envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa











38Kontynuujemy prezentację wniosków przedstawionych w obszernym raporcie eksperckim, przygotowanym w ubiegłym roku na zlecenie Ministerstwa Przedsiębiorczości i Technologii, który stanowi swoistą mapę drogową dla innowacji w branży niskoemisyjnych technologii grzewczych. W opracowaniu można znaleźć konkretne zalecenia czy rekomendacje dotyczące rozwoju technologii pomp ciepła i urządzeń na biomasę w Polsce. Wcześniej, korzystając z raportu, przedstawiliśmy analizę potrzeb, możliwości i oczekiwań w odniesieniu do polskiego rynku pomp ciepła. Teraz przyjrzymy się kotłom na biomasę.

Rozwój branży a wytyczne
Branża niskoemisyjnych urządzeń grzewczych na paliwa stałe o mocy do 1000 kW rozwinęła się w Polsce wraz ze wzrostem zapotrzebowania w krajach UE na kotły c.o. spalające ekologiczne paliwo (drewno kawałkowe, zrębki, brykiet, pellet). To stosunkowo młoda specjalizacja, której rozwój wiąże się głównie z normami i wytycznymi klasyfikującymi kotły pod względem sprawności oraz emisji zanieczyszczeń.
Pierwsze wytyczne energetyczno-emisyjne dla kotłów grzewczych na paliwa stałe małej mocy zostały wdrożone pod koniec lat 90. ub.w. Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu, na podstawie przeprowadzonych badań, nadawał „znak bezpieczeństwa ekologicznego”, tzw. zielone jabłuszko. Kryteria energetyczno-emisyjne były dobrowolne i nie każdy kocioł dostępny wówczas na rynku je spełniał. Kolejnym krokiem ku rozwojowi ekologicznych kotłów na paliwa stałe było wprowadzenie do polskiego ustawodawstwa normy PN-EN 303–5: 2002, która dzieliła kotły na trzy klasy: 1, 2 i 3. W 2012 r. normę zaktualizowano, wprowadzając ostrzejsze wymagania w zakresie minimalnych sprawności i dopuszczalnych emisji: pozostawiono najwyższą klasę 3, ale dodano dwie bardziej wymagające klasy, tj. 4 oraz 5. Od 1 października 2017 r. kotły na paliwo stałe wprowadzane na nasz rynek musiały spełniać wymagania w zakresie dopuszczalnych emisji zanieczyszczeń jak dla kasy 5 wg PN-EN 303-5:2012 (zgodnie z rozporządzeniem Ministra Rozwoju i Finansów z 1 sierpnia 2017 r.). Obecnie, w związku z koniecznością dostosowania metodologii w normie 303-5 do metodologii występującej w dyrektywie ekoprojekt, przygotowywana jest norma PN-EN 303-5:2020.

Wymagania ekoprojektu. Kolejną zmianę przyniosła data 1 stycznia 2020 r. Od tego dnia obowiązują wymogi rozporządzenia KE 2015/1189 z 28 kwietnia 2015 r. w sprawie wykonania dyrektywy ramowej Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów ekoprojektu dla kotłów na paliwo stałe. Kotły o mocy znamionowej do 500 kW wprowadzane do obrotu w całej UE muszą obecnie spełniać wymagania określone w tym rozporządzeniu. Rozporządzenie nie dotyczy jedynie kotłów:

  • wytwarzająących ciepło wyłącznie na cele przygotowania c.w.u.,
  • ogrzewających gazowe nośniki ciepła (para, powietrze),
  • kogeneracyjnych na paliwo stałe o maks. mocy elektrycznej 50 kW lub większej,
  • na biomasę niedrzewną.

