Tehnologii curate de producere a energiei

TEHNOLOGII CURATE DE PRODUCERE A ENERGIEI

1.Cogenerarea - tehnologie curata de producere a energiei

Strategiile de dezvoltare au ca obiective prioritare cresterea eficientei energetice si identificarea de noi resurse energetice (dezvoltarea energiilor neconventionale) concomitent cu protejarea mediului.

In ultimii 30 de ani Comunitatea Europeanǎ a adoptat un evantai de mǎsuri legislative care urmaresc protejarea mediului si inlaturarea efectelor poluarii, fixand normele de calitate ecologicǎ. Legislatia in domeniul mediului la nivelul Comunitǎtii Europene, constituie baza de referintǎ pentru tarile membre si reprezinta un exemplu de colaborare suprastatalǎ.

Activitatea umanǎ determinǎ douǎ categorii principale de impact asupra mediului ambiant:

consumul, ca materii prime, a resurselor naturale neregenerabile, ceea ce conduce la "saracirea" si agresarea mediului;

emisiile in mediul ambiant a diferitelor substante rezultate in urma activitatiilor, conducand la degradarea acestuia in timp.

Dezvoltarea industrialǎ si demograficǎ, precum si raportul productie-consum, a condus la cresterea consumului de materii prime dar si a cantitatii de deseuri si substante poluante emise in atmosferǎ.

Fatǎ de aceastǎ realitate, politica europeanǎ actualǎ in domeniul mediului are ca obiective principale:

protectia si imbunatatirea calitatii mediului;

protejarea sǎnǎtǎtii oamenilor;

utilizarea rationalǎ a resurselor naturale.

Aplicarea acestei politici se bazeaza pe urmatoarele principii:

protejarea mediului;

poluant - platitor;

solidaritatea tuturor factorilor care pot contribui la protejarea mediului.

Din aceste considerente, preocuparile actuale in domeniul utilizarii energiei dar si in cel al producerii acesteia, sunt orientate catre aplicarea tehnologiilor "curate" de consum si producere (tehnologii care produc "mai bine" si cu o "poluare mai redusǎ").

Cogenerarea, ca solutie de producere combinatǎ si simultanǎ a energiei electrice si termice, prin avantajele energetice, economice si ecologice pe care le prezinta, conform Protocolului de la Kyoto, se incadreaza in categoria tehnologiilor "curate" de producere a energiei.

Arderea combustibililor conventionali in surse stationare si mobile reprezinta activitatea umanǎ cu cea mai mare pondere si raspandire, raspunzatoare de incarcarea atmosferei cu un complex de poluanti gazosi si solizi de naturǎ anorganicǎ si organicǎ.

Pentru analiza impactului asupra mediului a diferitelor instalatii de cogenerare, in domeniul legislativ sunt stabilite principalele categorii de instalatii, restrictiile impuse prin lege fiind stabilite in concordanta cu aceste clase (categorii) de instalatii. In ceea ce priveste instalatiile de cogenerare (turbinele si motoarele) , in legislatia aferenta protectiei mediului din tarile Uniunii Europene (UE), acestea sunt incluse in categoria "mici instalatii de ardere". In aceasta categorie sunt incluse toate instalatiile de cogenerare (turbine, motoare termice ) cu puteri termice intrate (a combustibilului utilizat) mai mici de 50 MW_t. Celelalte instalatii, cu puteri termice mai mari de 50 MW_t sunt sub incidenta altor directive europene si anume acelea referitoare la limitarea emisiilor poluante atmosferice emise de instalatiile de ardere cu putere (termica a combustibilului utilizat) mai mare de 50MW_t . Poluantii rezultati din arderea combustibililor fosili conduc nu numai la deteriorarea calitatii atmosferei, ci si a celorlalti factori de mediu, biotici si abiotici, afectand astfel, direct sau indirect, omul.

Astfel, s-a ajuns in situatia impunerii de restrictii privind cantitatile de poluanti ce pot fi evacuate de catre fiecare tarǎ, la nivel global, respectiv de catre fiecare companie, la nivel local. De asemenea, din cauza schimbarilor climatice generale cauzate in principal de poluare, s-au luat mǎsuri de limitare a cantitatilor de poluanti emisi prin:

cresterea randamentelor instalatiilor de depoluare, introducerea de tehnologii noi,

imbunatatirea proceselor tehnologice sau schimbarea acestora cu unele mai putin poluante;

inlocuirea combustibililor clasici "neregenerabili si poluanti" cu surse regenerabile, cum sunt energia solarǎ, eolianǎ, biomasǎ si nu in ultimul rand hidrogenul.

