Zapotrzebowanie na przemysł energetyczny i energię elektryczną powoduje nieustający wzrost ilości spalanych surowców, a przez to emisję gazów i niebezpiecznych odpadów. To wymusiło na Komisji Europejskiej ustalenie wytycznych dla różnych gałęzi przemysłu, które spowodowałyby ograniczenie ilości niebezpiecznych substancji emitowanych do atmosfery.

W tym artykule poznasz aktualne regulacje Komisji Europejskiej dotyczące energetyki:

• konkluzje BAT dla LCP – czym są i kogo dotyczą,
• najnowsze konkluzje BAT – Dyrektywa IED,
• wytyczne do sprawności i wydajności elektrowni,
• normy tlenków azotu (NOx),
• normy tlenku węgla (CO),
• normy emisji dwutlenku siarki (SO₂),
• normy emisji pyłów,
• poziomy emisji chlorowodoru (HCl) i fluorowodoru (HF),
• poziomy emisji rtęci.

Konkluzje BAT dla CLP – czym są i kogo dotyczą

Konkluzje BAT (ang. Best Available Technology) to seria dokumentów wydawanych przez Komisję Europejską co kilka lat. Opisane są w nich najlepsze dostępne technologie, które powinny być stosowane przez obiekty przemysłowe. Produkcja ciepła i energii elektrycznej odpowiada za niemal 1/4 emisji gazów cieplarnianych, co sprawia, że jest to jedna z największych gałęzi przemysłu, którą należało uregulować.

Obiekty energetycznego spalania określane są przez aktualne przepisy techniczne (LCP, ang. Large Combustion Plants), w tym normy emisji spalin w elektrociepłowniach, określa Decyzja Wykonawcza Komisji (UE) z dnia 31 lipca 2017 r.

Najnowsze konkluzje BAT – Dyrektywa IED

Normy z 2017 roku [2] po raz kolejny zaostrzyły możliwe ilości wprowadzania do atmosfery tlenków siarki (SO_x), tlenków azotu (NO_x) i tlenku węgla (CO) oraz pyłów. Po raz pierwszy zostały wprowadzone normy emisji rtęci (Hg), chlorowodoru (HCl) i fluorowodoru (HF).

Polskie przedstawicielstwo w Komisji Europejskiej próbowało – nieskutecznie – zablokować wprowadzenie wytycznych w 2017 roku. Nowe, bardzo restrykcyjne przepisy uderzyły w nasz kraj szczególnie mocno. Węgiel jest w Polsce podstawowym źródłem energii, a dyrektywa ograniczyła możliwość emisji gazów będących produktem spalania węgla nawet o 80%.  

Jaką sprawność i wydajność muszą mieć elektrownie?

Aktualna dyrektywa wymusza też na obiektach spalania paliw stałych o mocy powyżej 1000 MW sprawność elektryczną (stosunek produkcji energii elektrycznej do wykorzystanej do tego celu energii paliw) na poziomie 33,5-44% dla węgla kamiennego oraz 33,5-42,5% dla brunatnego. Normy są niższe dla biomasy – tutaj wymagana sprawność kształtuje się na poziomie 28-38%.

Jednostkowe zużycie paliwa (rozumiane jako stosunek produkcji energii do wkładu energii) ma wynosić 75-97% dla węgla i 73-99% dla biomasy. Wymaga się również wykorzystywania energii z popiołu do dopalania i odzyskiwania z niego ciepła.

Dla obiektów generujących moc przekraczającą 100 MW, stężenie SO₂, NO_x, CO i pyłu jest mierzone w sposób ciągły. Obiekty spalania węgla (większość takich obiektów w Polsce), minimum co pół roku muszą przejść badania poziomu emisji rtęci.

W dyrektywie przyjęto jednostkę mg/Nm³. „N” oznacza warunki normalne, tj. temperaturę 273,15 K (0°C) oraz ciśnienie 101,3 kPa (1013 hPa) – w przypadku innych warunków, należy zastosować przelicznik.

Normy tlenków azotu (NOx)

Produkcja i dystrybucja energii odpowiada w Europie za 22,5% całkowitej emisji NOx.

Wykres 1. Źródła tlenków azotu w atmosferze [3].

