - SO 2, a manjim delom u sumportrioksid - SO 3. U atmosferi se SO 2 dalje transformiše u SO 3, koji sa vlagom iz vazduha formira fine kapljice sumporne kiseline. Ove kapljice raznošene vetrom padaju na zemlju, što dovodi do postepenog smanjenja njene ph vrednosti (kiselosti). Povećanje kiselosti zemljišta usporava rast šuma i ostalog bilja, a povećanje kiselosti voda se štetno odražava na rast flore i faune u vodama. Kao posledica emisije SOx nastaju i kisele kiše koje za posledicu imaju izraženo štetno dejstvo na biljke, a izazivaju i koroziju. Istraživanja su pokazala da je sagorevanje uglja daleko najveći izvor emisije sumpordioksida. Mazut i lož ulje sadrže sumpor, ali u manjem procentu nego ugalj, tako da se sagorevanjem emituje manje SO 2 po jedinici proizvedene energije. 73
Što se tiče sagorevanja biomase, ona ne doprinosi emisiji SO 2 jer nema sumpora u hemijskom sastavu biomase ili je to učešće u tragovima. Sagorevanjem prirodnog gasa takođe ne dolazi do emisije SO 2, ukoliko gas ne sadrži H 2 S. Očekivanom supstitucijom energenata prirodnim gasom ili biomasom dolazi do potpune eliminacije emisije oksida sumpora. Koeficijenti emisije SO 2 po jedinici proizvedene energije za različite energente su dati u tabeli 20. Tab. 20. Koeficijenti emisije SO 2 po jedinici proizvedene energije Energent Emisija, (g SO 2 /GJ) Ugalj 1000 Mazut 670 Lož ulje 670 Prirodni gas 0 Ogrevno drvo 0 Biomasa iz poljoprivredne proizvodnje 0 Emisija čestica Sagorevanjem fosilnih goriva pored štetnih gasova koji se tom prilikom emituju dolazi i do emisije čestica pepela. Čestice pepela dalje iniciraju vezivanje drugih materija u atmosferi, utičući na stvaranje smoga u nižim slojevima atmosfere. Koliko će se čestica emitovati u atmosferu zavisi pre svega od vrste korišćenog energenta, a zatim u od sektora upotrebe, što uslovljava režim sagorevanja, postojanje filtera itd. Koeficijenti emisije čestica po jedinici proizvedene energije iz pojedinih goriva prikazani su u tabeli 21. Tab. 21. Koeficijenti emisije čestica po jedinici proizvedene energije Ugalj Mazut Prirodni gas Gorivo Namena energije Emisija, (g čestica/gj) Ogrevno drvo Opšta primena 400 Industrija 180 Toplana 120 Opšta primena 2 Industrija 30 Toplana 1 Opšta primena 0 Industrija 0 Toplana 0 Opšta primena 200 Industrija 90 Toplana 60 74
Emisija čestica i pepela potrošnjom energije u industriji uslovljena je postojanjem manjeg broja kotlovskih postrojenja, koja obično nisu opremljena uređajima za upravljanje i regulaciju, kao i prakse da se u takva postrojenja ne ugrađuju efikasniji filtri. Termoenergetska postrojenja obično ne rade sa optimalnim opterećenjem, često menjaju opterećenje ili se gase, pa sve to utiče na porast emisije. Generalno, sa stanovišta emisije čestica najpovoljnije je korišćenje prirodnog gasa, a najnepovoljnije korišćenje čvrstih goriva, u prvom redu uglja. 3.4.4. Ostali uticaji koji su štetni po termoenergetska postrojenja i okolinu U skladištima biomase i kotlarnici ne sme se stvarati prašina, pošto prašina štetno deluje na respiratorne (disajne) organe ljudi, životinja i ptica, lako je zapaljiva i može lako da eksploadira kada se dovede u povoljne uslove. Zbog toga, prašina se mora efikasno hvatati pre i posle sagorevanja. Instalirana oprema mora da zadovolji propisane granične vrednosti dozvoljenih količina prašine, kao i štetnih gasova za životnu sredinu. U tabeli 22. su date okvirne granične vrednosti sadržaja najvažnijih elemenata u biomasi, koji mogu imati štetan uticaj na rad postrojenja kao i na okolinu. Tab. 22. Mogući štetni uticaj pojedinih elemenata i korektivne tehnološke mere Azot i hlor su glavni elementi kod biomase koji negativno utiču na okolinu. Sadržaj sumpora kod biomase je takav da je on štetniji zbog njegove moguće uloge u procesu korozije razmenjivačkih cevi nego zbog mogućeg uticaja na okolinu. Povećan sadržaj teških elemenata, posebno cinka i kadmijuma, onemogućava recikliranje pepela, tj. korišćenje za obogaćivanje zemljišta. Nepovoljan sadržaj 75