2.Aspectele legislative privind limitele admisibile ale emisiilor aferente diferitelor instalatii de cogenerare

Limitarea emisiilor

Cadrul legislativ din domeniul protectiei mediului isi propune prevenirea si reducerea poluarii de orice natura, conservarea si pastrarea calitatii factorilor de mediu, gospodarirea responsabila a resurselor naturale si evitarea supraexploatarii, reconstructia ecologica a zonelor afectate de poluarea produsa de activitatile antropice si fenomenele naturale distructive si pastrarea unui echilibru intre mediul natural si calitatea vietii.

Intrucat instalatiile de ardere a combustibililor clasici se situeaza pe unul dintre primele locuri in ceea ce priveste poluarea mediului ambiant, s-a considerat normal sa se fixeze pentru acestea valori limita ale emisiilor nocive la cosul de fum. Asemenea norme au fost elaborate in toate tarile industrializate din lume, ele fiind mai mult sau mai putin severe, in functie de specificul fiecarei tari, de combustibilii utilizati, de puterea termica unitara a grupului energetic, de durata de viata reziduala a instalatiilor, de nivelul de dezvoltare a tehnologiilor de ardere si curatire a gazelor de ardere etc. In acest sens, in Romania, Ministerul Apelor Padurilor si Protectiei Mediului a elaborat Ordinul nr. 462/1993 - "Norme de limitare a emisiilor de poluanti pentru instalatiile de ardere".

Functionarea centralelor de cogenerare (trigenerare), in Romania, se desfasoara sub incidenta Ordinului 462/1993.

Actul normativ prevede atat conditiile tehnice privind protectia atmosferei precum si si normele metodologice privind determinarea emisiilor de poluanti atmosferici produsi de surse stationare.

Prin norme de emisie se inteleg normele privind valorile concentratiilor maxime admisibile in atmosfera ale unor substante poluante.

Actul legislativ mai sus mentionat se refera atat la instalatiile care urmeaza a intra in functiune, cat si la cele existente transformate, dezvoltate sau retehnologizate, atunci cand aceste amenajari conduc la degajarea de emisii mai mari sau diferite de cele anterioare, cheltuieli de realizare mai mari decit jumatate din costul unei instalatii similare noi.

Limitarea preventiva a emisiilor la instalatiile de cogenerare noi presupune urmatoarele aspecte:

• instalatiile stationare noi trebuie echipate cu sisteme de retinere a poluantilor inca de la darea lor in functiune si exploatate pe tot parcursul existentei lor, astfel incit sa fie respectate normele de limitare a emisiilor prevazute de prezentele conditii tehnice;
• masurile si lucrarile destinate a asigura incadrarea emisiilor de poluanti in limitele impuse se examineaza de autoritatea competenta pentru mediu, care emite acordul de mediu la documentatia de investitii privind instalatia stationara noua si autorizatia de mediu, la punerea in functiune a instalatiei respective.

In cazul unor emisii pentru care prezentele conditii tehnice nu prevad limite, pe baza propunerii documentare a proiectantului instalatiilor, autoritatea pentru mediu stabileste o norma de emisie preventiva, in conformitate cu normele din tari europene dezvoltate industrial, cu conditia ca aceasta sa poata fi realizabila pe plan tehnic, iar tehnologia aplicabila sa fie economic suportabila. La stabilirea acestor norme se va tine seama de nivelul imisiilor din zona de amplasare a instalatiilor noi, precum si de tipul si marimea celorlalte emisii existente, urmind a se aplica tehnica de depoluare, in primul rind la acele surse unde reducerea emisiilor va fi semnificativa si economic suportabila.

Declararea si supravegherea emisiilor centralelor de cogenerare existente se face conform aceluiasi act legislativ mai sus mentionat.Detinatorii legali ai instalatiilor de cogenerare existente trebuie sa furnizeze autoritatii pentru mediu informatii cu privire la:

• natura si cantitatea emisiilor de poluanti si variatia lor in timp;
• locul de evacuare a emisiilor, inaltimea (de la sol) la care se produce evacuarea si alte caracteristici ale evacuarii;
• declararea emisiilor se stabileste de detinatorul instalatiei, pe baza de masuratori sau de bilant cantitativ al substantelor utilizate.