W tabeli 1 przedstawiono minimalne sezonowe efektywności energetyczne i graniczne wartości emisji, które muszą spełniać kotły od 1 stycznia 2020 r. W odniesieniu do normy 303-5:2012 wartości granicznych emisji dla pyłu, gazowych zanieczyszczeń organicznych i tlenku węgla są tożsame, jednak trzeba pamiętać, że w przypadku normy dotyczą one emisji przy mocy nominalnej (tylko dla CO i OGC graniczna wartość emisji musi być spełniona także dla pracy z mocą równą 30% mocy nominalnej), a w przypadku ekoprojektu są to emisje sezonowe. Ponadto ekoprojekt wprowadza graniczną wartość emisji dla tlenków azotu.
Poza wyżej wymienionymi warunkami kotły na paliwo stałe muszą być opatrzone w informację na temat:

  • parametrów technicznych,
  • środków ostrożności w trakcie montażu, instalacji i konnych)
  • demontażu i recyklingu,
  • mocy elektrycznej (w przypadku kotłów kogeneracyjnych)

41Etykietowanie kotłów. Od 1 kwietnia 2017 r. obowiązuje etykietowanie energetyczne kotłów na paliwo stałe. Wynika to z dyrektywy ramowej Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/30/UE z 19 maja 2010 r. w sprawie wskazania poprzez etykietowanie oraz standardowe informacje o produkcie, zużycia energii oraz innych zasobów przez produkty związane z energią. Obowiązek został wprowadzony przez rozporządzenie KE 2015/1187 z 27 kwietnia 2015 r. w odniesieniu do etykiet efektywności energetycznej dla kotłów na paliwo stałe i zestawów zawierających kocioł na paliwo stałe, ogrzewacze dodatkowe, regulatory temperatury i urządzenia słoneczne.

Zdefiniowano dziesięć klas efektywności energetycznej (tabela 2): od G (najniższa) do A+++ (najwyższa). Klasa efektywności energetycznej zależy od współczynnika efektywności energetycznej (EEI) kotła.

39Nowoczesne kotły na biomasę
Nowoczesne polskie kotły na biomasę** klasy 5 (zgodne z ekoprojektem) uzyskują sprawności cieplne sięgające 95%. Pozwalają uzyskać duże oszczędności paliwa i zapewnić komfort użytkowania. Kotły te można podzielić ze względu na rodzaj zastosowanego palnika i technikę dozowania paliwa na kotły retortowe, wrzutkowe oraz z poziomym podawaniem paliwa na ruszt

Kotły retortowe. Podstawowym członem urządzenia jest samoczyszczące się palenisko retortowe, w którym określona część paliwa jest spalana w celu uzyskania uprzednio zadanej temperatury na elektronicznym sterowniku. Dużym atutem tego rodzaju kotła jest zwiększenie komfortu obsługi, ponieważ czynności użytkownika polegają na uzupełnianiu paliwa i odprowadzaniu popiołu. Kotły z palnikiem retortowym są w pełni zautomatyzowane, regulują i kontrolują ilość powietrza, które jest wpuszczane do komory spalania, oraz samoczynnie decydują o ilości wprowadzanego paliwa. W wyniku tego są efektywne ekologicznie i energetycznie, gdyż emisja zanieczyszczeń jest maksymalnie zmniejszona.

40Kotły wrzutkowe. W takich urządzeniach paliwo podawane jest ukośnym podajnikiem ślimakowym do środkowej części kotła, w której znajduje się palnik. Transport odbywa się specjalną rynną zsypową żaroodpornego tygla od góry, w małych porcjach, co kilkanaście do kilkudziesięciu sekund. Paliwo jest niemal natychmiast spalane, a automatyczny system odpopielania z obrotowym rusztem usuwa popiół. Takie rozwiązanie usprawnia proces spalania pelletu, gdyż paliwo (najczęściej w postaci pelletu) nie tworzy stałego złoża, w którym może dochodzić do niedopalenia przy zmianie warunków obciążenia cieplnego kotła.