ostalih elemenata datih u tabeli može uticati na stvaranje naslaga na grejnim površinama ili dovesti do njihove korozije. Kalcijum i magnezijum uglavnom povećavaju, a kalijum i natrijum snižavaju temperaturu sinterovanja i topljenja pepela. Kalijum i natrijum u kombinaciji sa hlorom i sumporom imaju glavnu ulogu u mehanizmima korozije. Iz tabele se vidi da se najmanje problema može očekivati pri korišćenju drvne mase i kore, a da se velika pažnja mora pokloniti preventivnim, primarnim i naknadnim tehnološkim merama zaštite pri korišćenju slame, kukuruzovine i sena. Dakle, može da se konstatuje da postoje odgovarajući termotehnički i procesni uređaji i oprema koja je u mogućnosti da efikasno spreči zagađenje radne i životne sredine. Vizuelnih zagađenja nema. Što se tiče bezbednosti rada kotlarnice za radnu i životnu sredinu ona mora da se obezbedi odgovarajućim tehničkim, tehnološkim i organizacionim merama. Buka u pogonu mora da bude na dozvoljenom nivou. Da bi se to obezbedilo mora da se postavi odgovarajuća zvučna izolacija u zidovima kotlarnice. U pogonu kotlarnice mora se održavati odgovarajuća mikroklima, koja neće štetno uticati na radno osoblje. U tab. 23 date su maksimalno dozvoljene koncentracije dimnih gasova u vazduhu za radnu i životnu sredinu, koje mora da obezbedi termoenergetska oprema i rukovaoci kotlova. Tab. 23. Maksimalno dozvoljene koncentracije (MDK) dimnih gasova u vazduhu za radnu i životnu sredinu (SRPS Z.BO 001) Hemijska supstanca Jedinica MDK* za radnu sredinu 8h MDK* za životnu sredinu 24 h 1h Azotni oksidi (NOx) mg/m 3 6,0 0,085 0,15 Alifatični ugljovodoninici (AlCH), T k = 141-200ºC mg/m 3 300 - Benzen (C 6 H 6 ) mg/m 3 3,0 0,8 Toluen (C 6 H 5 CH 3 ) mg/m 3 375 7,5 Ksileni (C 6 H 4 (CH 3 ) 2 ) mg/m 3 435 - Ugljenmonoksid (CO) ppm (ml/m 3 ) 50 (55) 4,4 (5) 8(10) Ugljendioksid (CO 2 ) mg/m 3 - - Sumpordioksid (SO 2 ) mg/m 3 5,0 - * MDK maksimalno dozvoljene koncentracije dimnih gasova u vazduhu za osmosatnu ekspoziciju u radnoj sredini prema standardu o maksimalno dozvoljenim koncentracijama škodljivih gasova, para i aerosola u atmosferi radnih i pomoćnih prostorija, SRPS Z.BO 001. 3.4.3. Granične vrednosti emisije gasova za određene vrste ložišta U tabelama 25 i 26 prikazane su granične vrednosti emisije GVE dimnih gasova, koje prema zakonskim aktima i normama postrojenja u kojima se sagoreva biomasa i gasovita goriva ne bi smele preći naznačenu vrednost. Radi upoređenja sa uslovima 76
u našoj zemlji u tabelama 24 i 25 prikazani su i podaci GVE u Nemačkoj i Danskoj. Pošto se navedene vrednosti moraju poštovati, rad termoenergetskog postrojenja za sagorevanje balirane biomase u Boru mora biti u navedenim granicama. Propisi u Srbiji Pri radu kotlovskih postrojenja u Srbiji treba da budu zadovoljeni zahtevi Uredbe Vlade Republike Srbije o graničnim vrednostima emisije zagađujućih materija u vazduhu (Sl. glasnik S. Srbije, br. 71/2010), za male snage ložišta, manje od 1 MWth (čl. 19, prilog II). Takođe, treba voditi računa o vrednostima imisije, koje su regulisane Pravilnikom o graničnim vrednostima, metodama merenja imisije, kriterijumima za uspostavljanje mernih mesta i evidenciji podataka (Sl. glasnik R. Srbije, br. 19/2006.). Masena koncentracija štetnih i opasnih matrija u otpadnom gasu određenih vrsta ložišta, meri se u jedinici zapremine suvog otpadnog gasa na temperaturi 0 o C i pod pritiskom 1.013 mbara. Sadržaj kiseonika u jedinici zapremine otpadnog gasa u zavisnosti od vrste ložišta iznosi za čvrsta goriva: ugalj, briket od uglja i koks 7%, za ostala čvrsta goriva (biomasu) 13% i za tečna i gasovita goriva 3%. Sadržaj sumpora u biomasi ne sme da pređe vrednost 0,5 g/mj goriva. U tabeli 24 date su granične vrednosti emisije za ložišta na biomasu. Tab. 24. Granične vrednosti emisije (GVE) za mala postrojenja za sagorevanje čvrstog goriva (Uredba, Sl. glasnik R.Srbije, br. 71/2010) Parametar Vrednost Dimni broj < 1 Ugljen monoksid, CO (500 kw do 1 MW) 1.000 mg/ n m 3 Oksidi azota, kao N 2 (100 kw do 1 MW) 250 mg/ n m 3 Zapreminski udeo O 2 (ostala čvrsta goriva (biomasa)) 13% Dozvoljeni gubici toplote (50 kw do 1 MW) 12% Dimni broj tokom sagorevanja goriva u kontrolisanim uslovima ložištu treba da je manji od 30 (SRPS M.R4.020). Dozvoljena emisija letećeg pepela za male toplotne jedinice je do 500 mg/nm 3 pri 8 % CO 2 (vol.) za ložišta na biomasu (SRPS M.E6.110). U tabeli 23 date su granične vrednosti emisije za ložišta na gasovita goriva (prirodni gas). Tab. 23. Granične vrednosti emisije (GVE) za mala postrojenja za sagorevanje gasovitog goriva (Uredba, Sl. glasnik R.Srbije, br. 71/2010) Parametar Vrednost Ugljen monoksid, CO (400 kw do 10 MW) 80 mg/ n m 3 Oksidi azota, kao N 2 (voda < 110 o C, > 0,05 MPa) 100 mg/ n m 3 Zapreminski udeo O 2 3% 77
