Kotły na biomasę

Zastosowanie biomasy jako paliwa w systemie ogrzewania ma wiele zalet. Jest to paliwo stosunkowo tanie, powszechnie dostępne i przyjazne środowisku. Na system ogrzewania składa się kocioł z instalacją grzewczą, która rozprowadza ciepło po ogrzewanych pomieszczeniach. Dodatkowe urządzenia współpracujące mogą rozszerzać podstawowe funkcje, podnosić komfort użytkowania i ograniczać koszty eksploatacyjne centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej (np. zbiorniki akumulacyjne, zastosowanie kolektorów słonecznych). Na rynku są dostępne kotły, które spełniają wysokie standardy środowiskowe i w zależności od wyposażenia - mogą zapewnić wysoki komfort obsługi.

 

Rys. 1 Kotłownia domu jednorodzinnego z piecem na drewno kawałkowe © Fot. Viessmann

 

Warto wiedzieć

  1. Moc kotła na biomasę wyrażana jest w kW, a dobór mocy urządzenia wynika z bilansu cieplnego obiektu, sporządzonego zgodnie z obowiązującymi standardami. W pierwszej kolejności warto zadbać o ocieplenie budynku, wymianę okien oraz przegląd instalacji wentylacyjnych, tak by optymalnie dobrać moc kotła do zapotrzebowania.

  2. Dla szacunkowego doboru kotła przy znanej powierzchni lub kubaturze obiektu stosuje się wskaźniki. Na przykład wskaźnik dla budynków dobrze zaizolowanych wynosi 70-80 W/m2, dla budynków starszych 100-120 W/m2. W przypadku wysokich pomieszczeń stosuje się wskaźnik kubaturowy, na przykład dla hal produkcyjnych bez ciepła na wentylację wynosi 20-25 W/m3.

  3. Producenci kotłów na biomasę zalecają stosowanie paliw wysokiej jakości, najlepiej posiadających atesty. W przypadku drewna kawałkowego zalecane jest stosowanie drewna liściastego, sezonowanego co najmniej dwa lata.

  4. Systemy grzewcze na biomasę wymagają dodatkowej przestrzeni na składowanie paliwa, która wynika z rodzaju i właściwości biomasy (wilgotności i wartości opałowej).

  5. Wysoki komfort obsługi systemu grzewczego umożliwia zastosowanie automatycznego załadunku paliwa z zasobnika oraz kotła z automatyczną kontrolą i sterowaniem parametrami procesu spalania.

 

Budowa kotła

Kotły, które są podstawą systemu grzewczego, dzielą się ze względu na stosowane paliwa (drewno kawałkowe, zrębki, pelety, słoma, wielopaliwowe), sposobów załadunku paliwa (ręczne i automatyczne) oraz rozwiązań technicznych (spalanie górne, dolne, retortowe itd.). Na wybór konkretnego urządzenia wpływa rodzaj i właściwości spalanego paliwa oraz oczekiwany komfort obsługi systemu grzewczego. Wiąże się to z nakładami inwestycyjnymi i kosztami eksploatacji (głównie paliwa), dlatego profesjonalny wybór właściwego rozwiązania jest bardzo ważny.

Cechy elementów systemu ogrzewania, z których konfigurowany jest zestaw dla Twoich potrzeb:

Kocioł

  1. Moc – dobierana wg bilansu cieplnego

  2. Rodzaj – wynika ze stosowanego paliwa i pożądanego komfortu obsługi

Zasobnik paliwa

  1. Zależnie od rodzaju i objętości paliwa – pomieszczenie lub zew. zasobnik

  2. Niektóre kotły mają wbudowane zasobniki

 

Wymiennik i zasobnik

  1. Wymiennik ciepła jest elementem instalacji słonecznej

  2. Zasobnik stanowi bufor ciepła, który gromadzi nadwyżki ciepła i pozwala na

 

Odbiorniki ciepła

  1. Tradycyjna instalacja – grzejniki

  2. Ogrzewania podłogowe

  3. Odbiorniki gospodarcze, np. suszarnia

 

 Pozostałe elementy instalacji grzewczej

- Układ sterowania (sondy lambda, automatyczne zapalanie, ochrona przed cofaniem spalin oraz chłodnice bezpieczeństwa)

Coraz częściej występują systemy typu mieszanego, w których łączone są różne rodzaj źródeł ciepła. Kotły na biomasę często łączone są z kolektorami słonecznymi (rys. 2). W okresie letnim kolektory słoneczne dostarczają ciepłą wodę użytkową. W okresie przejściowym, jesiennymi i wiosennym, częściowo dostarczają energię a zimą, w sezonie grzewczym nie pracują lub pracują w ograniczonym zakresie.

