Przemysł energetyczny - elektrownie cz. 5

Po drugiej wojnie światowej Kraków stał się dużym ośrodkiem przemysłowym. Do miasta przybywały rzesze nowych pracowników dla których budowano osiedla mieszkaniowe. Początkowo ciepło do ogrzewania dla nich produkowały lokalne kotłownie, ale w latach 60-tych zadecydowano o budowie centralnej ciepłowni.

* * *

Elektrociepłownia Kraków-Łęg

Decyzję o budowie nowej elektrociepłowni dla Krakowa podjęto w 1963 roku ale budowę rozpoczęto dopiero w 1968 roku. Rozważając lokalizację brano pod uwagę wiele cech:

• centralne położenie, skracające trasy ciepłociągów,
• bliskość Wisły umożliwiającą budowę portu węglowego dla barek,
• dostęp do infrastruktury kolejowej.

Ostatecznie wybrano na plac budowy teren w Łęgu, poniżej kombinatu Prefabet. W 1965 roku do Prefabetu zbudowano nową, bezkolizyjną bocznicę, która mogła być wykorzystana przy budowie, ale także przyszłej dostawie węgla do elektrociepłowni. Niestety ta lokalizacja oprócz wielu zalet miała też wadę: z najpopularniejszego punktu widokowego - Kopca Kościuszki - kominy elektrociepłowni wyglądają jakby wyrastały z Wawelu.

Fragment placu budowy Elektrociepłowni w Łęgu - rok 1968.
Ilustracja z książki "100-lecie energetyki w Krakowie 1905-2005"

Budowa odbywała się sprawnie i już po dwóch latach do odbiorców popłynęło pierwsze ciepło wytwarzane w kotle wodnym WP-70 produkcji Rafako o mocy cieplnej 81 MW. Do 1975 roku zainstalowano jeszcze 3 takie kotły. W 1971 roku zakład w Łęgu stał się formalnie częścią Zespołu Elektrociepłowni Kraków, w którego skład, oprócz Elektrociepłowni Kraków - Łęg w budowie, wchodziły Elektrownia Dajwór oraz elektrownie wodne Dąbie i Przewóz. Jednak do drugiej połowy lat 70-tych zakład w Łęgu pozostawał tylko ciepłownią.

Projekt portu węglowego Łęg z połowy lat 60-tych.

Dopiero w 1977 roku uruchomiono pierwszy blok energetyczny o mocy 120 MW. Od tego czasu zakład był już elektrociepłownią. W kolejnych latach sukcesywnie oddawano kolejne bloki energetyczne, ostatni czwarty w 1985 roku. W 1986, kiedy oddano do użytku kocioł wodny numer 6, elektrociepłownia uzyskała moc elektryczną 460 MW i cieplną 1547 MW. Każdy z bloków energetycznych składał się z:

• Kotła parowego RAFAKO Racibórz,
• Turbiny parowej ZAMECH Elbląg,
• Generatora DOLMEL Wrocław,
• Transformatora blokowego ELTA Łódź.

Obecnie w elektrociepłowni zainstalowanych jest 5 kotłów wodnych WP-120, dwa bloki energetyczne BC-90 (120 MW mocy elektrycznej, 150MW mocy cieplnej) oraz dwa bloki BC-100 (110MW mocy elektrycznej, 191 MW mocy cieplnej). Łączna moc elektryczna to 460MW a cieplna 780 MW. Elektrociepłownia jest przyłączona, poprzez własną rozdzielnię 110kV, sprzężoną z krajową siecią 220 kV.

Biurowiec elektrociepłowni z logiem francuskiej firmy EDF w 2016 roku

Po 1989 roku przedsiębiorstwo zostało skomercjalizowane a w 1992 roku przekształcone w jednoosobową spółkę Skarbu Państwa - Elektrociepłownia KRAKÓW SA. Dalsza restrukturyzacja miała na celu podniesienie efektywności ekonomicznej. W 1998 roku 57,9% akcji przedsiębiorstwa zostało sprzedane francuskiemu państwowemu koncernowi Electricite de France (EDF), który w kolejnych latach zwiększył swoje udziały do 65,35%. W 2017 roku udziały te przejęła Polska Grupa Energetyczna (PGE) i obecnie zakład funkcjonuje jako PGE Energia Ciepła SA Oddział nr 1 w Krakowie.