Dimni broj za gasovita goriva po domaćem standardu SRPS B.H8.270 može da iznosi najviše 0. Rad postrojenja u Srbiji treba uskladiti sa visokim zahtevima EU zemalja u pogledu energetske efikasnosti i emisije gasova zagađivača, što treba da obuhvati i vrednosti: PAH, PCDD/F i HCl. Pri tome se mora imati u vidu da ekonomski, socijalni i uslovi zaštite životne sredine u regionu Južne Evrope su specifični i različiti od uslova u severnijim državama EU. Zbog toga je veoma važno da se to respektuje u domaćim zakonskim propisima i normama. U tab. 24 date su granične vrednosti dozvoljenih emisija pri sagorevanju biogoriva u čvrstom stanju U Nemačkoj. Tab. 24. Granične vrednosti dozvoljenih emisija (GVE) pri sagorevanju biogoriva u čvrstom stanju u Nemačkoj Snaga postrojenja N / F, (p) Referentni propis Referentna količina CO (eg) Ograničenje emisije Ukupni C, (b) NOx, (cn) Prašina Vol. %O 2 g/ N m 3 mg/ N m 3 mg/ N m 3 mg/ N m 3 Vrednost emisije za sagorevanje drveta u prirodnom stanju 1<2,5 MW F TA Luft, (f) 11 0,15, 10 250 100 2,5<5 MW F TA Luft, (f) 11 0,15 10 250 50 5< 50 MW F TA Luft, (f) 11 0,15 10 250 20 Vrednost emisije za sagorevanje slame i sličnih biljnih materijala 1< 50 MW F TA Luft, (f) 11 0,25 50 400 20 Značenja u tabeli su sledeća p -snaga postrojenja, N - nazivna toplotna snaga ložišta, tj. najveća proizvedena količina toplote u režimu stalnog rada u jedinici vremena (njega navodi proizvođač uz napomenu koje je gorivo korišćeno), F - nazivna toplotna snaga ložišta, tj. snaga koja se može dovesti ložištu u odnosu na donju toplotnu moć goriva u režimu trajnog rada, b - emisija isparljivih organskih jedinjena ugljenika (VOC), tzv. volatili, cn - azot dioksid, eg - granična vrednost važi samo pri uslovima rada sa nazivnim opterećenjem, d bez ograničenja emisije za niže vrednosti snaga ložišta od 15 kw, f TA vazduh, obnovljeno izdanje od 1.10.2002. godine, gl kod ložišta za slamu i slična goriva, za postrojenja sa nazivnom toplotnom snagom preko 100 kw, osim toga važi i ograničenje za PCDD/F (dioksin i furan) na 0,1 ngte/ N m 3, a za gasovita anorganska jedinjenja hlora (izraženo kao HCL) 30 mg/ N m 3. Ako se uporede podaci iz tab. 22 i 24 može da se konstatuje da je smanjena granična vrednost emisije praškastih materija u izlaznim gasovima kod sagorevanja slame i sličnih biljnih materijala u Nemačkoj. Kod sagorevanja drveta se naši podaci emisije nalaze u proseku. Granična vrednost ugljenmonoksida je manja za 100 78
mg/ N m 3 kod sagorevanja drveta u Nemačkoj, a ista je kod slame. Kod sagorevanja drveta je granična vrednost azotnih oksida duplo manja, a kod slame za 100 mg/ N m 3 manja nego kod naših propisa. Granična vrednost emisije organskog ugljenika kod sagorevanja drveta je četiri puta manja u Nemačkoj, a kod slame je ista količina u odnosu na nase propise. U projektnim rešenjima treba težiti nemačkim podacima. U tabeli 25 date su granične vrednosti dozvoljenih emisija pri sagorevanju biogoriva u čvrstom stanju u Danskoj. Tab. 25. Granične vrednosti dozvoljenih emisija (GVE) ugljenmonoksida i prašine pri normalnom učinku i smanjenom opterećenju kotla za vreme testiranja kotlovskog postrojenja za farme Gorivo Drvo za loženje, pelete, isečeno drvo, drveni čips, zrno žitarica Drvo za loženje, pelete, isečeno drvo, drveni čips, zrno žitarica Slama Slama Ložište Šaržno (ručno) loženje Automatsko Šaržno (ručno) loženje Automatsko CO-emisija pri 10% O 2, 30% opterećenje kotla 0,50% ili 5.000 ppm 0,15% ili 1.500 ppm 0,80% ili 8.000 ppm 0,40% ili 4.000 ppm CO-emisija pri 10% O 2, nominalni učinak 0,50% ili 5.000 ppm 0,10% ili 1.000 ppm 0,80% ili 8.000 ppm 0,30% ili 3.000 ppm Emisija prašine pri 10% O 2 300 mg/ N m 3 300 mg/ N m 3 600 mg/ N m 3 600 mg/ N m 3 U tabeli 25 podaci za ugljenmonoksid su dati u procentima ili u ppm, pa su orijentaciono uporedljivi sa našim i nemačkim podacima. Interesantno je da je dozvoljena količina prašine približno 6 puta veća kod sagorevanja drveta, a približno 12 puta kod sagorevanja slame u odnosu na podatke emisija gasova. Verovatno je to zbog toga što su u Danskoj kotlovi za farme jednostavnije konstrukcije i postavljeni su dalje od naselja. Kod ložišnih postrojenja sa više pojedinačnih ložišta, za