Niedawno minęło 10 lat od oddania do eksploatacji pierwszej w Polsce, słonecznej suszarni osadów. Od tego czasu w kraju wybudowano i uruchomiono już blisko 30 tego typu obiektów. To wystarczająco dużo, by ocenić, jak w naszych warunkach klimatycznych sprawdzają się rozwiązania technologiczne, stosowane w suszarniach słonecznych i by wyciągnąć wnioski na przyszłość.
W zamyśle zarówno twórców tej technologii, jak i jej użytkowników, suszarnie słoneczne mają być energooszczędnym, możliwie tanim, a także prostym i niezawodnym sposobem na obniżenie masy i objętości osadów, przez odparowanie z nich wody, której nie da się usunąć w procesie odwadniania mechanicznego.
Susz osadowy z suszarni słonecznych, w odróżnieniu od mazistej struktury placka filtracyjnego, ma postać granulatu o ziemistym zapachu i – co najbardziej istotne – trzy– do czterokrotnie mniejszą masę. Jego właściwości fizyczno-chemiczne i efekt ubytku masy ułatwiają magazynowanie go na oczyszczalniach ścieków oraz obniżają koszty odbioru i transportu do ostatecznego odbiorcy. Dobre właściwości nawozowe suszu mogą z kolei być argumentem za jego rolniczym lub przyrodniczym wykorzystaniem, natomiast jego wartość opałowa, porównywalna z gorszymi gatunkami węgla brunatnego, pozwala na zastosowanie suszu w termicznych metodach jego dalszej przeróbki (w spalarniach odpadów, przy współspalaniu w cementowniach czy jako składnik paliw alternatywnych).
Suszarnie słoneczne są proste i nieskomplikowane w obsłudze. W odróżnieniu od konwencjonalnych suszarni termicznych nie tylko nie wymagają zatrudniania wysoko wykwalifikowanego personelu technicznego, ale – co najważniejsze – wykorzystując do odparowania wody z osadów darmową energię słoneczną, nie zużywają drogiego paliwa i nie podnoszą istotnie zużycia energii elektrycznej w oczyszczalni ścieków.
Dzięki tym zaletom są dla większości oczyszczalni optymalnym, a dla małych i średnich obiektów – jedynym ekonomicznie i technicznie uzasadnionym sposobem na ich suszenie, tym bardziej, że polskie oczyszczalnie najczęściej dysponują odpowiednim pod ich budowę terenem, np. po dawnych lagunach lub poletkach osadowych1.
Z uwagi na wyżej opisane cechy, suszarnie słoneczne zostały umieszczone na oficjalnej liście tzw. najlepszych dostępnych technologii (Best Available Techniques), opracowanej w myśl Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady Europy 2010/75/UE z 24 listopada 2010 r., i tym samym są rekomendowane do stosowania na terenie Unii Europejskiej2.
Trochę statystyki, czyli jak wyglądamy na tle sąsiadów?
Od czasu budowy pierwszych w Europie suszarni słonecznych w drugiej połowie lat 90. ubiegłego wieku, technologia ta na stałe weszła do grona najczęściej wybieranych metod dalszej przeróbki osadów, po ich mechanicznym odwodnieniu. Przykładowo w Niemczech, w 2011 r. na tamtejszych oczyszczalniach działało łącznie 113 instalacji do suszenia osadów, z czego ponad połowa, bo aż 69 obiektów, to właśnie suszarnie słoneczne lub hybrydowe. Dokładniej rzecz ujmując, zdecydowana większość spośród blisko 70 suszarni (52 obiekty) wykorzystuje do odparowania wody wyłącznie energię słoneczną, zaś w przypadku 17 instalacji dodatkowo stosuje się nadmiarowe ciepło ze spalania biogazu, pochodzące głównie z chłodzenia agregatów kogeneracyjnych.
W Polsce w minionej dekadzie oddano do eksploatacji niemal 30 suszarni słonecznych lub hybrydowych. Równolegle już uruchomiono lub znajduje się na ukończeniu mniej więcej tyle samo suszarni termicznych. Można zatem stwierdzić, że – podobnie jak w Europie – także w Polsce suszarnie słoneczne na stałe weszły do rozwiązań powszechnie stosowanych w gospodarce osadami ściekowymi. Różnica polega jednak na tym, że w przypadku Polski aż połowa z tych obiektów to suszarnie hybrydowe, dogrzewane nie tylko darmowym ciepłem pochodzącym z biogazu (zaledwie sześć takich obiektów), ale także pompami ciepła (osiem obiektów), a nawet kotłami opalanymi na paliwo stałe, tzw. eko-groszek (dwa obiekty).
