Ogrzewanie pomieszczeń, przygotowanie ciepłej wody użytkowej oraz przygotowanie posiłków pochłania ok. 87% zużywanej w gospodarstwach domowych energii. Czy możliwe jest odejście od generującego dużą emisję zanieczyszczeń spalania paliw stałych na rzecz ?czystszej? energii? Odpowiedź na tak postawione pytanie brzmi ?tak?.

Nowe technologie tzw. kogeneracji rozproszonej pozwalają produkować równocześnie ciepło do ogrzewania pomieszczeń i energię elektryczną w małych instalacjach ? o mocy nawet poniżej 100 kW ? zasilanych biomasą. Możliwe zatem jest otrzymywanie ?czystszego? i taniego ciepła użytkowego z węgla i biomasy drzewnej (ciepła dla ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody użytkowej).

Skąd sformułowanie ?czystsze?, a nie czyste ciepło z paliw stałych? O czystym cieple można mówić wtedy, gdy jest otrzymywane bez negatywnego oddziaływania na środowisko. Spalanie paliw stałych, zawierających obok węgla, wodoru i tlenu także inne pierwiastki, takie jak azot, siarka, chlor, fluor, metale ciężkie i inne substancje mineralne tworzące popiół, w urządzeniach grzewczych ? piecach i kotłach c.o. eksploatowanych w indywidualnych gospodarstwach domowych zawsze powoduje emisję toksycznych zanieczyszczeń. Najnowsze konstrukcje kotłów c.o. z automatycznym wprowadzaniem paliwa stałego do komory spalania charakteryzują się zdecydowanie mniejszą emisją zanieczyszczeń w porównaniu do przestarzałych konstrukcji. Dlatego też można mówić o ?czystszym cieple? z paliw stałych.

Trzy podstawowe paliwa

W każdym gospodarstwie domowym zużywana jest energia. Ogrzewanie pomieszczeń i przygotowanie ciepłej wody użytkowej oraz przygotowanie posiłków to ok. 87% całkowitego zużycia energii w gospodarstwach, pozostałe 13% to energia elektryczna na oświetlenie i zasilanie urządzeń elektrycznych. Zatem wybór źródła ciepła i jego koszty eksploatacyjne decydują o stanie naszego budżetu domowego. Na rynku źródeł ciepła dla indywidualnego ogrzewnictwa konkurują trzy podstawowe paliwa: gaz (ziemny lub płynny), olej opałowy i paliwa stałe (głównie węgiel, ale też stałe biopaliwa ? pochodzenia drzewnego i odpady z rolnictwa oraz pochodzące z celowych upraw energetycznych). Z roku na rok wzrasta też zainteresowanie wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii ? energii ziemi (pompy ciepła) i energii słońca (kolektorów słonecznych jako uzupełniającego systemu grzewczego). Gaz ziemny jest najczystszym spośród trzech ww. paliw, lecz, niestety, nie wszędzie dostępnym. Na ponad 13 milionów gospodarstw domowych w Polsce tylko ok. 50% ma dostęp do gazu ziemnego, a ze względów ekonomicznych ? tylko kilkanaście procent tych gospodarstw stosuje gaz do celów grzewczych (dane PGNIG, 2013 r.). Warto więc pamiętać o tym, że natura obdarzyła nasz kraj zasobami paliw stałych ? węgla oraz biomasy jako stałego paliwa odnawialnego. Ponadto coraz liczniejsze doniesienia o poszukiwaniach gazu łupkowego w Polsce dają nam nadzieję na większą dostępność paliwa gazowego ? przy wszystkich wątpliwościach natury ekologicznej.

Wybór źródła ciepła

Należy podkreślić, że podstawą wyboru źródła ciepła dla indywidualnego gospodarstwa domowego powinna być dostępność źródła energii (paliwa) w aktualnej sytuacji i w najbliższej przyszłości (bezpieczeństwo energetyczne), rachunek ekonomiczny uwzględniający wysokość poniesionych kosztów inwestycyjnych i okres ich zwrotu oraz koszty eksploatacyjne (bezpieczeństwo ekonomiczne), a także uciążliwość dla środowiska wybranego sposobu pozyskiwania użytecznego ciepła (bezpieczeństwo ekologiczne).

Rozwój techniki spalania paliw stałych, obserwowany od ponad 15 lat, znaczące zaangażowanie finansowe krajowych producentów urządzeń grzewczych na paliwa stałe i urządzeń towarzyszących (systemów sterowania procesem spalania i układów oczyszczania spalin dla domowych instalacji kotłowych), producentów paliw węglowych i stałych biopaliw, a także współpraca z jednostkami badawczymi zaowocowały obecnością na rynku nowoczesnych zautomatyzowanych kotłów c.o., zasilanych kwalifikowanymi paliwami stałymi (odpowiednimi sortymentami węgla, peletami i brykietami drzewnymi).

