Kogeneracja w polityce energetycznej Polski
Założenia i przykłady realizacji
Konieczne będą działania popularyzujące technologie magazynowania ciepła
fot. pixabay
Skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej staje się koniecznością na drodze do dekarbonizacji gospodarki – przemysłu, energetyki i ciepłownictwa. Potencjał zastosowania kogeneracji jest wysoki, zwłaszcza przemysł potrzebuje znacznych ilości energii elektrycznej i ciepła w konkretnych lokalizacjach. Również energetyka i ciepłownictwo, zanim przejdą na odnawialne i bezemisyjne źródła energii, będą korzystać z kogeneracji, która zwiększa efektywność energetyczną i zmniejsza emisję gazów cieplarnianych.
Zobacz także
FLOWAIR Sprawdź, jak prześcigniesz konkurencję dzięki SYSTEMOWI FLOWAIR
Jeżeli na co dzień zarządzasz zespołem, z pewnością wiesz, że warunki panujące w pomieszczeniach bezpośrednio przekładają się na jakość i wydajność pracy. To samo dotyczy logistyki i zarządzania towarami...
Jeżeli na co dzień zarządzasz zespołem, z pewnością wiesz, że warunki panujące w pomieszczeniach bezpośrednio przekładają się na jakość i wydajność pracy. To samo dotyczy logistyki i zarządzania towarami – musisz o nie zadbać, aby podczas składowania nie straciły swoich właściwości.
Alfa Laval Efektywna wymiana ciepła to kwestia nowoczesnych rozwiązań w wymienniku ciepła a nie tylko powierzchni grzewczej
Światowe zapotrzebowanie na energię nie staje się coraz mniejsze – wręcz przeciwnie. W nadchodzących latach coraz trudniej będzie utrzymać konkurencyjność, ponieważ firmy na każdym rynku i w każdej branży...
Światowe zapotrzebowanie na energię nie staje się coraz mniejsze – wręcz przeciwnie. W nadchodzących latach coraz trudniej będzie utrzymać konkurencyjność, ponieważ firmy na każdym rynku i w każdej branży poszukują nowych sposobów maksymalizacji wydajności przy jednoczesnym obniżeniu kosztów energii i udoskonaleniu swojego wizerunku w zakresie ochrony środowiska. Wyzwania te będą złożone i wieloaspektowe.
TRANTER, Jakub Szałwiński Wpływ parametrów pracy wymiennika chłodu na jego wielkość i cenę
Wymienniki płytowe uszczelkowe stosowane są w instalacjach chłodu od wielu lat i nie mają konkurencji wśród innych typów wymienników ciepła. Co prawda dla małych przepływów i mocy istnieje możliwość zastosowania...
Wymienniki płytowe uszczelkowe stosowane są w instalacjach chłodu od wielu lat i nie mają konkurencji wśród innych typów wymienników ciepła. Co prawda dla małych przepływów i mocy istnieje możliwość zastosowania wymienników płytowych lutowanych, lecz od pewnych wartości przepływów wymienniki lutowane wymagają stosowania układów wielowymiennikowych.
Kogeneracja rozproszona jest promowaną w Europie technologią energetyczną. Ma się ona przyczynić do zwiększenia efektywności energetycznej i obniżenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. W układach kogeneracyjnych można wykorzystać różne paliwa, a optymalnym rozwiązaniem jest zastosowanie biopaliw.
Polityka energetyczna Polski do 2040 roku [1] zakłada, że zbudowany zostanie niemal nowy system elektroenergetyczny, którego silną podstawą będą źródła nisko- i zeroemisyjne. O ile zapotrzebowanie na energię elektryczną może być pokrywane centralnie poprzez rozbudowany system energetyczny zasilany także z odnawialnych i nieemisyjnych źródeł rozproszonych, to pokrycie zapotrzebowania na ciepło odbywa się na poziomie lokalnym – miast i gmin. Co więcej, ciepłownictwo sieciowe ma wspomagać proces poprawy jakości powietrza. Rządowy program zakłada, że na terenach, na których występują techniczne warunki dostarczenia ciepła z efektywnego energetycznie systemu ciepłowniczego, odbiorcy w pierwszej kolejności powinni korzystać z ciepła sieciowego, o ile nie zastosują rozwiązania bardziej ekologicznego. Zapowiadane jest konsekwentne egzekwowanie tego obowiązku. Do 2030 roku ok. 1,5 mln nowych gospodarstw domowych ma zostać przyłączonych do sieci ciepłowniczej.