 

Rys. 2 Schemat systemu grzewczego z zastosowaniem kotła na drewno i kolektorów słonecznych (źródło: VIESSMAN)

 

W gospodarstwach rolnych potrzeby cieplne dotyczą nie tylko centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej, ale również ciepła potrzebnego do realizacji procesów produkcyjnych. Zapotrzebowanie na ciepło występuję w gospodarstwach o profilu produkcji zbożowej (suszenie i utrzymywanie odpowiednich warunków przechowywania płodów), produkcji szklarniowej, w gospodarstwach mlecznych i produkcji mięsnej (podgrzanie wody, w niektórych przypadkach ogrzewania budynków inwentarskich) oraz w gospodarstwach o produkcji mieszanej. W wielu gospodarstwach dostępna jest nadwyżka słomy i warto uwzględnić ten rodzaj biomasy planując system grzewczy. Gospodarstwa zatrudniające pracowników sezonowych powinny uwzględniać znaczne zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową w okresie letnim.

 Przytoczone przykłady uzasadniają potrzebę kompleksowego podejścia do gospodarki cieplnej gospodarstwa rolnego. Przypomnijmy:

  1. W gospodarstwie należy rozróżnić potrzeby ogrzewania i dostarczenia ciepłej wody użytkowej, potrzeby bytowe mieszkańców oraz potrzeby związane z produkcją rolną.

  2. W określonych profilach produkcyjne gospodarstw występuję zwiększone zapotrzebowanie na ciepło, charakterystyczne dla danego rodzaju produkcji.

  3. Projektując system grzewczy należy uwzględnić dostępność biomasy z własnego gospodarstwa.

  4. Nie należy ograniczać systemu ogrzewania do spalania biomasy, ale należy brać pod uwagę montaż uzupełniających się źródeł ciepła w rozwiązaniach hybrydowych, dobranych do bilansu cieplnego gospodarstwa.

 

Nakłady inwestycyjne i koszty eksploatacji kotła na biomasę / ogrzewania biomasą

Wysokość nakładów inwestycyjnych zależy od mocy kotła i od zakresu realizowanej inwestycji. Moc kotła wynika z bilansu cieplnego, który wynika z kubatury i charakterystyki energetycznej budynku. Natomiast zakres inwestycji dotyczy wymiany kotła lub montażu lub gruntownej modernizacji całej instalacji centralnego ogrzewania (rys. 3).

Rys. 3 Struktura nakładów inwestycyjnych dla przypadku wymiany kotła i całej instalacji CO (źródło: IEO)

Na rysunku 4 przedstawiono szacunkowe nakłady inwestycyjne związane z wymianą kotła oraz nową instalacją CO. Przedstawiono moce kotłów dobrane zostały dla domu energooszczędnego, domu po termomodernizacji i domu nieocieplonego. Zróżnicowanie mocy kotłów i tym samym kosztów wyraźnie wskazuje, że planowane działania ograniczające zapotrzebowanie na ciepło powinny być realizowane w pierwszej kolejności, tak by kocioł był dobierany do potrzeb docelowych. Najwyższą sprawność energetyczną kotły osiągają wtedy, gdy pracują na mocach zbliżonych do nominalnych, co oznacza, że przewymiarowany, zbyt duży kocioł będzie mniej efektywny.

 

Rys. 4 Nakłady inwestycyjne instalacji CO z kotłami na biomasę stałą dla domu jednorodzinnego o powierzchni 150m2 (źródło: IEO)

 

Koszty eksploatacyjne kotła wiążą się zasadniczo z kosztami stosowanego paliwa. W przypadku biomasy zasada jest prosta, im bardziej przetworzona jest biomasa tym lepsze są parametry energetyczne paliwa, ale również wyższa cena i tym samym wyższy roczny koszt ogrzewania. Na przykład cena drewna kawałkowego wynosi ok. 20 zł/GJ, a cena peletu już 50 zł/GJ. Z drugiej strony paliwo przetworzone umożliwia również stosowanie podajników i innych zaawansowanych rozwiązań technicznych, które gwarantują wyskoki komfort obsługi.