Zalety nowoczesnych kotłów c.o.

Dostępne na rynku konstrukcje kotłów c.o., opalane kwalifikowanymi paliwami stałymi, charakteryzują się sprawnością energetyczną powyżej 89% dla węgla i powyżej 95% dla pelet drzewnych oraz emisją pyłu i benzo(a)pirenu nawet poniżej odpowiednio 40 g/GJ i 10 mg/GJ, czyli z możliwością redukcji tych zanieczyszczeń o ponad 950% w porównaniu do urządzeń starego typu. Oczywiste jest, że warunkiem tego jest stosowanie tych właśnie najczystszych paliw stałych ? kwalifikowanych sortymentów węgla i pelet drzewnych o niskiej zawartości popiołu i drobnych frakcji ziarnowych. Kotły te mogą z powodzeniem konkurować z kotłami olejowymi, jeżeli chodzi o emisję zanieczyszczeń (za wyjątkiem dwutlenku siarki czy tlenków azotu). Badania modelowe rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń wykazują, że eksploatacja takich kotłów c.o. w indywidualnym ogrzewnictwie przyczyni się do oczekiwanej poprawy jakości powietrza i pozwoli dotrzymać graniczny poziom dopuszczalnych stężeń pyłu PM10 i PM2,5 oraz benzo(a)pirenu (B(a)P) w powietrzu, określony w tzw. dyrektywie CAFE.



Rys. 1. Emisja zanieczyszczeń z kotłów c.o. opalanych różnymi paliwami, dostępnych na rynku krajowym, spełniających wymagania najlepszych dostępnych technologii (opracowanie własne)

Kotły te są niemal bezobsługowe, wymagają okresowego (co 4-5 dni) napełniania zasobnika kotłowego paliwem. Zużycie paliwa dla wytworzenia tej samej ilości ciepła jest niższe o ok. 30% w stosunku do tradycyjnych urządzeń. Konstrukcja kotłów umożliwia współpracę z instalacjami solarnymi, a jednocześnie spalanie odpadów komunalnych i paliw niskiej jakości.

Analiza kosztów eksploatacyjnych wytwarzania ciepła w indywidualnych gospodarstwach domowych przedstawiona została na rys. 2. Jak widać ? najniższe koszty wytworzenia jednostki ciepła uzyskuje się ze spalania paliw stałych w kotłach c.o., w tym kwalifikowanym sortymentem węgla, czyli odpowiednio przygotowanym sortymentem groszku. Koszt jednostki ciepła z węgla jest niemal dwukrotnie niższy niż z gazu i blisko trzykrotnie niższy niż z oleju. Niższe koszty wytworzenia ciepła można uzyskać z lokalnie pozyskiwanego paliwa stałego, jakim jest słoma lub drewno opałowe.



Rys. 2. Jednostkowe koszty produkcji ciepła z różnych źródeł energii (źródło: Polakowski Ł.: Fundacja na Rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii. Katowice. Maj 2013)
1- kocioł LPG , 2-energia elektryczna G11, 3-kocioł olejowy, 4-energia elektryczna G12, 5-kocioł gazowy, 6-pompa ciepła, 7-węgiel – kocioł tradycyjny, 8-węgiel – kocioł retorowy, 9-kocioł na drewno, 10-kocioł na słomę

Polska europejskim potentatem

Warto podkreślić, że Polska jest największym producentem instalacji grzewczych (kotłów c.o., ogrzewaczy pomieszczeń, kominków) zasilanych paliwami w Europie, w tym tych o najwyższych parametrach jakościowych. W samym sektorze produkcji kotłów pracuje ok. 100 tys. osób. Po uwzględnieniu sektora przygotowania kwalifikowanych paliw stałych ? węgla i stałych biopaliw (pelet, drewna opałowego) ? sektora dystrybucji, logistyki paliw i urządzeń grzewczych oraz ich serwisowania mamy do czynienia ze znaczącą liczbą osób zatrudnionych (ok. 200 tys.), mających regularny wkład do krajowego budżetu. Promowanie gazu sprowadzanego spoza granic Polski (z niepewnością dostaw w krytycznych sytuacjach) poprzez dofinansowanie instalowania tylko kotłów gazowych wspomaga producentów kotłów gazowych (prawie w 100% pochodzenia zagranicznego), co jednocześnie obniża konkurencyjność polskiego nowoczesnego produktu ? zautomatyzowanych kotłów węglowych o wysokiej sprawności energetycznej i niskiej emisji toksycznych zanieczyszczeń do środowiska.






Fot. Instalacja kotłowa c.o. w indywidualnym gospodarstwie domowym, opalana paliwem stałym przestarzałej konstrukcji, przed i po wymianie na nowoczesny kocioł opalany kwalifikowanym sortymentem węgla (K. Kubica)

dr inż. Krystyna Kubica, Polska Izba Ekologii