Jak działa elektrociepłownia?

W każdej elektrowni cieplnej energia powstaje ze spalania paliwa (węgla lub gazu). Energia ze spalania służy do podgrzewania wody w kotle. Woda zamieniona w parę napędza łopatki turbiny, a powstała energia mechaniczna w sprzężonym z turbiną generatorze prądu jest zamieniana na energię elektryczną. Problem stanowi zużyta para wodna, która zanim trafi ponownie do kotła musi zostać skroplona w kondenserze oddając przy tym energię cieplną (ciepło skraplania pary wodnej). Ciepło to jest w klasycznej elektrowni kondensacyjnej bezpowrotnie emitowane do atmosfery w chłodniach kominowych. Takie chłodnie (mające postać szerokiej okrągłej wieży) są często mylone z kominami ale to co się z nich wydobywa to jedynie para wodna.

Schemat działania elektrociepłowni cieplnej - opis:
1. Kulowy młyn do węgla,
2. Palnik na miał węglowy,
3. Kocioł,
4. Para wodna,
5. Turbina parowa,
6. Generator prądu,
7. Kondenser (skraplacz),
8. Chłodnia kominowa (praca kondensacyjna),
9. Ciepło sieciowe (praca ciepłownicza),
10. Zespół filtrów spalin

Zamiast emitować ciepło w chłodni kominowej można je wykorzystać np. do centralnego ogrzewania budynków. W porównaniu do oddzielnego wytwarzania ciepła w ciepłowni i energii elektrycznej w elektrowni kondensacyjnej, elektrociepłownia może mieć dwa razy większą sprawność, a co za tym idzie oszczędność paliw energetycznych. Jednak taka wydajność jest możliwa jedynie w sezonie ciepłowniczym, poza nim trzeba się wspomagać pracą kondensacyjną. Aby poprawić bilans poszukuje się odbiorców ciepła także latem np.  Ciepłej Wody Użytkowej. Służy temu m.in. program wymiany gazowych piecyków łazienkowych promowany przez MPEC.

Technologia w elektrociepłowni Kraków

Paliwem dla elektrociepłowni jest węgiel dostarczany głównie koleją, dzięki zelektryfikowanej bezkolizyjnej bocznicy prowadzącej od zachodu (stacji towarowej Olsza na małej obwodnicy kolejowej). Wbrew pierwotnym planom nie powstał nigdy rozładunkowy port wiślany.

Po lewej stronie stanowiska wyładowcze wagonów kolejowych,
Po prawej stronie skład opału - w głębi widoczna jedna z dwóch chłodni kominowych.

Węgiel jest wyładowywany na specjalnych stanowiskach, gdzie każdy wagon jest obracany do góry kołami. Paliwo po wyładunku trafia na składowisko opału, które gromadzi zapas na co najmniej miesiąc nieprzerwanej pracy elektrociepłowni. Jest to żelazna rezerwa na wypadek problemów z dostawami. Ze składowiska węgiel jest w miarę potrzeb transportowany do kotłowni. Transport węgla zapewniają, umieszczone pod ziemią, specjalne podajniki śrubowe. Podajniki te transportują węgiel zarówno z ramp wyładowczych na składowisko jak i ze składowiska do kotłowni.

Śrubowy podajnik węgla

Węgiel nie jest spalany na ruszcie ale w formie miału wdmuchiwanego wraz z powietrzem bezpośrednio do komory spalania kotła. Samo rozpalanie jest inicjowane palnikiem gazowym, później proces następuje już samorzutnie. Taki sposób spalania zapewnia maksymalną efektywność oraz minimalne ilości popiołu. Jednak wcześniej węgiel kamienny musi zostać zmielony na miał w specjalnych młynach kulowych.