ograničenje emisije svakog pojedinačnog ložišta merodavna je ukupna toplotna snaga ložišnog postrojenja. Ukupnu toplotnu snagu ložišnog postrojenja predstavlja zbir toplotnih snaga svih pojedinačnih ložišta u sastavu ložišnog postrojenja. Propis bitan za dozvole za rad i eksploataciju postrojenja za sagorevanje biomase za snage manje od 1 MW je SRPS M.E6.110 U Srbiji je uobičajena praksa da se u nedostatku domaćih propisa primenjuju nemački standardi DIN ili evropske norme EN sa pratećim propisima. Zato se ovde navode propisi prema kojima postupaju proizvođači i vlasnici postrojenja za sagorevanje u Nemačkoj. Približavanjem i pristupanjem Evropskoj uniji i u Srbiji će biti obavezno ponašanje u skladu sa tim propisima. U tabeli 26 prikazani su podaci graničnih vrednosti imisije (GVI) gasova u naseljenom mestu na otvorenom prostoru (koncentracija ugljenmonoksida, azotdioksida, 79
sumpordioksida, čađi i suspendovanih čestica i teških metala, ukupne količine sedimenata i sadržaja aerosidemenata). Tab. 26. Prikaz graničnih vrednosti imisije (GVI) gasova, čađi, suspendovanih čestica i teških metala, sedimenata i sadržaja aerosedimenata, (Pravilnik, Sl. glasnik RS, br. 54/92, 30/99 i 19/2006) Zagađujuća materija Gasovi, čađ i susp. čestica Jedinica mere Ukupno CO NO 2 SO 2 Čađ Susp. čestice Pb Cd Zn Hg µg/m 3 /dan 413,01 5 85 150 50 120 1 0,01 1 1 Sedimenti µg/m 2 /dan 655 - - 250 5 400 Taložne materije mg/m 2 /mes. 450 - - - - - - - Kao što se vidi iz podataka naznačenih u tab. 26 imisija gasova na otvorenom prostoru mora biti manja od graničnih vrednosti koncentracije gasova i čađi, suspendovanih čestica i teških metala, ukupne vrednosti sedimenata i sadržaja aerosedimenata. 3.4.4. Procena uticaja emisije gasova sagorevanjem biomase na okolinu Na osnovu dosadašnjih istraživanja sagorevanja biomase iz poljoprivredne proizvodnje može da se konstatuje da biomasa manje zagađuje životnu sredinu od konvencionalnih goriva. Biomasa ne sadrži sumpor (u tragovima), te u produktima sagorevanja nema sumpornih oksida u značajnim količinama. Biomasa ne sagoreva na visokim temperaturama, zbog mogućnosti topljenja pepela, te u produktima sagorevanja ne stvaraju se NOx jedinjenja u značajnim količinama. Od vrste i kvaliteta izrade kotlovskog uređaja zavisi kolika će biti količina CO u produktima sagorevanja. Postojeća postrojenja nemaju odgovarajući kvalitet procesa sagorevanja biomase, ne poseduju automatsku kontrolu procesa sagorevanja, ručno se lože i ručno se vodi proces sagorevanja. Zbog toga treba uvek insistirati na primeni automatske kontrole procesa sagorevanja i automatskog loženja postrojenja sa biomasom. U principu postojeća termička postrojenja ne zagađuju značajno životnu sredinu, kao što zagađuju postrojenja koja rade na konvencionalno gorivo (na primer mazut ili ugalj). Količina proizvedenog CO 2 sagorevanjem biomase je na godišnjem nivou nula, pošto biljke iz atmosfere uzmu istu količinu CO 2 za svoj rast i razvoj. Prema odredbama Zakona o zaštiti životne sredine (Sl. glasnik 66/91, 83/92, 51/93, 69/93, 48/94, 53/95) i Pravilnika o graničnim vrednostima, metodama merenja emisije, kriterijuma za uspostavljanje mernih mesta i evidenciji podataka (Sl. glasnik 71/2010) propisane su granične vrednosti emisija zagađujućih materija u vazduhu, kao i koncentracije zagađivača okolnog vazduha. Sastav proizvedenog pepela u procesu sagorevanja biomase zavisi od vrste i količine upotrebljenih sredstava za đubrenje i zaštitu bilja. Ukoliko se ne radi o preteranim dozama djubriva i sredstava za zaštitu bilja, onda se pepeo za biomasu može koristiti za đubrenje bašta, što svakako nije slučaj sa pepelom od uglja. Pri skladištenju biomase u kamare na ekonomskom dvorištu potrebno je dobro voditi računa o razmaku između kamara, o obezbeđenosti sa sredstvima za gašenje 80
