Uwalniający się podczas wydobycia węgla metan w zetknięciu z tlenem tworzy mieszaniny wybuchowe, co jest jedną z najczęstszych przyczyn katastrof górniczych. W związku z tym bardzo istotne jest właściwe jego zagospodarowanie.
Metan występujący jako kopalina towarzysząca zasobom złóż węgla kamiennego jest uwalniany i ujmowany w trakcie robót górniczych w celu
zapewnienia bezpieczeństwa załogi. Stanowi on nie tylko śmiertelne zagrożenie dla pracujących pod ziemią górników, ale jest też ponad dwudziestokrotnie bardziej szkodliwy dla atmosfery niż dwutlenek węgla1.
 
Cenne paliwo
Jedne z najnowocześniejszych technologii do odzyskiwania metanu i wykorzystywania go do skojarzonej produkcji energii elektrycznej oraz ciepła funkcjonują w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej. W pierwszym półroczu br. stacje odmetanowania w kopalniach JSW ujęły 61,4 mln m3 czystego gazu, z czego 53 mln m3 zużyto do produkcji energii. – Nasze kopalnie zaliczane są do najwyższej kategorii zagrożenia metanowego. Dlatego od lat stosujemy najnowocześniejsze technologie mające na celu zapewnienie pełnego bezpieczeństwa naszym pracownikom – podkreśla Jarosław Zagórowski, prezes JSW. – Odnosimy na tym polu wielkie sukcesy, ponieważ metan nie jest dla nas jedynie źródłem zagrożenia, ale także cennym paliwem. Wyprodukowane z metanu energia elektryczna, ciepło i chłód wykorzystywane są na potrzeby własne kopalni, co pozwala ograniczyć zakup energii elektrycznej od dostawców zewnętrznych1. Efektywność odmetanowania w kopalniach JSW wynosi ok. 40% uwalnianego metanu. Pozostałe 60% jest usuwane z wyrobisk dołowych za pomocą wentylacji. Ujęta do rurociągów mieszanka metanowo-powietrzna zużywana jest w obiektach własnych oraz sprzedawana Spółce Energetycznej „Jastrzębie”, gdzie metan jest wykorzystywany do produkcji energii2. Ujmowane wskutek odmetanowiania mieszanki metanowo-powietrzne o koncentracjach 45-70% metanu siecią gazociągów są dostarczane m.in. do suszarni flotokoncentratu w kopalni „Krupiński”, silnika gazowego w kopalni „Borynia-Zofiówka”, elektrociepłowni „Moszczenica” i „Zofiówka”, silników gazowych w elektrociepłowniach „Suszec”, „Pniówek” i „Moszczenica”, a także kotłów i silników gazowych w „ZPC Żory”3. Wykorzystanie ujętego gazu waha się od 85% w miesiącach zimowych do 70% latem2.
W 2010 r. w trakcie eksploatacji górniczej JSW zostało uwolnionych 338 mln m3 metanu, z czego ujęto 132 mln m3 (tab.). W ramach gospodarczego wykorzystania metanu zostało zrealizowanych szereg inwestycji przez JSW, Spółkę Energetyczną „Jastrzębie” (SEJ) oraz inne podmioty, np. ZPC Żory w obszarze ujęcia metanu (budowa i modernizacja stacji odmetanowania), przesyłu gazu (budowa i modernizacja sieci przesyłowych), a także budowy układów kogeneracyjnych (produkcja energii elektrycznej, ciepła i chłodu na potrzeby kopalń)3 (tab. 2). Metan jest stosowany w elektrociepłowniach „Zofiówka” i „Moszczenica”, które wykorzystują to paliwo do współspalania w kotłach energetycznych. Ponadto wykorzystywany jest również w silnikach gazowych. Aktualnie w kopalniach JSW pracuje 13 silników gazowych o mocach elektrycznych od 1,8 MW do 4 MW, co daje łącznie 36 MW mocy elektrycznej i 39,3 MW mocy cieplnej1.
 
Tab. 1. Ujęcie metanu w JSW3
 
Rok
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
(I poł.)
Ilość [mln m3 CH4]
127,5
126,1
123,8
135,9
133,1
132
135,7
61,4
 
 
Tab. 2. Inwestycje związane z ujęciem i wykorzystaniem metanu3
 
Rok
Inwestycja
Nakłady [mln zł]
1997
Silnik TBG632 V16 o mocy 3 MWel nr 1 w kopalni „Krupiński”
8,5
1998
Zabudowa kotłów gazowych o mocy 2 x 1,2 MWt w kopalni „Borynia”
1,2
2000
Silniki TBG632 V16 o mocy 2 x 3,2 MWel wraz z układem centralnej klimatyzacji o mocy 5 MWch w kopalni „Pniówek”
53
2004
Budowa gazociągu „Pniówek” – „Zofiówka”
5,5
2005
Silnik TCG2032 V16 o mocy 3,9 MWel nr 2 w kopalni „Krupiński”
10
2005
Budowa stacji odmetanowania przy szybie VI kopalni „Jas-Mos”
3,6
2005
Modernizacja stacji odmetanowania kopalni „Pniówek”
9
2005
Budowa gazociągu „Zofiówka” – EC „Moszczenica”
15
2006
Silnik TCG2032 V16 o mocy 3,9 MWel nr 3 w kopalni „Pniówek”
10
2007
Budowa gazociągu „Borynia” – sieć SEJ
1,4
2008
Silnik JMS 612 GS o mocy 1,8 MWel w kopalni „Borynia”
5,8
2011
Silnik G3520 C CMM o mocy 2 x 2 MWel w kopalni „Krupiński”
12,7
2011
Silnik TCG2032 V16 o mocy 4 MWel w kopalni „Pniówek”
11,5
2011
Silnik TCG2032 V16 o mocy 4 MWel w EC „Moszczenica”
11,6
 