Młyny kulowe we wnętrzu hali kotłowni

W kotle z podgrzewanej wody jest wytwarzana para wodna, która jest następnie kierowana do turbiny, napędzając jej łopatki. Turbina parowa jest połączona wałem z generatorem prądu tworząc razem tzw. turbozespół. Wytworzony w generatorze prąd elektryczny trafia do zespołu transformatorów, które podnoszą napięcie do poziomu odpowiedniego dla sieci energetycznej.

Jeden z czterech turbozespołów elektrociepłowni.
Szary blok to turbina, żółty - generator.

Po opuszczeniu turbiny para jest skraplana i wraca z powrotem do kotła. Ciepło ze skraplania jest używane do podgrzewania wody ciepłowniczej a jego nadwyżka trafia do chłodni kominowej. Możliwa jest też praca z przewagą produkcji ciepła dzięki specjalnym kotłom szczytowym. Wszystkie urządzenia elektrociepłowni są na bieżąco nadzorowane przez dyżurnych inżynierów z centralnych dyspozytorni, osobnej mechanicznej i osobnej elektrycznej.

Dyspozytornia mechaniczna elektrociepłowni

Bardzo ważnym aspektem pracy każdej elektrowni cieplnej czy kotłowni jest jakość wody. Woda wodociągowa zawiera w swoim składzie mnóstwo składników mineralnych które dla urządzeń ciepłowniczych mogły by oznaczać kłopoty związane z osadzaniem się kamienia kotłowego. Dlatego woda używana w systemach ciepłowniczych jest specjalnie oczyszczana i demineralizowana. Elektrociepłownia posiada własną stację uzdatniania wody i laboratorium.

Stacja uzdatniania wody

Ochrona środowiska

Jednym z powodów budowy elektrociepłowni była zamiana uciążliwych osiedlowych kotłowni na jedną centralną. Dzięki temu zamieniono tzw. niską emisję na emisję wysoką. Niska emisja to wydzielanie produktów spalania (dymu) przez emitery (kominy) o wysokości niższej niż 40 metrów. W dymie znajdują się gazy: dwutlenek węgla, tlenki azotu i siarki oraz pył zawieszony. Pył jest najbardziej widoczny, to on nadaje dymowi charakterystyczny czarny kolor. Pył najszybciej też opada na drodze sedymentacji i zanieczyszcza powietrze. Wysoki komin powoduje że pył z dymu sedymentuje (rozpyla się) na większym obszarze, dzięki czemu jego stężenie w powietrzu jest niższe. Kominy wybudowane na terenie elektrociepłowni miały rekordową dla Krakowa wysokość - 262 i 225 metrów.

Instalacje filtrów spalin otaczające kominy.
Po głębi, po lewej stronie widoczny jest akumulator ciepła o pojemności 18 tys. m3.

Ale wysokie kominy to nie jest rozwiązanie jeśli nadal mają rozpylać szkodliwy pył. Już w elektrociepłowni Dajwór stosowano proste mechaniczne filtry cyklonowe, wyłapujące z dymu część pyłu. W elektrociepłowni Kraków zastosowano elektrofiltry. Cząstki pyłu zostają w nich naelektryzowane i dzięki zjawisku elektroforezy osadzają się na elektrodzie o ładunku przeciwnym. Z elektrody tej zebrany pył jest cyklicznie spłukiwany. Skuteczność elektrofiltrów sięga 99,9%, co oznacza wyłapywanie niemal wszystkich pyłów. Ale w spalinach znajdują się także trujące gazy - tlenki azotu i siarki. Dlatego jeszcze przed elektrofiltrami spaliny przechodzą przez instalację do katalitycznego odazotowania spalin. Proces ten polega na redukcji tlenków azotu do czystego azotu atmosferycznego, przy udziale katalizatora którym jest amoniak.

Składowisko popiołu - prawie puste,
gdyż popiół to cenny surowiec używany jako wypełniacz w branży budowlanej.