O ile jednak węgiel od dziesiątków lat jest mocno zakorzeniony nie tylko w polskiej energetyce, ale także mentalności, jako uniwersalne i stosunkowo tanie źródło ciepła (choć, niestety, niemające wiele wspólnego z ekologią), o tyle okazuje się, że wykorzystywanie ogrzewania podłogowego, zasilanego pompami ciepła, do wspomagania procesu suszenia osadów stało się, obok kotłów na „eko-groszek”, wyłącznie polskim, niestety jak pokazuje praktyka, bardzo kosztownym ewenementem.
Poza ogrzewaniem hal suszarniczych trudno dopatrzyć się innych, znaczących różnic technicznych między polskimi suszarniami a rozwiązaniami stosowanymi w krajach z dłuższym i bogatszym doświadczeniem w tej dziedzinie. Znamiennym jest jednak to, że polskie oczyszczalnie, wytwarzające w roku od kilku do 10 tys. ton mechanicznie odwodnionych osadów, znacznie częściej sięgają po dużo droższe i energochłonne instalacje termiczne niż po suszarnie słoneczne. W przeciwieństwie do Polski, w Niemczech lub Austrii suszarnie termiczne są albo przypisane do dużych aglomeracji, albo są instalacjami o zasięgu regionalnym. Są też najczęściej skojarzone ze spalarniami osadów i przetwarzają rocznie co najmniej kilkanaście, a najczęściej ponad 20 tys. ton odwodnionych osadów.
Poza granicami Polski można natomiast znaleźć wiele suszarni słonecznych o wydajności od 5 tys. do nawet 15 tys. Mg odwodnionych osadów rocznie. Do największych z nich należą suszarnia w Timisoarze (Rumunia), składająca się aż z 10 hal suszarniczych, o łącznej powierzchni 10 tys. m2, czy w Managui (Nikaragua), susząca w pięciu halach ok. 25 tys. Mg odwodnionych osadów rocznie. Choć Polska nie ma klimatu Rumunii czy Ameryki Południowej, to – z czysto technicznego punktu widzenia – miasta wielkości Świdnicy, Stalowej Woli, Kraśnika, Puław czy nawet Legnicy lub Płocka byłyby w stanie wysuszyć swoje osady w suszarniach słonecznych, zamiast budować (kosztem co najmniej kilkunastu milionów złotych) suszarnie termiczne, oparte na coraz droższych paliwach konwencjonalnych.
Darmowa energia słoneczna lub rachunki za gaz
Rachunek ekonomiczny kosztów eksploatacyjnych suszarni termicznych i słonecznych jednoznacznie przemawia na korzyść tych drugich. By odparować 1 Mg wody, w przypadku suszarni termicznych należy liczyć się ze zużyciem średnio ok. 900-950 kWh energii cieplnej (najczęściej pochodzącej ze spalania gazu ziemnego) oraz przynajmniej 100 kWh energii elektrycznej. Do tego dochodzą koszty środków chemicznych, niezbędnych do oczyszczania powietrza odlotowego, oraz – co nie zawsze jest uwzględniane w szczegółowym bilansie kosztów – konieczność oczyszczenia kondensatu zrzucanego do kanalizacji oczyszczalni ścieków, a obciążonego wysokim ładunkiem zanieczyszczeń.
Opierając się na opisanym w branżowej literaturze przykładzie suszarni funkcjonującej na oczyszczalni ścieków Hajdów w Lublinie, można przyjąć, że sumaryczne bezpośrednie koszty wysuszenia 1 Mg odwodnionych osadów w suszarniach termicznych kształtują się średnio na poziomie 300 zł3. Jak napisali autorzy artykułu, eksploatatorzy suszarni termicznych muszą się mierzyć z jednej strony z wysokimi cenami gazu (które w ostatnich kilku latach wzrosły nawet o 50%), a z drugiej – ze zwiększającymi się wraz z wiekiem instalacji kosztami przeglądów, remontów i napraw. Jeżeli do tego dodać, bolesny dla wielu oczyszczalni, spadek przychodów ze sprzedaży praw majątkowych do tzw. „zielonych” certyfikatów (z poziomu bliskiego 300 zł do 100-110 zł w chwili obecnej), okazuje się, że ogólny bilans kosztów przeróbki osadów przedstawia się dziś zupełnie inaczej niż założenia przyjęte przy podejmowaniu decyzji o budowie suszarni termicznej. Nie ma się zatem co dziwić, że wiele suszarni termicznych jest okresowo wyłączanych z eksploatacji, właśnie z uwagi na zbyt duże koszty ich funkcjonowania.