Dlatego dla istniejących obiektów opalanych węglem, obowiązująca dyrektywa wymaga spełnienia następujących wytycznych dot. emisji tlenków azotu [2]:

	Węgiel	Węgiel	Biomasa	Biomasa
Całkowita nominalna moc dostarczona w paliwie [MW]	Średnia dobowa [mg/Nm3]	Średnia dobowa [mg/Nm3]	Średnia roczna [mg/Nm3]	Średnia dobowa [mg/Nm3]
Poniżej 100	100 – 270	165 – 330	70 – 225	120 – 275
100 – 300	100 – 180	155 – 210	50 – 180	100 – 220
Ponad 300	85 – 150 (w kotle FBC)	140 – 165  (w kotle FBC)	40 – 150	95 – 165
Ponad 300	85 – 165 (w kotle pyłowym)	85 – 165 (w kotle pyłowym)	40 – 150	95 – 165

Redukcję emisji NO_X przy spalaniu węgla i biomasy można osiągnąć m. in. za pomocą stopniowanego podawania powietrza lub paliwa albo recyrkulacji spalin. Dobre efekty daje też stosowanie palników o niskiej emisji NO_X (LNB) i selektywnej niekatalitycznej redukcji (SNCR).

Normy tlenków azotu (CO)

W dyrektywie określony jest poziom emisji tlenku węgla dla spalania węgla i biomasy [2].

Całkowita nominalna moc dostarczona w paliwie [MW]	Węgiel [mg/Nm3]	Biomasa [mg/Nm3]
50 – 100	30 – 140	< 30 – 250
100 – 300	30 – 140	< 30 – 160
Ponad 300	30 – 100 (w kotle FBC)	< 30 – 80
Ponad 300	5 – 100 ( w kotle pyłowym)	< 30 – 80

W celu redukcji emisji tlenku węgla wykorzystuje się takie same techniki, jak dla tlenków azotu (NO_x, N₂O).

Normy emisji dwutlenku siarki (SO₂)

Dla elektrociepłowni wytwarzających ciepło przy użyciu spalania węgla i biomasy, maksymalne wartości emisji dwutlenku siarki (SO₂) [2]:

	Węgiel	Węgiel	Biomasa	Biomasa
Całkowita nominalna moc dostarczona w paliwie [MW]	Średnia roczna [mg/Nm3]	Średnia dobowa [mg/Nm3]	Średnia roczna [mg/Nm3]	Średnia dobowa [mg/Nm3]
Poniżej 100	150 – 360	165 – 330	15 – 100	30 – 215
100–300	100 – 180	155 – 210	< 10 – 70	< 20 – 175
Ponad 300	85 – 150 (w kotle FBC)	140 – 165 (w kotle FBC)	< 10 – 50	< 20 – 85
	65 – 150 (w kotle pyłowym)	85 – 165 (w kotle pyłowym)	< 10 – 50	< 20 – 85

W celu spełnienia wymagań dotyczących emisji dwutlenku siarki, w elektrociepłowniach stosowana jest instalacja odsiarczania spalin (IOS). Ta jest jednak stosowana tylko w dużych obiektach (pracujących ponad 500 godz./rok) – tam ma uzasadnienie ekonomiczne. Wymóg dotyczący redukcji zanieczyszczeń spełnia się również poprzez wytworzenie gipsu jako produktu ubocznego.

Wykres 2. Źródła dwutlenku siarki w atmosferze [4].

Innymi sposobami ograniczania emisji dwutlenku siarki, zarówno dla węgla, jak i biomasy, to wtrysk sorbentu do kotła (do paleniska lub do złoża), dozowanie sorbentu do kanału spalin (DSI), absorber suchego rozpylania (SDA), płuczka sucha działająca w oparciu o cyrkulacyjne złoże fluidalne (CFB), oczyszczanie na mokro, kondensator spalin, odsiarczanie spalin metodą mokrą (mokre IOS). Dobre efekty daje dobór odpowiedniego paliwa o wysokiej jakości.

Procesy spalania w sektorze produkcji i transformacji energii odpowiadają za 43,3% emisji SO₂, dlatego niezbędne jest jej ograniczanie szczególnie w tym obszarze.

Normy emisji pyłów

Dyrektywa określa również wytyczne dotyczące emisji pyłów – głównie popiołu [2].

	Węgiel	Węgiel	Biomasa	Biomasa
Całkowita nominalna moc dostarczona w paliwie [MW]	Średnia roczna [mg/Nm3]	Średnia dobowa [mg/Nm3]	Średnia roczna [mg/Nm3]	Średnia dobowa [mg/Nm3]
Poniżej 100	2 – 18	4 – 22	2 – 15	2 – 22
100 – 300	2 – 14	4 – 22	2 – 12	2 – 18
300 – 1000	2 – 10	3 – 11	2 – 10	2 – 16
Ponad 1000	2 – 8	3 – 11	2 – 10	2 – 16

W celu ograniczenia emisji pyłów stosuje się elektrofiltry (ESP), filtry workowe, IOS (suchy, półsuchy lub mokry). Redukcję emisji można też osiągnąć poprzez dobór odpowiedniego paliwa.