Jeszcze w 1997 roku firma otrzymała świadectwo Przedsiębiorstwa Czystej Produkcji, w 1998 roku wykreślono ją z wojewódzkiej listy zakładów uciążliwych dla środowiska, a w 2004 roku otrzymała certyfikat międzynarodowej normy zarządzania środowiskowego ISO 14001. Niemniej normy czystości się zmieniają co wymusza dalsze prace modernizacyjne. Tak było z lotnymi związkami siarki, które ograniczano spalając wyłącznie węgiel o niskiej zawartości siarki. Jednak zaostrzenie norm w 2016 roku wymusiło montaż instalacji do odsiarczania mokrego spalin. Instalacja ta musi być zamontowana wewnątrz konina. Ponieważ istniejące kominy uniemożliwiały jej instalację zbudowano nowy niższy (z uwagi na brak pyłu) komin, który jest obecnie głównym emiterem. Skuteczność stosowanego w elektrociepłowni procesu mokrego odsiarczania wynosi 95,27%.

Nowy komin wraz z instalacją odsiarczania spalin.
Stary wysoki komin stanowi obecnie tylko rezerwę.

W latach 2008-2012 miał miejsce epizod polegający na dodawaniu do spalanego miału węglowego tzw. biomasy (głównie trocin i peletu). Proces ten był podyktowany idiotycznymi przepisami narzuconymi przez UE o biododatkach (na podobnej zasadzie "uszlachetniano" paliwa płynne bioetanolem i olejem rzepakowym). Jednak praktyka wykazała że takie działanie jest pozbawione sensu. Dodatek biomasy "psuł" parametry kotłów w zakresie nie tylko efektywności ale także dymu. Bo spalanie substancji organicznych daje bardziej zróżnicowane i trudniejsze do wyeliminowania produkty uboczne niż spalanie czystego węgla. Na szczęście odstąpiono od stosowania tego dodatku.

Widok na elektrociepłownię z lotu ptaka - legenda:
1. Bocznica kolejowa i stanowiska rozładunku węgla,
2. Składowisko węgla,
3. Hala kotłowni blokowej,
4. Hala maszynowni (turbogeneratorów),
5. Rozdzielnia elektryczna 110kV,
6. Akumulator ciepła,
7. Kotłownia szczytowa,
8. Chłodnie kominowe,
9. Elektrofiltry,
10. Nowy komin 120 m. wraz z instalacją do odsiarczania spalin,
11. Stary komin (rezerwowy) o wysokości 262 m.,
12. Składowisko żużla (popiołu),
13. Stacja uzdatniania wody,
14. Budynki administracyjno-biurowe.

Spalanie czystego węgla w kontrolowanych warunkach, pod względem produktów ubocznych niczym nie różni się od spalania gazu. Jedynym produktem emitowanym przez nowy komin elektrociepłowni są para wodna (H2O) oraz dwutlenek węgla (CO2). Emisyjność CO2 wynosi 1,1 tony na każdą wyprodukowaną MWh energii elektrycznej co daje średnią roczną emisję 1,776 mln ton CO2. Dwutlenek węgla to produkt każdego spalania. Jednak do obniżania emisji dwutlenku węgla jesteśmy zmuszeni przez Traktat Klimatyczny. W myśl jego ustaleń należy obniżyć globalną emisję CO2, który jest gazem cieplarnianym - przyczyniającym się do ocieplania klimatu na Ziemi. Traktat ten został ratyfikowany przez kraje UE a ta narzuca Polsce limity emisji CO2. (Kontrowersyjnym jest fakt iż emitujące najwięcej CO2 kraje jak USA czy Chiny nie ratyfikowały tego traktatu). Duże nadzieje wiązano z technologią wychwytywania CO2 ze spalin i jego składowania (sekwestracja dwutlenku węgla - CCS). Jednak proces ten nie jest - póki co - nigdzie w pełni wprowadzony, a jego wysokie koszty stawiają pod znakiem zapytania sens rozwijania tej technologii...