Kocioł z poziomym podawaniem paliwa na ruszt. Ostatnim wariantem w kotłach na paliwa stałe z automatycznym dozowaniem paliwa jest palnik rynnowy (zwany też tubowym lub rurowym). Palniki te cechuje możliwość spalania wielu rodzajów paliw, po uprzednio wykonanych odpowiednich nastawach sterownika kotła. Montowane są zazwyczaj z deflektorem ceramicznym lub żeliwnym, który odbijając czoło płomienia, poprawia cyrkulację gorących spalin, zwiększając tym samym efektywność odbioru ciepła przez płaszcz wodny. Powietrze pierwotne podawane jest przez otwory w dolnej części palnika, a powietrze wtórne ma osobne wloty w części bocznej. Podawanie paliwa do palnika nie powoduje dużego tarcia, jak to ma miejsce w konstrukcjach z palnikiem retortowym.

42Kierunki innowacji
Autorzy raportu przedstawiają kilka zalecanych kierunków, jeśli chodzi o prowadzenie prac badawczych oraz wdrażanie innowacji w zakresie technologii kotłów na biomasę.

Konstrukcje redukujące emisję pyłów.
Wskazane jest opracowanie takich konstrukcji kotłów na biomasę, w których emisja pyłów TSP w spalinach, bez zewnętrznych układów odpylających i/lub oczyszczających spaliny, wyniesie:

  • ≤ 20 mg/m3 dla biomasy drzewnej (w odniesieniu do suchych spalin, w temperaturze 0°C oraz 1013 mbar przy O2 = 10%);
  • ≤ 40 mg/m3 dla biomasy niedrzewnej. 

Pożądane jest również opracowanie i wdrożenie kotłów ze zintegrowanymi układami odpylania, zapewniających osiągnięcie poziomu emisji:

  • ≤ 10 mg/m3 dla biomasy drzewnej; 
  • ≤ 20 mg/m3 dla biomasy niedrzewnej. 


Kotły na biomasę inną niż drzewna. Kolejnym kierunkiem jest taka integracja komponentów technologii kotła i/lub palnika na biomasę niedrzewną (pochodzenia rolniczego, zielną, toryfikowaną, biokompozyty), aby urządzenie spełniało normę dla klasy 5 kotłów na paliwa stałe biogeniczne. Konieczne jest przy tym pogłębianie wiedzy w zakresie spalania biomasy o gorszych w stosunku do biomasy drzewnej właściwościach fizyko-chemicznych. Jednocześnie wskazane jest podjęcie prac nad konstrukcją kotła przeznaczonego do spalania kilku wybranych paliw niedrzewnych w postaci pelletu, brykietu, zrębki bądź drewna kawałkowego (zgazowanie), spełniającego normę EN–PN 303–5:2020. Paliwa stosowane w badaniach powinny być zgodne z obowiązującą normą PN-EN ISO 17225-1:2014-07. Nowoczesne konstrukcje kotłów na biomasę niedrzewną muszą być wyposażone w system sterowania dystrybucją powietrza do spalania i odpylania spalin. Z uwagi na zwiększoną ilość popiołu w paliwach niedrzewnych dodatkowo wymagany jest system automatycznego usuwania popiołu. 43

Nowe materiały konstrukcyjne. Prace badawczo-rozwojowe powinny mieć także na celu:

  • poprawę bezpieczeństwa eksploatacji kotłów na biomasę,
  • zniwelowanie ryzyka korozji,
  • zmniejszenie strat cieplnych,
  • stabilizację płomienia i temperatury w komorze spalania,
  • obniżenie kosztów produkcji urządzeń. 


44Można to uzyskać przy zastosowaniu nowoczesnych materiałów i nowatorskich rozwiązań w konstrukcji kotłów na biomasę. Brane są pod uwagę m.in. następujące innowacje: konstrukcja wymienników ze stali nierdzewnej, elementy ceramiczne w komorze spalania, poprawa izolacyjności poprzez zastosowanie nowoczesnych materiałów kompozytowych. Parametry pracy kotła muszą oczywiście spełniać standardy normy EN–PN 303–5:2020 na paliwach certyfikowanych.