Supravegherea emisiilor se face sistematic, urmarindu-se nivelurile emisiilor si asigurarea incadrarii in limitele impuse.Evaluarea nivelurilor emisiilor se realizeaza prin masuratori in cadrul instalatiilor de cogenerare efectuate prin forte proprii sau prin terti. La stabilirea programului de masuratori se vor avea in vedere particularitatile tehnologice ale instalatiilor respective.

Aprecierea emisiilor

Valorile masurate vor fi comparate cu valorile de referinta precizate in normele de limitare a emisiilor, prevazute in anexele Ordinului 462/1993.

Se considera ca este respectata norma de limitare a emisiei, atunci cind nici una dintre mediile determinate pentru indicatorii specifici instalatiei, nu depaseste valoarea limita inscrisa in anexele actului normativ in conditii tehnice precizate.

In cazul masurarii permanente a emisiilor, valorile limita sint considerate respectate, daca in decursul unui an calendaristic se respecta urmatoarele conditii:

• nici o medie zilnica nu depaseste valoarea limita, cu exceptia perioadelor de porniri-opriri ale instalatiilor;
• 97% din totalul mediilor orare nu depasesc de 1,2 ori valoarea limita;
• nici una dintre mediile orare nu depaseste dublul valorii limita.

In cadrul acestui act legislativ instalatiile de cogenera sunt incadrate in categoria instalatiilor de ardere sub 100 MW_t, nefiind specificate subdomeniile de puteri pentru instalatiile de mica si medie putere de cogenerare (conform clasificarii efectuate in paragrafele anterioare).

De aceea, avand in vedere integrarea Romaniei in UE, functionarea centralelor de cogenerare (trigenerare) de mica si medie putere, trebuie sa respecte normele AT pentru implementarea Directivei IPPC privind valorile limita de emisie pentru instalatiile de ardere sub 50MW_t. (Document nr. 360039.19.RP.135J)

In paragrafele urmatoare sunt prezentate valorile limita admisibile ale emisiilor pentru toate tipurile de instalatii care intra sub incidenta acestui document.

Diferentierea valorilor limita de referinta s-a facut avand in vedere urmatoarele aspecte:

• tipul instalatiei:

-instalatii de ardere (cazane aferente ciclului de cogeneratre cu turbina cu abur);

-turbina cu gaze;

-motor termic.

• tipul combustibilului utilizat

-combustibil conventional;

-combustibil regenerabil.

• clase de puteri caracteristice (specifice fiecarui tip de echipament);
• conditii de functionare (specifice fiecarui tip de echipament).

I.Instalatii de ardere (cazane aferente ciclului de cogenerare cu TA), tabelul 1.

In tabelul 1 sunt prezentate prevederile legislative privind limitele admisibile ale emisiilor aferente acestor tipuri de instalatii. Acestea sunt structurate in functie de tipul combustibilului, puterea termica a instalatiilor precum si alte conditii specifice mentionate in cele ce urmeaza.

Tabelul 1.

Instalatii de ardere - ciclu cu TA

Tip combustibil	Tip emisie
	Emisii de praf	Oxizi de azot	Monoxid de carbon	Oxizi de sulf	Substante organice
	mg/m3	g/m3	g/m3	g/m3	mg/m3
solid	peste 5 MWt:	Lemn netratat:0.25		pat fluidizat: 0.35
	sub 5 MWt: 50	Alti combustibili pat  fluidizat:0.30		carbune dur:1.3
	sub 2.5 MWt: 100	Carbune (pat fluidizat):0.15		Alti comb. 1.0
lichid	Metanol, etanol, uleiuri vegetale: 1	Uleiuri de incalzire: 0.18,0.20,0.25 (functie de temp.)
	Alti comb.:50	Alti comb. 0.35
gazos	din retea publica, lichefiat, hidrogen, biogaz: 5	din retea publica: 0.10,0.11,0.15 (functie de temp.)	din retea publica: 50	Vezi obs4
	Alte gaze: 10	Alte gaze: 0.20	Alte gaze: 80

Observatii

1.Tipuri de combustibil

A. Combustibil solid (conventional si regenerabil) - se considera: carbune, cocs, inclusiv cocs petrolier, brichete de carbune, brichete de turba, turba bituminoasa sau lemnul netratat, cu o capacitate termica de ardere de sub 50 MW_t.