Tablica kontrolna w dyspozytorni elektrycznej

Jednym ze sposobów obniżania emisji jest produkowanie części energii ze źródeł odnawialnych takich jak ogniwa fotowoltaiczne czy wiatraki. Pomijając już kontrowersje związane z uciążliwością czy sensem ekonomicznym tych instalacji to trzeba podkreślić że niemożliwe jest wyprodukowanie odpowiednich dla kraju ilości energii tylko ze źródeł odnawialnych. Zatem większa część energii elektrycznej musi być nadal produkowana w elektrowniach cieplnych. Jednak zupełnie nie koresponduje z tym zdanie niektórych polityków-ignorantów, którzy sugerują, a nawet planują likwidację wszystkich kopalni węgla w kraju. Węgiel był, jest i nadal powinien być podstawą gospodarki energetycznej kraju, ponieważ dysponujemy własnym jego źródłem. A każde inne paliwo musi być sprowadzane z zagranicy.

Skąd się bierze antywęglowa fobia?

Kraków od kilku lat jest areną wręcz histerycznej walki z węglem. Na ulicach widuje się tendencyjne plakaty z tekstami typu "Paląc węglem zabijasz". Jest to efekt "walki ze smogiem". Smog (od ang. smoke + fog czyli dym + mgła) jest obecny w Krakowie od dawna, chociaż nikt tego zjawiska wcześniej tak nie nazywał. Polega ono na przekroczeniu norm zawartości w powietrzu pewnych substancji, głównie pyłu zawieszonego. Niewątpliwie do powstania smogu przyczynia się niska emisja czyli piece węglowe, ale czy to główna i jedyna przyczyna smogu? Przekonamy się niedługo. Na mocy ustawy antysmogowej od września 2019 roku obowiązywał będzie całkowity zakaz palenia węglem i drzewem w Krakowie. Ośmielę się jednak twierdzić że smog nie zniknie.

Widok ogólny na elektrociepłownię Kraków w 2016 roku (jeszcze z dwoma wysokimi kominami)

Tradycyjne piece węglowe, tendencyjnie określane mianem "kopciuchów", posiadają ruszt na którym ich użytkownicy, oprócz węgla czy drzewa, czasem usiłują spalać także inne materiały m.in płyty meblowe, tkaniny czy odpady plastikowe. Zwłaszcza te ostatnie są szczególnie szkodliwe bo w wyniku ich spalania powstają rakotwórcze związki tzw. benzopireny. Ponadto piece takie są często niewłaściwie użytkowane poprzez np. dorzucanie opału w trakcie spalania, co nie tylko powoduje wzmożone dymienie ale również obniża efektywność pieca. Nie prowadzi się jednak żadnych kampanii uświadamiających czy przeszkalających. Obecnie mogą być sprzedawane wyłącznie kotły spełniające wymogi klasy energetycznej 5. Kotły takie nie mogą posiadać rusztu awaryjnego zatem nie da się w nich spalać innego paliwa niż dedykowane - ekologiczne. Proces spalania jest w nich kontrolowany automatycznie a ich konstrukcja gwarantuje emisję minimalnych ilości pyłów.

W Krakowie piece węglowe istniały od zawsze i to nie jeden na budynek ale w każdej izbie. Ponadto funkcjonowało wiele kotłowni osiedlowych czy fabrycznych. Dymiły także parowozy i wiślane parowce. Tego wszystkiego już nie ma. Pozostało zaledwie kilka tys. pieców węglowych które też niebawem znikną. Mimo to smog z roku na rok się pogłębia. Trzeba się zatem zastanowić co się zmieniło w ciągu ostatnich lat a co mogło wpłynąć na tak drastyczne pogorszenie się powietrza w mieście. Znane są też dwa inne od niskiej emisji czynniki - ruch budowlany i motoryzacja. Kraków od kilkunastu lat jest wielkim placem budowy, zabudowuje się niemal każdy wolny plac czy skwer w mieście. Te nowe blokowiska nie przypominają luźnej zabudowy z okresu PRL’u ale zwarte, nieomal stykające się ze sobą mury. Taka zabudowa uniemożliwia naturalne przewietrzanie miasta przez istniejące dotąd kanały powietrzne. Drugim problemem jest motoryzacja indywidualna. Każde nowe mieszkanie to co najmniej jeden nowy samochód w mieście. Przy czym samochody zatruwają powietrze nie tylko wyziewami z rur wydechowych. Pył powstaje też w ścierających się klockach hamulcowych a szybki ruch pojazdów dodatkowo wznieca unoszenie się drogowego pyłu. Jednak te dwa czynniki są ignorowane - skupiono się wyłącznie na węglu...