 

 

Rys. 5 Koszty paliw dla instalacji CO z kotłami na biomasę stałą dla domu jednorodzinnego o powierzchni 150m2 (źródło: IEO)

 

Rysunek 5 pokazuje porównaniu całkowitych rocznych kosztów ogrzewania zależnie od rodzaju stosowanego paliwa i bilansu cieplnego budynku. W przypadku niższego zapotrzebowanie na ciepło (dom energooszczędny) wyższy komfort obsługi rekompensuje różnice kosztów miedzy paliwami tanimi a paliwem droższym. Przy większym zapotrzebowaniu na ciepło, w gospodarstwie rolnym potrzeby te mogą dotyczy również produkcji rolnej, uzasadnione jest szukanie rozwiązań bazujących na tanim paliwie.

 

Ekonomika systemu grzewczego

Poniższa analiza kosztów produkcji ciepła ma na celu porównanie rozwiązań z wykorzystaniem różnych paliw, ale z uwzględnieniem nakładów inwestycyjnych związanych z zakupem i montażem kotła oraz kosztów eksploatacyjnych, czyli głównie stosowanego paliwa. Zastosowano metodę „rozłożonego kosztu produkcji energii”, zwaną LCOE (ang. levelised cost of energy). Wyniki obliczeń tą metodą pozwalają również na porównywanie kosztów produkcji energii ze źródeł konwencjonalnych.

 

Rys. 6 Uproszczony wzór obliczenia rozłożonego kosztu produkcji energii

 

Szczegółowe założenia dla instalacji kotła CO w wariantach z ręcznym i automatycznym załadunkiem paliwa podano poniżej:

  1. Instalacja korzysta z programu wsparcia NFOŚiGW „Prosument” (tzn. 20% dotacji do kosztów kwalifikowanych + kredyt preferencyjny)

  2. W instalacji uwzględniono koszty magazynowania energii w zbiornikach buforowych na potrzeby przygotowania CWU

  3. Okres trwałości instalacji – 15 lat

  4. Wewnętrzna stopa zwrotu inwestycji – 8%

 


Rys. 7 Koszty produkcji ciepła w systemach fotowoltaicznych w zależności od ich mocy znamionowej (źródło: IEO)

 

Na podstawie wyników obliczeń kosztów produkcji ciepła z biomasy w dostosowanym do tego paliwa kotle widać, że stosowanie biomasy jest wysoce konkurencyjne do wykorzystania na cele grzewcze energii elektrycznej, płynnego gazu (LPG) oraz oleju opałowego.Systemy grzewcze w których wykorzystywany jest węgiel i gaz ziemny są porównywalne dla rozwiązań w których stosowana jest biomasa przetworzona do pelletu i brykietu, czyli najdroższe paliwo biomasowe. Drewno kawałkowe, spalane w kotłach z ręcznym załadunkiem, jest najtańszym sposobem produkcji ciepła.

Zestawienie kosztów LCOE pokazuje również jak opłacalna może być zmiana lub modyfikacja systemu grzewczego.

 

Bardziej szczegółowych informacji na opisany temat może udzielić Piotr Dziamski z Instytutu Energetyki Odnawialnej,

mail: pdziamski@ieo.pl,    www.ieo.pl

Wyszukiwarka
Kanał Youtube
 
Facebook
Zamknij

Ten serwis internetowy wykorzystuje pliki cookies.

Używamy informacji zapisanych za pomocą cookies m.in. do celów reklamowych i statystycznych. Mogą stosować je też współpracujące z nami firmy - m.in. reklamodawcy.

W przeglądarce internetowej, w której otwierasz nasz serwis możesz zmienić ustawienia dotyczące cookies.

Korzystając z tego serwisu bez zmiany ustawień dotyczących cookies wyrażasz zgodę na ich używanie i zapisywanie w pamięci urządzenia. Więcej informacji znajdziesz w Polityce prywatności.