požara, obilasku i kontroli stanja kamara, zabrani deci da se ne igraju oko kamara, zabrani životinjama da ne raznose biomasu, itd. Pušenje strogo zabraniti radnicima koji rade sa biomasom. 3.4.5. Predvidjene mere za smanjenje i/ili sprečavanje negativnog uticaja postrojenja (objekata) na životnu sredinu Mere za smanjenje i/ili sprečavanje negativnog uticaja postrojenja (objekata) na životnu sredinu sprovodiće se u toku izgradnje, redovonog rada kao i u slučaju udesa. One obuhvataju mere predvidjene zakonskim i podzakonskim aktima, tehničko tehnološke mere zaštite, mere zaštite u slučaju akcidenta, mere zaštite od elementarnih nepogoda, mere zaštite od električne energije, mere zaštite od požara i ekplozije, mere zaštite na radu kao i preventivne mere zaštite. 3.4.6. Mere predvidjene zakonskim i podzakonskim aktima Ove mere obuhvataju: primenu normativa i standarda kod izbora i nabavke materijala i opreme za izgradnju objekata, primenu zakonskih i podzakonskih odredbi za bezbedno funkcionisanje postrojenja u odnosu na indikatore životne sredine kao i uslove koji utvrdjuju nadležni državni organi i institucije kod izdavanja odobrenja i saglasnosti za izgradnju i upotrebu objekata. U saglasnosti sa ovim merama, a prema Zakonom o proceni uticaja na životnu sredinu ( Sl.glasnik RS br.135/04 i 36/09) i drugim važećim aktima, kao što je Uredba o utvrđivanju liste projekata za koje je obavezna procena uticaja i liste projekata za koje se može zahtevati procena uticaja na životnu sredinu ( Sl.glasnik RS br.114/2008) i dr. za izgradnju termoenergetskog postrojenja za proizvodnju toplotne energije ukupne termičke snage 1 do 50 MW se prema listi II navedene Uredbe može zahtevati procena uticaja na životnu sredinu, koja pored naziva projekta, sadrži i kriterijume za odlučivanje o potrebi izrade procene uticaja na životnu sredinu. Navedena konstatacija se u Uredbi nalazi pod tačkom 3., podtačka 1. - Postrojenja za proizvodnju električne energije, vodene pare, tople vode, tehnološke pare ili zagrejanih gasova (termoelektrane, toplane, gasne turbine, postrojenja sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem, ostali uređaji za sagorevanje), uključujući i parne kotlove, u postrojenjima za sagorevanje uz korišćenje svih vrsta goriva, snage 1 do 50 MW. 3.4.9. Kriterijumi i opšte mere koje se zahtevaju kod izrade studije sa procenom u uticaju na životnu sredinu Procena uticaja na životnu sredinu jeste preventivna mera zaštite životne sredine zasnovana na izradi studija i sprovođenju konsultacija uz učešće javnosti i analizi alternativnih mera, sa ciljem da se prikupe podaci i predvide štetni uticaji određenih projekata na život i zdravlje ljudi, floru i faunu, zemljište, vodu, vazduh, klimu i pejzaž, materijalna i kulturna dobra i uzajamno delovanje ovih činilaca, kao i utvrde i predlože mere kojima se štetni uticaji mogu sprečiti, smanjiti ili otkloniti imajući u vidu izvodljivost tih projekata. Faze u postupku procene uticaja Postupak procene uticaja na živornu sredinu sastoji se od sledećih faza: 1. Odlučivanje o potrebi procene uticaja na životnu sredinu za projekte; 81
2. Definisanje obima i sadržaja studije o proceni uticaja na životnu sredinu i 3. Odlučivanje o davanju saglasnosti na studiju o proceni uticaja na životnu sredinu. Odlučivanje o potrebi procene uticaja Nosilac projekta za koji se može zahtevati procena uticaja na životnu sredinu podnosi zahtev nadležnom organu za odlučivanje o potrebi procene. Zahtev o potrebi procene uticaja sadrži: 1. opis lokacije; 2. opis karakteristika projekta; 3. opis karakteristika mogućih uticaja projekta na životnu sredinu i 4. druge podatke i dokumentaciju. Definisanje obima i sadržaja studije o proceni uticaja Nosilac projekta za koje se obavezno vrši procena uticaja i za koje je nadležni organ utvrdio obavezu procene uticaja podnosi zahtev za određivanje obima i sadržaja studije o proceni uticaja. Zahtev za određivanje obima i sadržaja sadrži: 1. podatke o nosiocu projekta; 2. opis projekta; 3. prikaz glavnih alternativa koje su razmatrane; 4. opis činilaca životne sredine koji mogu biti izloženi uticaju; 5. opis mogućih značajnih štetnih uticaja projekta; 6. opis mera predviđenih u cilju sprečavanja, smanjenja i otklanjanja značajnih štenih uticaja; 7. netehnički rezime podataka navedenih od 2) do 6); 8. podaci o mogućim teškoćama na koje je naišao nosilac projekta u prikupljanju podataka i dokumentacije i 9. druge podatke i dokumentaciju. Odlučivanje o davanju saglasnosti na studiju o proceni uticaja na životnu sredinu Davanje saglasnosti na izrađenu studiju o proceni uticaja na životnu sredinu izdaje nadležni organ u skladu sa važećim zakonima R Srbije. Važniji zakoni pri dlučivanju o davanju saglasnosti na studiju o proceni uticaja na životnu sredinu 1. Zakon o proceni uticaja na životnu sredinu ( Sl.glasnik RS, br. 135/04 i 36/09); 2. Uredba o utvrđivanju Liste projekata za koje je obavezna procena uticaja i Liste projekata za koje se može zahtevati procena uticaja na životnu sredinu; Lista i Projekata za koje je obavezna procena uticaja na životnu sredinu (''Sl glasnik RS'', br. 114/08); 82