Z kolei przyjęty na początku maja br. Krajowy Plan Odbudowy [2] jest podstawą do wypłaty środków z unijnego Funduszu Odbudowy. Polska będzie miała do dyspozycji ok. 58 miliardów euro w formie dotacji i pożyczek. KPO przewiduje, że na „zieloną energię i zmniejszenie energochłonności” przeznaczone zostanie blisko 40% środków. Mają one zostać wykorzystane na poprawę efektywności energetycznej budynków i wymianę źródeł ciepła, w tym w ramach programu „Czyste Powietrze” oraz Funduszu Termomodernizacji i Remontów (m.in. spółdzielnie i wspólnoty oraz szkoły i obiekty lokalnej aktywności społecznej). Na modernizację energetyczną budynków w KPO przewidziano ponad 3,5 mld euro, a na wzrost udziału efektywnych systemów ciepłowniczych – 300 mln euro.
Plany te pokazują, jakie instalacje trzeba będzie zaprojektować i zbudować. Branża jest od wielu lat gotowa na takie działania. Technologie są znane i stosowane od paru dziesięcioleci.
O efektywności ciepła systemowego decyduje źródło jego wytwarzania oraz system dostarczania. Zgodnie z regulacjami unijnymi i krajowymi system jest efektywny energetycznie, jeśli do produkcji ciepła i chłodu wykorzystuje co najmniej:
- w 75% ciepło pochodzące z kogeneracji (CHP, ang. combined heat and power),
- w 50% ciepło odpadowe (produkt uboczny procesów przemysłowych),
- w 50% energię z OZE,
- w 50% połączenie energii z OZE i ww. ciepła.
Polityka energetyczna Polski wskazuje, że kryterium systemu efektywnego energetycznie spełnia aktualnie tylko ok. 20% spośród systemów ciepłowniczych lub chłodniczych, które dostarczają ok. 85% ogólnego wolumenu ciepła systemowego w kraju. W 2018 roku w kogeneracji wytworzono ok. 17% energii elektrycznej i ok. 63,5% ciepła systemowego. Plany rządowe zakładają, że w 2030 r. co najmniej 85% spośród systemów ciepłowniczych lub chłodniczych, w których moc zamówiona przekracza 5 MW, ma spełniać kryteria efektywnego energetycznie systemu ciepłowniczego. Ten cel ma pomóc osiągnąć zwłaszcza wysokosprawna kogeneracja oraz „uciepłownienie” elektrowni i zwiększenie wykorzystania OZE, a także odpadów w ciepłownictwie systemowym, modernizacja i rozbudowa systemów dystrybucji ciepła i chłodu oraz popularyzacja magazynów ciepła i inteligentnych sieci.
Indywidualne zapotrzebowanie na ciepło ma być pokrywane ze źródeł o możliwie najniższej emisyjności – czyli z pomp ciepła, ogrzewania elektrycznego, gazu ziemnego. W miastach mamy całkowicie odejść od węgla do 2030 roku, a na wsiach do 2040. Problemem we wdrażaniu tych planów będzie m.in. kwestia akceptacji ceny ciepła sieciowego przez nowych odbiorców.