Utrzymanie stałej sprawności spalania. Eksploatacja kotła na paliwo stałe wymaga okresowych przeglądów i czyszczenia części kotła, które mają wpływ na jego sprawność cieplną. Zastosowanie innowacyjnych rozwiązań – odpowiednich mechanizmów/układów czyszczenia palnika oraz wymiennika ciepła – pozwoli uzyskać produkt utrzymujący deklarowaną, stałą sprawność podczas eksploatacji.

Wykorzystanie ciepła kondensacji. Możliwe jest osiąganie przez kotły na biomasę sprawności powyżej 100% dzięki wykorzystaniu ciepła ze spalin. Wymaga to jednak opracowania specjalnej konstrukcji kotła, m.in. odpornej na niskotemperaturową korozję, oraz innowacyjnej konstrukcji wymienników kondensacyjnych do kotłów na biomasę.

Automatyka i systemy sterowania kotłów. Jedne z kluczowych elementów nowoczesnych kotłów grzewczych to sterownik i automatyka, umożliwiające efektywne i ekologiczne spalanie. Dlatego niezbędne jest podjęcie prac rozwojowych w zakresie automatyki kotłów na biomasę, służących m.in.:

  • zintegrowaniu automatyki kotła z innymi źródłami OZE oraz priorytetowaniu pracy poszczególnych źródeł z uwzględnieniem warunków pogodowych;
  • zwiększeniu precyzji podawania paliwa;
  • poprawie sezonowej efektywności energetycznej kotła (o min. 3% w odniesieniu do stanu sprzed wdrożenia innowacji);
  • obniżeniu emisji TSP i/lub emisji NOx (w obu przypadkach o 10% w porównaniu do stanu przed wdrożeniem innowacji).

Działania wspierające rozwój rynku
Polska pozostaje największym użytkownikiem węgla w Europie w sektorze gospodarstw domowych oraz drobnych odbiorców. Oczekuje się, że zachęty rządowe będą napędzać sprzedaż nowoczesnych urządzeń grzewczych w postaci kotłów i miejscowych ogrzewaczy powietrza zasilanych biogenicznymi paliwami, które mogą zastąpić znaczną część kotłów węglowych. Prognozę wzrostu rynku kotłów na biomasę w Polsce do 2030 r. przedstawia rys. 8. Autorzy raportu podkreślają, że kierunki wyznaczone przez UE w obszarze urządzeń niskoemisyjnych na paliwa stałe (ekoprojekt) oraz polityka ochrony powietrza, zapoczątkowana tzw. ustawą antysmogową w 2015 r., stanowią dla polskiej branży producentów kotłów bardzo duże wyzwanie. Jeszcze do niedawna większość z nich oferowało głównie kotły węglowe, które mimo spełniania norm klasy 5 oraz wymogów ekoprojektu, nie przyjęły się na naszym rynku tak jak kotły na pellet. Z kolei rynek kotłów na pellet jest silnie powiązany z produkcją tego paliwa, jego jakością oraz ceną. Dlatego – w celu zapewnienia harmonijnego rozwoju polskiego rynku urządzeń na biomasę – szczególnie ważne jest nie tylko podjęcie badań (B+R+I) ukierunkowanych na produkcję kotłów o możliwie najniższych wskaźnikach emisji zanieczyszczeń do powietrza oraz o wysokiej efektywności energetycznej, ale także popularyzacja wiedzy w zakresie jakości paliw z biomasy oraz wypracowanie odpowiednich standardów montażu i eksploatacji urządzeń.

Europejski rynek kotłów małej mocy na biomasę jest bardzo zróżnicowany. Technologie niskoemisyjne z automatycznym załadunkiem paliwa w postaci pelletu są bardzo popularne w Niemczech, Austrii, Szwecji oraz we Francji. Niektórzy polscy producenci tych kotłów weszli na rynki krajów europejskich, sprzedając tam nawet blisko 80% całej swojej produkcji. Większość polskich firm nie osiągnęła jednak takiego poziomu technologicznego, aby spełnić wymagania rynków zagranicznych w zakresie jakościowym, ilościowym, usług serwisowych i dodatkowych wymagań (np. BAFA).