Valori de referinta : Standardele de emisie ale instalatiilor de ardere folosind carbune, cocs, inclusiv cocs petrolier sau brichete de carbune, trebuie sa se refere la un continut de oxigen in gazul de ardere de 7%, iar pentru cele care folosesc brichete de turba, turba bituminoasa sau lemn netratat de 11%;

B. Combustibil lichid (conventional si regenerabil) - se considera:uleiuri de incalzire, bitum natural emulsionat, metanol, etanol, uleiuri vegetale netratate sau esteri metilici din uleiuri vegetale, cu o capacitate termica de ardere sub 50 MW_t.

Valori de referinta Standardele de emisie trebuie sa se refere la un volum de oxigen in gazeul de ardere de 3%.

C. Combustibil gazos (conventional si regenerabil) - se considera: gaz de la cuptoarele de cocserie, gaz de mina, gaz de la otelarii, gaz de rafinarie, gaz de sinteza, gaz de la produsele petroliere, de la exploatarea tertiara a titeiului, biogaz, gaz natural netratat, gaz lichefiat, gaz de la reteua publica de alimentare cu gaz sau hidrogen, cu o capacitate termica de ardere sub 50 MW_t.

Valori de referinta: Standardele de emisie trebuie sa se refere la un volum de oxigen in gazele de ardere de 3%.

2.Emisiile de monoxid de azot si dioxid de azot din gazul de ardere sunt indicate ca dioxid de azot

3.Emisiile de dioxid de sulf si trioxid de sulf din gazul de ardere sunt indicate ca dioxid de sulf

4.Emisiile de dioxid si trioxid de sulf din gazul de ardere, (indicate ca dioxid de sulf), nu trebuie sa depaseasca urmatoarele concentratii masice:

o      pentru gazul lichefiat: 5 mg/m³;

o      pentru gazele din reteua publica de alimentare cu gaz: 10 mg/m³;

o      pentru gazul de la cuptoarele de cocserie sau gazul de rafinarie: 50 mg/m³;

o      pentru biogaz: 0,35 g/m³;

o      pentru gazul de la produsele petroliere, folosit ca si combustibil pentru obtinerea aburului in timpul exploatarii tertiare a titeiului: 1,7 g/m³;

o      pentru gazul combustibil folosit in mod obisnuit in instalatiile de producere a fierului si otelului si in cocserii;

-pentru gazul de la furnal: 0,20 g/m³,

-pentru gazul de la cuptoarele de cocserie: 0,35 g/m³,

o      pentru alti combustibili: 35 mg/m³.

5.Instalatiile de ardere   care functioneaza cu combustibil mixt cu o capacitate termica de ardere sub 50 MW_t

Standardele de emisie determinate pentru combustibilii respectivi trebuie stabilite prin raportarea energiei generate de fiecare combustibil la cantitatea totala de energie generata. Standardele de emisie specifice fiecarei instalatii de ardere pot fi atinse prin adunarea valorilor stabilite in acest mod.

Exceptie de la regula anterioara se face pentru combustibilul la care se aplica cel mai ridicat standard de emisie, daca in timpul functionarii instalatiei acest combustibil se utilizeaza pentru producerea a cel putin 70% din cantitatea totala de energie generata.

6.Instalatiile de ardere care utilizeaza mai multe tipuri de combustibil cu o capacitate termica de ardere sub 50 MW_t

trebuie sa fie in vigoare acele reglementari care se aplica combustibilului respectiv, desi cerintele pentru reducerea emisiilor de praf ale combustibililor solizi trebuie aplicate pe o perioada de 4 ore dupa trecerea de la combustibili solizi la combustibili gazosi, sau la uleiuri de incalzire mentionate in DIN 51603 Partea 1 (versiunea martie 1998).

II.Motoare cu ardere interna

Valori de referinta: Standardele de emisie trebuie sa se refere la un volum de oxigen in gazele de ardere de 5%.

Emisii de praf inclusiv continutul substantelor cancerigene, mutagene sau toxice pentru reproducere):

o      emisiile de praf din gazele de ardere de la motoarele cu aprindere prin compresie ce functioneaza pe combustibili lichizi nu trebuie sa depaseasca concentratia masica maxima de 20 mg/m³.

o      emisiile de praf din gazele de ardere de la motoarele cu ardere interna, folosite exclusiv in cazuri de urgenta sau utilizate pana la 300 de ore/an in perioadele de solicitare maxima nu trebuie sa depaseasca concentratiile masice maxime de 80 mg/m³.