Rysunek 2. Budowa elektrofiltru [5].

Poziomy emisji chlorowodoru (HCI) i fluorowodoru (HF)

W dyrektywie z 2017 roku po raz pierwszy określono normy dotyczące emisji chlorowodoru (HCl) i fluorowodoru (HF) przy spalaniu węgla. Zabrakło tam wytycznych dotyczących emisji ze spalania biomasy [2].

	Całkowita nominalna moc dostarczona w paliwie [MW]	Średnia roczna [mg/Nm3]
HCl	Poniżej 100	2 – 10
HCl	Ponad 100	1 – 5
HF	Poniżej 100	1 – 6
HF	Ponad 100	1 – 3

Techniki stosowane do redukcji emisji chlorowodoru (HCl) i fluorowodoru (HF) to m. in. elektrofiltry, filtry workowe, wtrysk sorbentu do kotła, IOS (suchy, półsuchy lub mokry).

Poziomy emisji rtęci

Dla istniejących obiektów, gdzie jako paliwo stosowany jest węgiel lub biomasa, aktualne normy emisji rtęci wynoszą [2]:

Całkowita nominalna moc dostarczona w paliwie [MW]	Węgiel kamienny [mg/Nm3]	Węgiel brunatny [mg/Nm3]	Biomasa [mg/Nm3]
Poniżej 100	< 1 – 9	< 1 – 10	1 – 15
100 – 300	1 – 9
Ponad 300	< 1 – 4	< 1 – 7	1 – 5

Sposobem ograniczenia emisji rtęci do powietrza jest stosowanie podobnych technik, jak w przypadku HCl i HF. W połączeniu z powyższymi technikami lepsze efekty przynosi zastosowanie SCR (selektywna redukcja katalityczna), wtryskiwania sorbentu węglowego do spalin, stosowanie dodatków halogenowych, dobór odpowiedniego paliwa i jego wstępne przygotowanie. Dodatkowe efekty może przynieść stosowanie elektrofiltrów i filtrów workowych, jednak nie w takim stopniu, jak przy redukcji emisji pyłu. Podobnie z IOS – przyniesie dodatkowe korzyści, jednak nie na poziomie redukcji emisji SO_x, HCl i HF.

Podsumowanie                                                     

Na przestrzeni lat, dzięki wprowadzaniu i egzekwowaniu wytycznych, w Europie obserwuje się spadek emisji NOx, pyłów i SO₂.

Wykres 3. Wpływ wprowadzonych przepisów na emisję pyłów, tlenków azotu i dwutlenku siarki [6]

Polski przemysł energetyczny oparty na spalaniu węgla musi inwestować duże kwoty w modernizację swoich zakładów produkcji ciepła i energii elektrycznej, by spełniać coraz bardziej restrykcyjne normy Komisji Europejskiej. W tym celu buduje w elektrociepłowniach instalacje odsiarczania spalin praz stosuje się inne metody zwiększające wydajność spalania paliwa oraz redukujące poziom emisji zanieczyszczeń. Wzrasta też znaczenie OZE. Jakie będą kolejne wytyczne KE i czy wtedy uda się je spełnić? Tego nie wiemy. Obecnie musimy użytkować te surowce i infrastrukturę, którą posiadamy, a ta wymaga ciągłych remontów. W Konrem SA jesteśmy tego świadomi. Dlatego regularnie oferujemy Klientom nasze usługi w zakresie remontów instalacji przemysłowych – w ten sposób przyczyniamy się do poprawy jakości powietrza w Warszawie i innych miejscach w całej Polsce.

 

Źródła:

[1]	K. White.
[2]	„Decyzja Wykonawcza Komisji (UE) 2017/1442 ustanawiająca konkluzje dotyczące najlepszych dostępnych technik (BAT) w odniesieniu do dużych obiektów energetycznego spalania zgodnie z dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE,” 31 lipca 2017 r..
[3]	Europejska Agencja Środowiska, 2011.
[4]	Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami, 2019.
[5]	Materiały reklamowe R&R Beth Filtratrion.
[6]	Our World in Data.