Jeśli chodzi o rynek krajowy, to kotły na pellet drzewny, spełniające wysokie standardy ekoprojektu oraz normy PN–EN 303–5:2012, nie są konkurencyjne cenowo w porównaniu do innych dostępnych niskoemisyjnych urządzeń grzewczych. Dodatkowo cena certyfikowanego pelletu drzewnego rośnie ze względu na duży popyt na to paliwo na rynkach zagranicznych. Wskazane jest zatem, aby uporządkować polski rynek paliw z biomasy i wesprzeć rodzimych producentów kotłów niskoemisyjnych na pellet w rozwoju innowacyjnych produktów. Kotły te w przyszłości powinny być zasilane paliwami dostępnymi na rynku krajowym, wytwarzanymi z zachowaniem zasady zrównoważonego rozwoju (produkcja biomasy m.in. z lokalnych zasobów). Rynkiem docelowym dla tych produktów mogą być np. obszary ubóstwa energetycznego.

45Jak już pisaliśmy w pierwszym artykule poświęconym omawianemu raportowi („Rozwój niskoemisyjnych technologii grzewczych: pompy ciepła”), istotny wpływ na rynek technologii niskoemisyjnych w Polsce będzie miało wsparcie udzielone temu sektorowi na wielu płaszczyznach. Autorzy raportu wskazują m.in. na konieczność:

  • wsparcia producentów i jednostek naukowych realizujących w Polsce prace z zakresu B+R; dotyczy to także kosztów certyfikacji nowych urządzeń; 
  •  wsparcia polskich instytucji badawczych starających się o uzyskanie statusu akredytowanych jednostek certyfikacyjnych; w przyszłości powinny one zostać włączone do grupy europejskich jednostek certyfikujących; 
  • podjęcia szeroko zakrojonych działań służących upowszechnianiu wiedzy i poprawie jakości instalacji z wykorzystaniem technologii niskoemisyjnych, w tym stworzenie systemu odbioru takich instalacji oraz standaryzacja i typizacja ich wykonania (np. branżowy katalog z uniwersalnymi schematami hydraulicznymi), wdrożenie szeroko zakrojonego systemu szkoleń dla branżystów oraz programu monitoringu instalacji działających w rzeczywistych warunkach pracy, a także prowadzenie szerokich kampanii informacyjnych; 
  •  dokonanie odpowiednich zmian w prawie budowlanym i innych działach prawa; tutaj m.in. autorzy raportu wskazują na potrzebę działań promujących elektryfikację systemów ogrzewania w Polsce przez wprowadzenie dedykowanych taryf elektrycznych czy zmniejszenie współczynnika nakładu energii pierwotnej dla energii elektrycznej pobranej z polskiej sieci elektrycznej (co będzie także służyć upowszechnieniu układów hybrydowych), wprowadzenie obowiązku równoważenia hydraulicznego instalacji c.o. i c.w.u. oraz chłodzących czy też wprowadzenie wskaźnika SRI do polskiego prawa budowlanego. 

Przebranżowienie i integracja. Polscy producenci, którzy dotychczas skupiali się w głównej mierze na produkcji kotłów na węgiel kamienny (także tych spełniających wymagania klasy 5 i dyrektywy ecodesign), wymagają wsparcia w przebranżowieniu, umaszynowieniu i wdrożeniu produkcji nowoczesnych i ekologicznych kotłów na biomasę. Potrzebne są także działania mające na celu integrację branży producentów kotłów z producentami innych urządzeń grzewczych, które razem mogą tworzyć hybrydowe systemy grzewcze – chodzi w szczególności o integrację kotłów na biomasę z hybrydowymi instalacjami energetycznymi (pompy ciepła, fotowoltaika, kolektory słoneczne, magazyny energii). 