3. Pravilnik o sadržini zahteva o potrebi procene uticaja i sadržini zahteva za određivanje obima i sadržaja studije o proceni uticaja na životnu sredinu (''Sl glasnik RS'', br. 69/05); 4. Pravilnik o postupku javnog uvida, prezentaciji i javnoj raspravi o studiji o proceni uticaja na životnu sredinu (''Sl glasnik RS'', br. 69/05); 5. Pravilnik o radu tehničke komisije za ocenu studije o proceni uticaja na životnu sredinu (''Sl glasnik RS'', br. 69/05); 6. Pravilnik o sadržini studije o proceni uticaja na životnu sredinu (''Sl glasnik RS'', br. 69/05); 7. Pravilnik o sadržini, izgledu i načinu vođenja javne knjige o sprovedenim postupcima i donetim odlukama o proceni uticaja na životnu sredinu (''Sl glasnik RS'', br. 69/05). Uopšte posmatrano zaštitu životne sredine pri realizaciji pojedinih projekata treba sprovoditi integralnim merama koje se odnose na: 1. Mere zaštite predviđene tehničkom dokumentacijom; 2. Mere zaštite u toku izvođenja projekta; 3. Mere zaštite u toku eksploatacije projekta; 4. Mere zaštite u slučaju udesa i 5. Program praćenja uticaja projekta na životnu sredinu. U skladu sa tim merama Ministarstvo životne sredine i prostornog planiranja R Srbije je krajem 2010. godine propisalo Uputstvo o minimalnim uslovima za zaštitu životne sredine koje je obuhvatalo opšte i specijalizovane mere. Opšte mere zaštite životne sredine se odnose na: I. Mere u toku izgradnje Tokom izvođenja radova na pripremi terena i izgradnji objekta potrebno je planirati i primeniti sledeće mere zaštite: 1. Nosilac projekta je dužan da poštuje Zakon o planiranju i izgradnji ( Sl. gl. RS, br. 72/09), kao i podzakonska akta doneta na osnovu ovog Zakona 2. Vršiti redovno kvašenje zaprašenih površina i sprečiti rasipanje građevinskog materijala tokom transporta 3. Utvrditi obavezu sanacije zemljišta, u slučaju izlivanja ulja i goriva tokom rada građevinskih mašina i mehanizacije 4. Otpadni materijal koji nastane u procesu izgradnje (komunalni otpad, građevinski materijal i metalni otpad, plastika, papir, stare gume i sl.) propisno sakupiti, razvrstati i odložiti na za to predviđenu i odobrenu lokaciju 5. Materijal iz iskopa odvoziti na unapred definisanu lokaciju, za koju je pribavljena saglasnost nadležnog organa; transport iskopanog materijala vršiti vozilima koja poseduju propisane koševe i sistem zaštite od prosipanja materijala 6. Ako se u toku izvođenja građevinskih i drugih radova naiđe na arheološka nalazišta ili arheološke predmete, izvođač radova je dužan da odmah prekine radove i obavesti nadležnu organizaciju za zaštitu spomenika kulture 7. Ako se u toku radova naiđe na prirodno dobro koje je geološko-paleontološkog tipa i minerološko-petrografskog porekla, za koje se pretpostavlja da ima svojstvo prirodnog spomenika, izvođač radova je dužan da o tome obavesti nadležnu organizaciju za zaštitu prirode. 83
II. Upravljanje otpadom 1. Nosilac projekta je dužan: 2. Da poštuje Zakon o upravljanju otpadom ( Sl. gl. RS, br. 36/09), Zakon o ambalaži i ambalažnom otpadu ( Sl. gl. RS, br. 36/09), kao i podzakonska akta doneta na osnovu ovih zakona 3. Obezbedi poseban prostor 4. Obezbedi potrebne uslove i opremu za sakupljanje, razvrstavanje i privremeno čuvanje različitih otpadnih materija (komunalni i ambalažni otpad, organski ili procesni otpad, reciklabilni mater., otpad od čišćenja separatora masti i ulja itd.) 5. Da sekundarne sirovine, opasan i drugi otpad, predaje licu sa kojim je zaključen ugovor, a koje ima odgovarajuću dozvolu za upravljanje otpadom (skladištenje, tretman, odlaganje i sl). III. Zaštita voda Nosilac projekta je dužan: 1. Da poštuje Zakon o vodama ( Sl. gl. RS, br. 33/10), kao i podzakonska akta doneta na osnovu ovog Zakona 2. Planira i izvede sistem interne separatne kanalizacije (za atmosferske i fekalne otpadne vode) 3. Sanitarno-fekalne otpadne vode odvodi u gradsku kanalizacionu mrežu a u slučaju nepostojanja gradske kanalizacije, potrebno je fekalne otpadne vode upuštati u vodonepropusnu septičku jamu, do opremanja lokacije kanalizacionom infrastrukturom 4. Obezbedi saglasnost nadležnog organa za poslove vodoprivrede (mišljenje, uslovi, dozvola...) 