Rozwój kogeneracji odgrywa kluczową rolę w realizacji polityki energetycznej Polski. Koszty budowy takich instalacji są wyższe niż budowy ciepłowni, powinny to jednak zrekompensować przychody pochodzące ze sprzedaży dwóch rodzajów energii. Aby zachęcić do rozwoju i wykorzystania układów kogeneracyjnych, utrzymane zostanie wsparcie dla energii elektrycznej wytworzonej w wysokosprawnej kogeneracji. Przewiduje się, że system będzie aktywny tak długo, jak rynek będzie wymagał interwencji. W dalszej perspektywie ciepło systemowe powinno być wytwarzane przede wszystkim w CHP i w oparciu o źródła niskoemisyjne.
Polityka energetyczna do 2040 roku zakłada także zwiększenie wykorzystania OZE w ciepłownictwie systemowym – odbywać się to będzie głównie poprzez wykorzystanie lokalnych zasobów energii odnawialnej, tj. biomasy, biogazu czy geotermii, jak również energii słonecznej.
Kolejnym kierunkiem działania jest zwiększenie wykorzystania ciepła wytworzonego w instalacjach termicznego przekształcania odpadów w ciepłownictwie systemowym (głównie w CHP) – w odróżnieniu od pieców domowych spalarnie odpadów wyposażone są w wysokoefektywne instalacje oczyszczania spalin, a bardzo wysokie temperatury zapewniają wypalenie większości części lotnych. Przy zachowaniu unijnej hierarchii sposobów postępowania z odpadami ich termiczne przekształcanie wpisuje się w ideę gospodarki o obiegu zamkniętym.
Wdrażane ma być także uciepłownienie elektrowni i wykorzystanie ciepła odpadowego w celu osiągania jak najwyższej efektywności energetycznej. Na poziomie lokalnym prowadzone powinny być analizy ekonomiczne i techniczne możliwości systemowego zagospodarowania ciepła towarzyszącego wytwarzaniu energii elektrycznej w elektrowniach lub stanowiącego odpad z procesów przemysłowych. Wykorzystanie potencjału podmiotów przemysłowych (autoproducentów) aktywnie wpisujących się w transformację może być wsparciem i uzupełnieniem dla projektów energetyki zawodowej.
W celu zwiększania efektywności energetycznej prowadzone będą także modernizacje i rozbudowa systemu dystrybucji ciepła i chłodu. Będzie to m.in. ograniczenie strat w transporcie dzięki zastosowaniu rur preizolowanych, upraszczany ma zostać także proces inwestycyjny, tak aby szybko zwiększyć zasięg sieci ciepłowniczych.
Ciepło systemowe ma być również wykorzystywane do produkcji chłodu za pomocą technologii sorpcyjnych – adsorpcyjnych i absorpcyjnych. Technologie te mogą zastępować konwencjonalne chłodnicze urządzenia sprężarkowe zasilane energią elektryczną, co jest szczególnie istotne latem, gdyż pozwala zredukować zapotrzebowanie na moc elektryczną i w większym stopniu wykorzystać potencjał źródeł cieplnych.
Konieczne też będą działania popularyzujące technologie magazynowania ciepła w celu jego wykorzystania w okresach zwiększonego zapotrzebowania, co usprawni działanie systemów ciepłowniczych. Rozwiązanie to pozwala także na wykorzystanie nadwyżek energii elektrycznej wytworzonych przez niesterowalne OZE, tj. elektrownie wiatrowe i panele fotowoltaiczne, czy za pomocą innych innowacyjnych technologii do podgrzania czynnika grzewczego.
Zwiększanie efektywności energetycznej wymagać będzie również wdrażania technologii inteligentnych sieci, czyli nowoczesnych metod zarządzania sieciami w celu m.in. ograniczenia strat przy przesyle ciepła, wykrywania usterek i usprawnienia czynności eksploatacyjnych.
Środki na kogenerację i przykłady inwestycji
NFOŚiGW od lat finansuje wiele inwestycji kogeneracyjnych i podnoszących efektywność systemów ciepłowniczych. Środki można było pozyskiwać z różnych programów, m.in. pilotażowego „Ciepłownictwa Powiatowego” czy „Polskiej Geotermii Plus” oraz z zasobu I osi priorytetowej POIiŚ 2014–2020 „Zmniejszenie emisyjności gospodarki” w ramach działania 1.5 Efektywna dystrybucja ciepła i chłodu.