Plątanina rur ciepłowniczych - ciepło stąd trafia do poszczególnych dzielnic miasta

Eliminowanie (ale wyłącznie tam gdzie się da) niskiej emisji jest oczywiście pożądane. Ale węgiel musi pozostać, póki co, głównym paliwem dla polskiej energetyki. Jednak największe polskie elektrownie węglowe (Bełchatów, Kozienice, Połaniec) produkują energię elektryczną w trybie pracy kondensacyjnej. Wydajność takiego procesu sięga 45%. Dużo efektywniejsze jest skojarzona produkcja jednocześnie prądu i ciepła, taka jak ma miejsce w elektrociepłowniach. Sprawność wytwarzania brutto krakowskiej elektrociepłowni wynosi aż 70,8%. Dlatego korzystniejsza jest eksploatacja sieci mniejszych miejskich czy aglomeracyjnych elektrociepłowni zamiast dużych molochów energetycznych. Nie należy się przy tym obawiać o skutki środowiskowe, gdyż instalacje spełniają surowe normy ekologiczne i są na bieżąco monitorowane oraz modernizowane.

Czy jest alternatywa dla energetyki cieplnej?

W niektórych krajach spory udział w produkcji energii elektrycznej stanowią źródła odnawialne. Jednak ich wykorzystanie na szerszą skalę jest możliwe tylko tam gdzie istnieją sprzyjające warunki naturalne. W Polsce niestety nie ma ani sporego nasłonecznienia, ani silnych wiatrów, nie mamy pływów morskich czy górskich rzek o rwącym nurcie i dużym spadku, brak też obfitych źródeł geotermalnych. Realną alternatywą dla węgla mogłaby być jedynie energetyka jądrowa (to też jest energetyka cieplna). Pomijając kwestie związane z zakupem technologii oraz paliwa, poważne obawy budzą problemy składowania promieniotwórczych odpadów. Największe kontrowersje sprawia jednak temat bezpieczeństwa na wypadek awarii w takiej elektrowni. Wydaje się jednak iż wraz z wyczerpywaniem się zasobów węgla w niedalekiej przyszłości stanie się nieodzowna budowa takich elektrowni...

Jedna z turbin parowych rozebrana na czas remontu

Awarie zdarzają się jednak również w klasycznych elektrowniach. Bardzo poważna awaria - pożar i zniszczenie jednego z turbozespołów miał miejsce w krakowskiej elektrociepłowni w styczniu 2004 roku. Na szczęście nikt w tej katastrofie nie zginął (były drobne obrażenia) ale usuwanie skutków tego zdarzenia trwało prawie rok i wiązało się ze sporymi kosztami oraz kompleksowym remontem turbiny. Pomimo tego zdarzenia zakład cały czas pracował produkując prąd i ciepło dla Krakowa.

* * *

W 2016 roku na terenie elektrociepłowni powstał nowy komin wraz z wbudowaną do jego wnętrza instalacją do odsiarczania spalin. Ponieważ jednak w planie zagospodarowania w tym miejscu przewidziano istnienie tylko dwóch kominów, elektrociepłownia zobowiązana była do rozbiórki jednego ze starych kominów. Komina nie można było jednak "zwalić" w spektakularny sposób, gdyż stał on w centrum zabudowań i instalacji. Dlatego rozbierano go stopniowo. Trwało to kilka miesięcy 2017 roku a sposób tej rozbiórki widoczny jest na filmie:

Zobacz też:

• Elektrownie cz.1
• Elektrownie cz.2
• Elektrownie cz.3
• Elektrownie cz.4