5. Po potrebi, predvidi odgovarajući tretman tehnoloških otpadnih voda, kojim se obezbeđuju propisani zahtevi emisije, odnosno propisani uslovi za ispuštanje u javnu kanalizaciju ili određeni recipijent 6. Predvidi kontrolisani prihvat potencijalno zauljene atmosferske vode sa internih saobraćajnih, manipulativnih površina i parkinga, kao i njen tretman u taložniku/separatoru masti i ulja, kojim se obezbeđuje da kvalitet prečišćenih voda zadovoljava kriterijume propisane za ispuštanje u javnu kanalizaciju ili određeni recipijent; vrši redovnu kontrolu separatora i taložnika i poslove pražnjenja istih poveri ovlašćenoj organizaciji; vodi urednu evidneciju o čišćenju navedene opreme i uređaja 7. Ugradi uređaj za merenje količine ispuštenih otpadnih voda-merač protoka i dobijene rezultate dostavlja nadležnoj inspekciji za zaštitu životne sredine (republička, pokrajinska, grada Beograda) 8. Uspostavi monitoring voda koje se ispuštaju u recipijent u skladu sa Zakonom o vodama 9. Rezultate merenja kvaliteta voda dostavi nadležnoj inspekciji i Agenciji za zaštitu životne sredine. IV. Zaštita vazduha Nosilac projekta je dužan: 84
1. Da poštuje Zakon o zaštiti vazduha ( Sl. gl. RS, br. 36/09), kao i podzakonska akta doneta na osnovu ovog Zakona 2. Predvidi odgovarajuću opremu, tehnička i tehnološka rešenja, kojima se obezbeđuje da emisija zagađujućih materija u vazduh zadovoljava propisane granične vrednosti 3. Da postrojenje prilikom projektovanja, gradnje i korišćenja održava tako da ne ispušta zagađujuće materije u vazduh u količini većim od graničnih vrednosti emisije 4. Ukoliko dođe do kvara uređaja kojim se obezbeđuje sprovođenje propisanih mera zaštite ili do poremećaja tehnološkog procesa zbog čega dolazi do prekoračenja graničnih vrednosti emisije, nosilac projekta je dužan da kvar ili poremećaj otkloni ili prilagodi rad novonastaloj situaciji ili obustavi tehnološki proces kako bi se emisija svela u dozvoljene granice u najkraćem roku 5. U slučaju prekoračenja graničnih vrednosti nivoa zagađujućih materija u vazduhu, da preduzme tehničko-tehnološke mere ili da obustavi tehnološki proces, kako bi se koncentracije zagađujućih materija svele u propisane vrednosti 6. Nosilac projekta stacionarnog izvora zagađivanja, kod koga se u procesu obavljanja delatnosti mogu emitovati gasovi neprijatnih mirisa, dužan je da primenjuje mere koje će dovesti do redukcije mirisa iako je koncentracija emitovanih materija u otpadnom gasu ispod granične vrednosti emisije 7. Nosilac projekta novoizgrađenog ili rekonstruisanog stacionarnog izvora zagađivanja za koji nije propisana obaveza izdavanja integrisane dozvole ili izrade studije o proceni uticaja na životnu sredinu dužan je da pre puštanja u rad pribavi dozvolu (uz zahtev za izdavanje dozvole obaveza operatera je da priloži upotrebnu 8 dozvolu ili tehničku dokumentaciju za taj izvor zagađivanja, kao i stručni nalaz sa rezultatatima emisije) 8. Nosilac projekta svakog izvora zagađivanja dužan je da dostavi nadležnom organu podatke o stacionarnom izvoru zagađivanja i svakoj njegovoj promeni 9. Obezbedi redovan monitoring emisije i da o tome vodi evidenciju 10. Obezbedi kontinualna merenja emisije ako za to postoji obaveza (kada je maseni protok emisije za određenu zagađujuću materiju veći od propisanih vrednosti) samostalno, putem automatskih uređaja za kontinualno merenje 11. Vodi evidenciju o obavljenim kontinualnim merenjima sa podacima o mernim mestima, rezultatima i učestalosti merenja i dostavi podatke jednom u tri mesca u roku od 15 dana od isteka tromesečja, a i da dostavi merenja na godišnjem nivou u vidu godišnjeg izveštaja najkasnije do 31. januara tekuće godine za prethodnu kalendarsku godinu 12. Obezbedi kontrolna merenja emisije preko ovlašćenih organizacija, ako merenja emisije obavlja samostalno 13. Obezbedi propisana povremena merenja emisije, preko ovlašćenog pravnog lica dva puta godišnje, ukoliko ne vrši kontinualni monitoring, a podatke dostavi u roku od 30 dana od dana izvršenog merenja 14. Vodi evidenciju o vrsti i kvalitetu sirovina, goriva i otpada u procesu spaljivanja 15. Vodi evidenciju o radu uređaja za sprečavanje ili smanjenje emisije zagađujućih materija kao i mernih uređaja za merenje emisije 16. Predvidi odgovarajuće mere za sprečavanje širenja neprijatnih mirisa (npr. za upijanje neprijatnog mirisa amonijaka koristiti rupičaste džakove napunjene zeolitom i sl.). 85