Unijne dofinansowanie dla przedsięwzięć ciepłowniczych udzielone przez NFOŚiGW na rozbudowę i modernizację sieci otrzymały w ostatnich miesiącach m.in. zakłady ciepłownicze w: Oświęcimiu, Olecku, Olsztynie, Ostrowie, Bełchatowie, Warszawie, Orzyszu, Toruniu, Wrocławiu, Gdańsku, Kędzierzynie, Opolu, Krakowie, Koninie, Kielcach, Krośnie, Rzeszowie, Ciechanowie i Puławach.
Fundusz w 2020 roku przeznaczył także ponad 300 mln zł na 41 przedsięwzięć związanych z rozwojem wysokosprawnej kogeneracji. Efektem ma być roczne zmniejszenie zużycia energii pierwotnej o prawie 3 mln GJ oraz roczny spadek emisji gazów cieplarnianych o ponad 740 tys. ton równoważnika CO2.
Między innymi Fundusz wspiera budowę instalacji w Grajewie wykorzystującej paliwo biogazowe o całkowitej znamionowej mocy 1,2 MW, korzystającej z silnika kogeneracyjnego zasilanego biogazem z osadów produkowanych w oczyszczalni ścieków mleczarskich oraz odpadów mleczarskich. Finansuje także m.in. instalacje w Drzonowie i Marcinkowicach oraz w gminach Tuczno i Biały Bór (woj. zachodniopomorskie) z instalacjami do produkcji biogazu rolniczego.
Wsparcie Funduszu otrzymało też PEC Wyszków na budowę układu wysokosprawnej kogeneracji z wykorzystaniem biomasy. Projekt przewiduje budowę nowoczesnego, w pełni zautomatyzowanego i efektywnego technologicznie oraz ekonomicznie układu wysokosprawnej kogeneracji, pracującego w oparciu o kocioł parowy opalany biomasą o mocy 10,87 MW, współpracujący z turbiną o mocy 2,5 MWel. Instalacja ma pracować przez cały rok z dyspozycyjnością przekraczającą 8000 godz. rocznie. Paliwem będzie biomasa leśna. Układ dostosowany jest do spalania najgorszego paliwa biomasowego będącego odpadem po produkcji leśnej lub tartacznej, które nie nadaje się do innego zastosowania w gospodarce. W wyniku realizacji tej inwestycji spodziewany jest spadek emisji siarki o ponad 63%, pyłu o ponad 17%, tlenku węgla o ponad 58%, a dwutlenku węgla o ponad 64%. Ponadto instalacja ta pozwoli uzyskać PEC Wyszków status „efektywnej sieci ciepłowniczej” i zapewni dostęp do kolejnych preferencyjnych europejskich środków finansowych na rozwój i dalszą modernizację, co jest niezbędne do dalszego funkcjonowania przedsiębiorstwa na rynku.
Jedną z ciekawych inwestycji kogeneracyjnych prowadzi poznańska Veolia w Szlachęcinie w gminie Czerwonak. System łączy kogenerację i odzysk ciepła ze ścieków. Ciepło ze ścieków odzyskują pompy ciepła zasilane energią elektryczną produkowaną w agregacie kogeneracyjnym. To rozwiązanie zastosowano w Polsce po raz pierwszy. Nowa instalacja częściowo zastąpi tradycyjną ciepłownię zasilaną węglem działającą w pobliskim Bolechowie. Moc elektryczna instalacji kogeneracyjnej wynosi ok. 1 MW, z czego 700 kW skonsumowane zostanie na zasilanie pompy ciepła, a pozostałe 300 kW odbierze krajowy system energetyczny. Moc cieplna instalacji wynosi 1,9 MW i ma ona dawać rocznie ponad 38 tys. GJ ciepła odzyskiwanego ze ścieków odpadowych przez pompę ciepła i 29 tys. GJ z układu kogeneracji zasilanego gazem.