Suszarnie słoneczne, dzięki wykorzystaniu darmowej energii słońca, są w tym aspekcie bezkonkurencyjne – i to niezależnie od rynkowych i politycznych trendów. Średnie zużycie energii elektrycznej na odparowanie 1 Mg wody w nieogrzewanej suszarni słonecznej, wykorzystującej wentylację grawitacyjno-mechaniczną, wynosi zaledwie kilkanaście kWh, a całkowite bezpośrednie koszty suszenia, uwzględniające remonty, koszty obsługi oraz podatki majątkowe i ubezpieczenia, w przypadku np. suszarni słonecznej w Żarach, nie przekraczają 13 zł na 1 Mg odwodnionych osadów4. W porównaniu z suszarnią termiczną to zaledwie 4%.
Jest rzeczą oczywistą, że 20 tys. Mg osadów, powstałych w 2014 r. na oczyszczalni Hajdów, nie da się żadną miarą przerobić w polskich warunkach klimatycznych nawet w ogrzewanej suszarni hybrydowej. Tym niemniej, oddana do eksploatacji w lipcu 2014 r. hybrydowa suszarnia słoneczna w Chełmie, może przyjmować prawie 7 tys. Mg osadów w roku, dzięki dodatkowemu ogrzewaniu spalanym w promiennikach podczerwieni biogazem (fot. na otwarcie13). Kosztorysowe nakłady na tę inwestycję, na którą składają się cztery ogrzewane hale suszarnicze, każda o wymiarach 12 m x 120 m, to 9 mln zł, a koszty eksploatacji są porównywalne z opisanym wcześniej przykładem suszarni z Żar5. Przykład Chełma pokazuje, że suszarnie słoneczne mogą, po pierwsze, także w polskich warunkach klimatycznych wysuszyć masy osadów dochodzące w roku do 5-10 tys. Mg, po drugie – koszty budowy (mimo dużej kubatury) są dla obiektów tej wielkości wciąż niższe od suszarni termicznych, a po trzecie – koszty ich eksploatacji kształtują się na poziomie zaledwie kilku (!) procent kosztów funkcjonowania suszarni termicznych.
Jeżeli za punkt odniesienia do oceny kosztów inwestycji różnych typów suszarni przyjąć, oddane w drugiej połowie 2015 r., taśmowe suszarnie termiczne o wydajności rzędu 7-10 tys. Mg odwodnionych osadów na rok (Legnica, Płock), to okazuje się, że koszty ich budowy (ok. 15 mln zł), w przeliczeniu na 1 Mg suszonych osadów, przewyższają koszty budowy suszarni w Chełmie. Wynoszą one odpowiednio: dla suszarni termicznych – ok. 1700 zł i dla suszarni słonecznej w Chełmie – 1360 zł na 1 Mg przyjmowanych do suszenia osadów. O ile nawet same koszty budowy są łatwiejsze do poniesienia na etapie inwestycji dzięki dotacjom z funduszy unijnych, o tyle w przyszłości przekładają się proporcjonalnie na wyższe koszty amortyzacji, a te, wraz z rachunkami za zakup nośników energii, będą nieuchronnie ważyć na kosztach funkcjonowania całej oczyszczalni ścieków.
Warto zatem nawet w przypadku oczyszczalni o stosunkowo dużej przepustowości, a może w szczególności w tego typu obiektach, postawić na suszarnie słoneczne lub suszarnie hybrydowe, wykorzystujące oprócz słońca odnawialną i darmową energię ze spalania biogazu.
Łyżka dziegciu w beczce miodu
Mimo ogólnego podobieństwa, zrealizowane w Polsce suszarnie szklarniowe różnią się od siebie rodzajem i wykonaniem materiałowym przewracarek do osadów, systemami wentylacji i ogrzewania oraz sposobem dostarczania i ewakuacji osadów. W efekcie, jak się okazuje, niestety, nie wszystkie suszarnie – wbrew podstawowym założeniom – okazały się tak bardzo energooszczędne, proste, niezawodne i tanie w budowie i eksploatacji jak w przypadku wyżej wspomnianej suszarni osadów w Chełmie. Warto zatem bliżej przyjrzeć się już zrealizowanym obiektom i wykorzystać dostępne doświadczenia, by – przygotowując przyszłe inwestycje – postawić na efektywne i sprawdzone rozwiązania.