46

Pozyskiwanie i przetwarzanie lokalnych zasobów biomasy. Zrównoważone pozyskiwanie paliwa do kotłów niskoemisyjnych w Polsce nie będzie możliwe bez weryfikacji Ustawy o odpadach, jak również bez nowelizacji rozporządzenia Ministra Energii w/s jakości paliw stałych. Szczególnie dotyczy to biomasy zbieranej w systemie zbiórki selektywnej w gminach. Ma ona kod odpadu nawet wtedy, gdy jest pełnowartościowym materiałem nadającym się do produkcji paliwa w formie pelletu, brykietu, zrębki czy drewna kawałkowego. Technologia toryfikacji jest jedną z rekomendowanych BAT do odzysku energii z odpadów bio. Biomasa zmieszana, rolnicza i inne jej formy, które nie nadają się do bezpośredniego wykorzystania w produkcji paliw formowanych, jest bardzo dobrym materiałem do produkcji niskoemisyjnego paliwa toryfikowanego o kaloryczności 21 MJ/kg lub wyższej (zgodnie z definicją w Ustawie o OZE).

Kolejnym krokiem w rozwoju paliw z lokalnych zasobów biomasy powinna być standaryzacja produktu i certyfikacja gotowych paliw przed wprowadzeniem ich na rynek. Autorzy raportu rekomendują utworzenie krajowego systemu nadzoru nad rynkiem paliw stałych dla sektora komunalno-bytowego, z aktualizowaną na bieżąco listą paliw kwalifikowanych (na wzór systemu koordynowanego przez brytyjską jednostkę ministerstwa środowiska DEFRA; https://smokecontrol.defra.gov.uk/fuels.php). Wzorem może być lista kotłów prowadzona przez Departament Środowiska UMWM w Krakowie, ale najpierw musi być wprowadzony odpowiedni system nadzoru, bo kotły na listach uprzednio są certyfikowane na zgodność z wymogami normy PN-EN 303-5 lub rozporządzeniem KE UE 2015/1189.

47

48Wdrożenie dobrowolnego ekoznakowania urządzeń. Proponuje się również wprowadzenie systemu i kryteriów dobrowolnego ekoznakowania/certyfikacji urządzeń grzewczych zasilanych paliwami stałymi biogennymi (biomasą drzewną) – kotłów i ogrzewaczy pomieszczeń (kominków), na wzór Blue Angel w Niemczech, Eco-Label w Austrii, Nordic Swan w krajach skandynawskich (Szwecja, Norwegia, Dania i Finlandia), a w przeszłości także w Polsce – tzw. zielone jabłuszko. Kryteria o nieco ostrzejszych wymaganiach od wymogów wynikających z ekoprojektu mogłyby posłużyć do promowania najbardziej efektywnych rozwiązań w programach wsparcia finansowego na rzecz poprawy jakości powietrza. Używanie takich oznaczeń byłoby dobrowolne, zależnie od decyzji producenta, ale niskie poziomy emisji powinny zawsze być potwierdzone badaniem akredytowanego laboratorium.

Z oczywistych względów wprowadzenie systemu ekoznakowania, obejmującego ostrzejsze kryteria emisyjne, musi być poprzedzone dostępnością na naszym rynku urządzeń grzewczych spełniających wprowadzane kryteria, z uwzględnieniem uwarunkowań ekonomicznych i społecznych, w tym także działań na rzecz eliminowania ubóstwa energetycznego. Wprowadzenie systemu winno być zapowiedziane z co najmniej dwu-trzyletnim wyprzedzeniem, a system powinien uwzględniać stosowanie dobrych praktyk w eksploatacji instalacji grzewczych.

Autorzy raportu uważają również za konieczne wprowadzenie dopuszczalnych, granicznych wartości emisji zanieczyszczeń z instalacji spalania o mocy poniżej 1 MW – poprzez odpowiednie rozporządzenie Ministra Środowiska.

Opracowanie: Joanna Jania

Konsultacja: dr inż. Tomasz Mirowski, PAN, współautor raportu


 

pi