Tradycja i nowoczesność
Najnowsze dwa silniki gazowe o mocach po 2 MW zostały uruchomione w kopalni „Krupiński” w 2011 r. Dwa agregaty prądotwórcze wytwarzają energię cieplną w ilości 45 000 GJ i energię elektryczną w ilości ok. 25 000 MWh. Zaspokoi to część potrzeb kopalni, która zaoszczędzi dzięki temu 7 mln zł rocznie. Nie bez znaczenia są również efekty ekologiczne tej inwestycji, a więc ograniczenie emisji metanu do atmosfery o 6,5 mln m3 rocznie. Produkcja w skojarzeniu energii elektrycznej i ciepła pozwala uzyskać wysoką sprawność całkowitą układu na poziomie 87%. Całkowite zapotrzebowanie kopalni na moc wynosi ok. 24 MW, przy czym 10,9 MWEl uzyskuje się z metanu pochodzącego z odmetanowania4.
Układ kogeneracyjny został zabudowany w wolno stojącym budynku o lekkiej konstrukcji w bezpośrednim sąsiedztwie stacji odmetanowania. Gaz z odmetanowania kopalni „Krupiński” jest dostarczany bezpośrednio rurociągiem do agregatów prądotwórczych na bazie silników gazowych, które napędzają generatory wytwarzające energię elektryczną o napięciu 6 kV. Energia ta kablami jest wprowadzana do rozdzielni głównej, zasilającej kopalnię. Ciepło wytwarzane w silnikach (układ chłodzenia silnika i gorące spaliny) poprzez odpowiednie wymienniki jest ujmowane i dostarczane do sieci ciepłowniczej kopalni (temp. 90/70°C), a następnie wykorzystywane w łaźni kopalnianej i do ogrzewania pomieszczeń. Rocznie stacja odmetanowania w kopalni „Krupiński” ujmuje ok. 41 mln m3 czystego metanu, przy czym pozyskiwana mieszanka metanowo-powietrzna zawiera średnio od 50 do 60% metanu. Decyzję o zabudowie kolejnego układu kogeneracyjnego o mocy 4 MWEl podjęto ze względu na prognozy dotyczące utrzymania się podaży tego gazu w kolejnych latach na poziomie 40-55 mln m3 rocznie4. Warto zaznaczyć, że w tej samej kopalni pierwszy tego typu silnik został uruchomiony w grudniu 1997 r., a więc niemal piętnaście lat temu. Wszystkie silniki w 2011 r. zużyły 48,8 mln m3 metanu, produkując ponad 257 tys. MWh energii elektrycznej i ponad 600 tys. GJ ciepła1.
Dodatkowe korzyści zapewniają także efekty ekologiczne gospodarczego wykorzystania metanu, wynikające z ograniczenia emisji tego gazu do atmosfery. Przykładem może być silnik gazowy pracujący w kopalni „Borynia”, który wygenerował zredukowane jednostki emisji tzw. ERU (ang. emission reduction units). Powstają one dzięki przeliczeniu ilości metanu, który nie trafi do atmosfery, na redukcję emisji CO2. Tylko w pierwszym półroczu br. sprzedano je japońskiej firmie za kwotę 321 tys. euro. Umowę na sprzedaż zredukowanych jednostek emisji (ERU) z japońskim koncernem Chugoku Electric Power z Hiroszimy JSW zawarła już w 2008 r. W sumie od początku obowiązywania umowy dochód z tego tytułu wyniósł ok. 1 mln euro1.
 
Źródła
1. Jabłońska-Bajer K.: JSW liderem w wykorzystaniu metanu. „Jastrzębski węgiel” 8/2012.
2. Broszura „Dbamy o środowisko naturalne”. JSW 2012.
3. Gatnar K.: Gospodarcze wykorzystanie metanu z pokładów węgla w Jastrzębskiej Spółce Węglowej. Materiały z konferencji naukowej „Nowoczesne układy wentylacji, klimatyzacji, kogeneracji i utrzymania ruchu w górnictwie podziemnym”. Cieszyn 2012.
4.Jabłońska-Bajer K.: Energia z metanu. „Jastrzębski węgiel” 13/2011.
 
Małgorzata Masłowska-Bandosz
 
Pełna wersja artykułu, zawierająca linki do cytowanej literatury, jest dostępna tutaj
Archiwum JSW/T. Siemieniec
Silniki gazowe w kopalni
Archiwum JSW/T. Siemieniec Silniki gazowe w kopalni "Krupiński"