Z kolei Elbląskie Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej podpisało z Krajową Agencją Poszanowania Energii kompleksową umowę na przygotowanie dokumentacji budowy systemu, który będzie dofinansowany ze środków europejskich. Grant pozyskany został z Europejskiego Banku Inwestycyjnego w ramach programu ELENA (European Local Energy Assistance). Inwestycja jest zgodna z przyjętą przez rząd „Polityką energetyczną Polski 2040” (PEP2040) oraz z uchwałami Rady Miejskiej w Elblągu. Realizacja gazowego kogeneracyjnego źródła ciepła przyczyni się do poprawy jakości powietrza w mieście. W ramach dalszej współpracy KAPE z EPEC powstanie również magazyn ciepła i farma fotowoltaiczna o mocy ok. 1 MWe. Umowa z KAPE obejmuje opracowanie studium wykonalności projektu, przygotowanie dokumentacji w celu uzyskania decyzji środowiskowej, wykonanie audytu i skompletowanie niezbędnych dokumentów oraz złożenie wniosku o dofinansowanie. Wartość tego etapu umowy to 277 000 zł, a dofinansowanie wyniesie ponad 190 tys. zł.
Program ELENA jest inicjatywą Komisji Europejskiej realizowaną przez Europejski Banku Inwestycyjny (EBI) w ramach programu Horyzont 2020. Zapewnia dotacje (granty) na pomoc techniczną skoncentrowaną m.in. na wdrażaniu programów efektywności energetycznej i rozproszonej energii odnawialnej.
Przykładem budynku z trigeneracją jest obiekt badawczo-biurowy firmy BWI Group w podkrakowskich Balicach. To samowystarczalny energetycznie budynek z zaawansowanym systemem trigeneracji, o powierzchni ponad 11 000 m2, z częścią laboratoryjną i biurową, będący miejscem pracy dla blisko 400 inżynierów specjalizujących się w procesach badawczych, projektowych i wytwórczych zawieszeń samochodowych. Energię do zasilania instalacji elektrycznej, ogrzewania i chłodzenia oraz wentylacji budynku dostarcza turbina gazowa. Ewentualne nadwyżki prądu oddawane są do lokalnej sieci energetycznej. Ciepło z chłodzenia silnika i gorących spalin jest odzyskiwane do podgrzewania wody oraz ogrzewania budynku. W lecie, kiedy wytwarzanego ciepła nie wykorzystuje się w pełni, podgrzana woda kierowana jest na agregat absorpcyjny i ciepło wykorzystywane jest do wytworzenia wody zimnej dla instalacji klimatyzacyjnej. Jest to jeden z pierwszych w Polsce budynków biurowo-laboratoryjnych z układem trigeneracyjnym. Laboratoria wymagają bowiem wysokiego poziomu kontroli temperatury i wilgotności oraz czystości powietrza wentylacyjnego.
Literatura
-
- https://www.gov.pl/web/klimat/polityka-energetyczna-polski (dostęp: 4.05.2021)
- https://www.gov.pl/attachment/2572ae63-c981-4ea9-a734-689c429985cf (dostęp: 5.05.2021)
- Gurgacz Sebastian, Jarosiński Michał, Kogeneracja – czy i komu się opłaca?, „Rynek Instalacyjny” 7-8/2020, http://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id5095,kogeneracja-czy-i-komu-sie-oplaca
- (dostęp: 5.05.2021)Gurgacz Sebastian, Grudzień Anna, Wsparcie dla małych i średnich ciepłowni. Efektywne systemy ciepłownicze i walka ze smogiem, „Rynek Instalacyjny” 4/2019, http://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id4714,wsparcie-dla-malych-i-srednich-cieplowni (dostęp: 5.05.2021)
- Ustawa z dnia 14 grudnia 2018 r. o promowaniu energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji (DzU 2019, poz. 42)