Monoxid de carbon: emisiile de monoxid de carbon din gazele de ardere nu trebuie sa depaseasca concentratiile maxime prezentate in tabelul 2:

Tabelul 2.

Limite admisibile pentru CO (g/m³)- ciclu cu motoare cu ardere interna

Oxizi de azot: emisiile de monoxid si dioxid de azot din gazele de ardere nu trebuie sa depaseasca concentratiile masice prezentate in tabelul 3., care trebuie indicate ca dioxid de azot:

Tabelul 3.

Limite admisibile pentru NOx (g/m³)- ciclu cu motoare cu ardere interna

Oxizi de sulf

Cand sunt utilizati combustibili minerali lichizi, directiva se aplica numai pentru   uleiurile de incalzire .

Cand sunt utilizati combustibili gazosi, trebuie aplicate cerintele mentionate anterior, cu conditia sa aiba loc o conversie la un continut de oxigen de referinta din gazelede ardere de 5%.

Cand este folosit biogazul trebuie aplicate cele mai bune tehnici primare disponibile pentru reducerea ulterioara a emisiilor (purificarea gazului).

Substante organice

Emisiile de formaldehida din gazele de ardere nu tebuie sa depaseasca o concentratie masica de 60 g/m³.

III.Turbinele pe gaz cu o capacitate termica de ardere de sub 50 MW_t

Valori de referinta: standardele de emisie trebuie sa se refere la un volum de oxigen in gazele de ardere de 15%.

Emisii de praf: cand sunt folositi combustibili lichizi, nivelul de funingine nu trebuie sa depaseasca valoarea 2 mg/m³in timpul exploatarii continue si valoarea 4 mg/m³la pornire.

Monoxid de carbon: emisiile de monoxid de carbon din gazele de ardere nu trebuie sa depaseasca o concentratie masica de 0,10 g/m³ in timpul exploatarii la o incarcare de minim 70%.

Oxizi de azot:

o      combustibil gazul natural: emisiile de monoxid si dioxid de azot din gazele de ardere nu trebuie sa depaseasca o concentratie masica de 75 g/m³, indicata ca dioxid de azot, in timpul exploatarii la o solicitare de 70% sau mai mare. Pentru turbinele cu gaze, care functioneaza singular, cu o eficienta de peste 32% la 15°C, 101,3 kPa si o umiditate relativa a aerului de 60% (conditii ISO), standardul emisiei de 75 mg/m³ trebuie marit conform imbunatatirii procentuale a eficientei.

o      alti combustibili lichizi sau gazosi, emisiile de monoxid si dioxid de azot din gazul de ardere de la turbinele pe gaz nu trebuie sa depaseasca o concentratie masica de 0,15 g/m³, indicata ca dioxid de azot.

Standardele de emisie pentru oxizii de azot nu trebuie aplicate turbinelor cu gaz folosite exclusiv in cazuri de urgenta, sau utilizate cel mult 300 de ore/an in perioade de maxima solicitatre pentru alimentarea cu gaz.

Oxizi de sulf

Cand sunt folositi combustibili lichizi, numai uleiurile de incalzire din DIN 51603 partea 1 (versiunea martie 1998) cu un continut masic de sulf pentru uleiurile usoare de incalzire, conform Ordonantei romane, care se aplia in mod uzual, sau motorina cu un continut de sulf al uleiurilor usor incinse conform Ordonantei, asa cum se aplica in mod curent, pot fi folosite sau trebuie aplicate masuri echivalente.

Bibliografie

1.Directiva IPPC privind valorile limita de emisie pentru instalatiile de ardere sub 50MW. (Document nr. 360039.19.RP.135J)

2.HOTARAREA nr. 541 din 17 mai 2003 privind stabilirea unor masuri pentru limitarea emisiilor in aer ale anumitor poluanti proveniti din instalatii mari de ardere

3.ORDIN nr. 462 din 1 iulie 1993 pentru aprobarea Conditiilor tehnice privind protectia atmosferei si Normelor metodologice privind determinarea emisiilor de poluanti atmosferici produsi de surse stationare

4. Hotarare nr. 647 din 12 iulie 2001 privind aprobarea Strategiei nationale de dezvoltare energetica a Romaniei pe termen mediu - 2001-2004.

5. Directiva 88/609/EEC privind limitarea emisiilor in aer a anumitor poluanti proveniti de la marile centrale cu ardere.