Śledząc projektowane i oddawane do eksploatacji w minionym dziesięcioleciu kolejne suszarnie, nie sposób nie zauważyć pewnych trendów, które istotnie wpłynęły na znaczące zróżnicowanie kosztów ich budowy, które – jak pokazuje tabela – sięga nawet 300%. Pytanie: czy potrzebnie, skoro współczynniki efektywności, tj. wydajności poszczególnych obiektów, wyrażone przez masę wody odparowywanej z jednostki powierzchni, różnią się między sobą, nawet w przypadku dogrzewanych suszarni hybrydowych, nie więcej jak o 30%? Nie może być zresztą inaczej, skoro w danym miejscu słońce świeci z jednakową intensywnością nad każdą halą suszarniczą, niezależnie od wybranych rozwiązań, a rola dobrze zaprojektowanej i eksploatowanej suszarni sprowadza się wyłącznie do optymalnego wykorzystania tej energii.
Warto jednak głębiej zastanowić się, z jakich powodów koszt wykonania podobnych wymiarów hal suszarniczych wyniósł w przypadku suszarni słonecznej w Żarach ok. 1,9 mln zł1, suszarni w Żarowie – 3 mln zł7, a w Ostrzeszowie – aż 5,75 mln zł8. A nie są to najdroższe polskie suszarnie słoneczne. Zrealizowana w ubiegłym roku inwestycja na oczyszczalni ścieków w Bełchatowie, na którą złożyło się zaprojektowanie i budowa ogrzewanych pompami ciepła czterech hal suszarni słonecznej, wraz z węzłem mechanicznego odwadniania, pochłonęła aż 31 mln zł9. Budowa jednej ogrzewanej hali suszarniczej w Strzelinie, wraz z systemem sterowania i automatyki tamtejszej oczyszczalni, to z kolei koszt łącznie ok. 19 mln zł10. A zatem w praktyce okazuje się, że nie wszystkie suszarnie słoneczne są tanie, choć – czytając specyfikacje istotnych warunków zamówienia – można zauważyć, że jest to jeden z argumentów, którym inwestorzy uzasadniają podjęty przez siebie wybór tej właśnie technologii. Należałoby więc wyrazić nadzieję, że użytkownicy za wyższą cenę zyskali przynajmniej o wiele większą niezawodność i dużo lepszy komfort pracy.
Tymczasem z przykrością należy zauważyć, że nie zawsze tak się dzieje. Z uwagi na brak wystarczających informacji, trudno ocenić wszystkie funkcjonujące w Polsce obiekty, ale nie sposób też nie wspomnieć, że liczne problemy, w tym uciążliwość odorowa, a także awaryjność urządzeń, sprawiły, że w ostatnim czasie szczególnie dużo i, niestety, niepochlebnie pisało się o niektórych suszarniach11, 12.
Zestawienie kosztów budowy wybranych polskich suszarni słonecznych (*)
(*) Uwagi do tabeli:
- Na koszty budowy suszarni słonecznych, oprócz ich wariantów wykonania i wyposażenia, mają wpływ m.in. warunki gruntowe, dodatkowa infrastruktura w postaci powierzchni magazynowej itd. Autorce chodziło jednak o wykazanie różnic w kosztach inwestycji nie na poziomie kilkunastu czy kilkudziesięciu, ale kilkuset procent łącznej wartości inwestycji.
- W przypadku suszarni w Kłodzku w skład wartej ponad 6 mln zł inwestycji wchodziła, oprócz suszarni, także budowa kontenerowej stacji odwadniania osadów. W przypadku Żarowa – wymiana zużytej prasy do osadów oraz budowa instalacji wody technologicznej.
Czym zatem cechują się tanie, niezawodne i energooszczędne suszarnie słoneczne? Próba udzielenia wyczerpującej odpowiedzi na to pytanie zostanie zaprezentowana w kolejnej części tego artykułu.
Źródła:
- Sadecka Z., Trojanowska K.: Blaski i cienie suszarni słonecznych. „Wodociągi-Kanalizacja” 4/2015.
- Podewils W.: Best Available Techniques w suszeniu i spalaniu osadów. „Wodociągi-Kanalizacja” 2/2015.
- Dadej W., Pecio A.: Efektywność ekonomiczna unieszkodliwiania osadów ściekowych na przykładzie STSOO w Lublinie. VIII Konferencja Suszenie i termiczne przekształcanie osadów ściekowych – materiały konferencyjne.
- Trojanowska K.: Suszarnie słoneczne – aspekty ekonomiczne. Wodociągi i Kanalizacje 5/2013.
- Projeko: Dokumentacja projektowa modernizacji i rozbudowy Oczyszczalni Ścieków w Chełmie.
- Sobczyk R., Dembińska J.: Suszarnia słoneczna w Antoniowie. „Forum Eksploatatora” VII-VIII/2013.
- www.pws-zarow.pl
- www.wlkp-24.info
- www.e-belchatow.pl
- www.oto-strzelin.pl
- www.ostrzeszow.info.pl
- www.belchatow.naszemiasto.pl
- Materiały Eurotech, IST-Anlagenbau.