V. Zaštita od buke Nosilac projekta je dužan: 1. Da poštuje Zakon o zaštiti od buke u životnij sredini ( Sl. gl. RS, br. 36/09), kao i podzakonska akta doneta na osnovu ovog Zakona 2. Projektuje i izvede odgovarajuću zvučnu zaštitu, kojom se obezbeđuje da buka koja se emituje iz tehničkih i drugih delova objekata pri propisanim uslovima korišćenja i održavanja uređaja i opreme, odnosno tokom obavljanja planiranih aktivnosti, ne prekoračuje propisane granične vrednosti 3. Ukoliko se radi o kompresoru obavezno postavi isti u zatvoren prostor uz sprovođenje akustičnih mera zaštite i na udaljenosti od najmanje 20 metara od najbliže zatvorenog prostora u kome borave ljudi. VI. Ostale opšte mere 1. Uređenje zelenila: - Potrebno je izvršiti uređenje i ozelenjavanje slobodnih površina (travnjaci, žbunasta i visoka vegetacija) u skladu sa projektom hortikulturnog uređenja - Po obodu kompleksa, celom dužinom, formirati visoko zelenilo dugog vegetacionog perioda 2. Uređenje prostora, korišćenje prirodnih resursa i dobara vrši se u skladu sa prostornim i urbanističkim planovima i drugim planovima 3. Pravno ili fizičko lice koje degradira životnu sredinu dužno je da izvrši remedijaciju ili na drugi način sanira degradiranu životnu sredinu u skladu sa projektima sanacije i remedijacije 4. Operater seveso postrojenja, odnosno kompleksa u kome se obavljaju aktivnosti u kojima je prisutna ili može biti prisutna jedna ili više opasnih materija, u jednakim ili većim količinama od propisanih, dužan je da primenjuje Seveso II direktivu 5. Potrebno je dostavljati podatke za registre izvora zagađivanja životne sredine 6. Potrebno je sprovoditi neophodne mere zaštite od udesa 7. Potrebno je koristiti ekološke energente. 3.5. Potrebne količine biomase za časovni i sezonski rad kotlovskog postrojenja 3.5.1. Časovna potrošnja biomase Maksimalna deklarisana časovna potrošnja biomase kotlovskog postrojenja u Boru se može izračunati kao količnik deklarisane toplotne snage postrojenja i proizvoda stepena korisnosti postrojenja i toplotne moći goriva (biomase) koje će se sagorevati. Za usvojene početne podatke korišćenog goriva i karakteristika kotla, časovna potrošnja biomase postrojenja iznosi: m G = Q / x hd = (70 x 3600) / (0,88 x 16.900) = 16,9 kg/h gde su: m G [kg/h] - potrošnja goriva. Q [kw] - snaga toplovodnog kotlovskog postrojenja, 86
- - stepen efikasnosti kotlovskog postrojenja, hd [kj/kg] - donja toplotna moć izabranih peleta od drveta 3.5.2. Sezonska potrošnja biomase Sezonska potrošnja biomase kao goriva je promenljiva i najviše zavisi od spoljašnjih, tj. eksploatacionih uslova tokom grejnog perioda. Spoljašnji uslovi tokom grejnog perioda će u najvećoj meri uticati na toplotne gubitke izabranih objekata javne namene u Boru lokacija, Brestovačka banja. Usvojeno je da maksimalna toplotna snaga termičkog postrojenja na biomasu iznosi 70 kw. Na osnovu toga se može izračunati godišnja potrošnja biomase sledećim izrazom: m G /god= 24 x 3.600 x e x y x SD x Q / (hd x x (tu - ts)) = 24 x 3.600 x 0,81 x 0,7 x 2.700 x 70 / (16.900 x 0,88 x (20-(-18)) = 16,38 t/god gde su: e = e t x e b - - koeficijent temperaturnog i eksploatacionog ograničenja, 0,9 x 0,9 = 0,81 y - - korekturni koeficijent (prekid u loženju, vetar), 0,7 SD - - broj stepen-dana, 180 dana x 15 o C = 2.700 dana Q [kw] - potrebna količina toplote za grejanje, hd [kj/kg] - donja toplotna moć goriva (16.900), - - stepen korisnosti postrojenja (0,88), tu [ o - unutrašnja temperatura prostora koji se greje C] (20 o C). i ts [ o C] - spoljna projektna temperatura (-18 o C). Sa prosečnim nasipnom gustinom od 630 kg/m 3, navedena masa peleta za rad postrojenja tokom celog grejnog perioda bi zauzela zapreminu od 29,7 m 3, što bi se moglo smestiti u skladište dimenzija: 3 x 5 x 2 m. Pošto se planira nabavka peleta prema potrebama navedeno skladište se neće graditi, već će se pelet skladištiti u košu pored postrojenja za period grejanja od mesec dana, što predviđa bin dimenzija 2 x 2,5 x 2 m. Peleti će se transportovati u kamionu manjih nosivosti sa zadnjim istovarom, kao na slici 29. Sl. 29. Istovar peleta u prijemni koš termoenergetskog postrojenja 87