Kogeneracja węgla

undefined

fot. zach reinhart/Freeimages.com

Polska energetyka w zdecydowanej większości oparta jest na wytwarzaniu energii elektrycznej, za pomocą energetyki konwencjonalnej. Moc zainstalowana w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE) wynosi ponad 38,744 GW. Zdecydowaną większość stanowią elektrownie wykorzystujące jako paliwo – spalany węgiel kamienny i brunatny.

W grudniu 2014 r. aż 75 proc. mocy z polskich elektrowni, pochodziło ze spalania węgla. W najbliższych latach Polską gospodarkę czeka ogromna zmiana technologiczna. Do tej pory niepodważalnym dogmatem wytwarzania energii elektrycznej, w naszym kraju, było opieranie się na produkcji energii z węgla. Jednak wejście do Unii Europejskiej w 2004 r. i podpisanie na forum międzynarodowym zobowiązań zmniejszających emisję , a dokładnie dyrektywę 28/WE z roku 2009, wymusiło na rządzie Rzeczypospolitej wprowadzenie zmian w kwestii nośnika energii. Na mocy podpisanego dokumentu, Polska – jako pełnoprawny członek Unii Europejskiej – zgodziła się na przyjęcie zobowiązania, z którego wynika, że do 2020 r. ograniczy emisję dwutlenku, oraz że Odnawialne Źródła Energii (OZE) będą stanowić 15 proc. udziału produkcji energii, w miksie energetycznym polskiej gospodarki. Korzystnie na gospodarkę nie wpłynął również fakt podpisania międzynarodowego porozumienia, na konferencji klimatycznej ONZ w Paryżu, w roku 2015 (COP21). Podczas spotkania przedstawicieli wszystkich państw świata, gospodarki emitujące najwięcej gazów cieplarnianych (Chiny, USA, Rosja, Indie, i Unia Europejska) wypracowały wspólne porozumienie o diametralnym ograniczeniu produkcji CO2. Pociągnęło to za sobą narzucenie kolejnych, bardzo wyśrubowanych, ograniczeń dla członków Unii.

Zagrożenie dla bezpieczeństwa Polski

Kraj nad Wisłą od lat opiera swoją gospodarkę na węglu, którego zresztą jedne z największych zasobów europejskich znajdują się na jego terenie. Dlatego też, przez całe pokolenia kształcona była kadra naukowa związana z węglem, ale także technologia. Nagłe ograniczenie emisji dwutlenku węgla i zwiększenie udziału OZE w miksie energetycznym, jest niemożliwe i nieopłacalne ekonomicznie. Była prezes zarządu Kompanii Węglowej, Joanna Strzelec-Łobodzińska, w wypowiedzi dla portalu „www.wnp.pl”, powiedziała: „Pojęcie „bezpieczeństwo energetyczne” oznacza, że powinniśmy być uniezależnieni od zewnętrznych ingerencji i impulsów, dlatego powinniśmy je opierać na tych surowcach, które posiadamy, i które powinniśmy wykorzystywać w sposób jak najbardziej przyjazny dla środowiska”. Z słów prezes ewidentnie wynika, że Polska, nie tylko powinna, ale nawet musi opierać się na zasobach surowców, których jest beneficjentem. Co czeka Polskę jeżeli nie spełni wymogów, które zostały narzucone przez Unię? Ciągle rosnące ceny uprawnień do emisji dwutlenku węgla spowodują nieopłacalność produkcji energii z węgla, w obecnym procentowym udziale tego nośnika. Według Komisji Europejskiej do 2030 roku emisja CO2 ma zostać zmniejszona o 40 proc. KE, z roku na rok, zmniejsza ilość uprawnień na emisje dwutlenku węgla, na unijnym rynku handlu emisjami. Według analityków, po roku 2020 za emisje tony CO2 trzeba będzie płacić 20 euro. Wytworzenie MWt z węgla kamiennego powoduje emisje 0,9 tony CO2, natomiast z węgla brunatnego otrzymujemy 1,1 tony CO2. Tak duże ceny emisji, za które będziemy zmuszeni płacić, spowodują nieopłacalność produkcji energii elektrycznej i cieplnej. Starsze zakłady na węgiel kamienny, a z czasem także na węgiel brunatny, staną się nierentowne i trzeba będzie je wyłączyć, mimo ich technicznej możliwości ciągłej pracy. Zmniejszanie produkcji gazów cieplarnianych, w połączeniu ze zwiększaniem OZE w miksie energetycznym Polski, nie jest zgodne z polityką bezpieczeństwa państwa Polskiego. Tak jak zaznaczyła prezes Strzelec-Łobodzińska, musimy być w jak największym stopniu samowystarczalni, przy jak największym udziale węgla w miksie energetycznym. Tylko jak tego dokonać, jeżeli musimy jednocześnie spełnić wcześniej wymienione obostrzenia. Lekiem na zaistniałą sytuację jest kogeneracja.

Efektywny system

To technologia umożliwiająca jednoczesne zastosowanie wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej. Zastosowanie takiego układu daje nam lepszy współczynnik wykorzystania energii pierwotnej, w produkcji tych dwóch mediów, niż w przypadku osobnych instalacji. W takim razie, kogeneracja prowadzi do zmniejszenia kosztów produkcji ciepła oraz energii elektrycznej. Dzięki zaoszczędzeniu ilości potrzebnego paliwa na wytwarzanie wspomnianych mediów, zaoszczędzamy – nie tylko pieniądze – ale przede wszystkim obniżamy ilość wprowadzanego do atmosfery CO2, a także innych szkodliwych związków. Zastosowanie kogeneracji i wprowadzenie jej w mniejszych miastach Polski, mogłoby również w znaczący sposób, pomóc borykającemu się ze smogiem polskiemu społeczeństwu. Szacuje się, że 80 proc. zanieczyszczeń powietrza pyłami PM10 i PM2.5, pochodzi z domowych pieców grzewczych. Dokument przygotowany przez Ministerstwo Gospodarki o nazwie „Polityka energetyczna Polski do 2030 r.”, stawia na sześć głównych kierunków polityki energetycznej. Są to: poprawa efektywności energetycznej, rozwój konkurencyjnych rynków paliw i energii, ograniczenie oddziaływania energetyki na środowisko, rozwój wykorzystania odnawialnych źródeł energii, dywersyfikacja struktury wytwarzania energii elektrycznej, poprzez wprowadzenie energetyki jądrowej, i wzrost bezpieczeństwa dostaw paliw i energii. Cztery z powyższych punktów mogą być spełnione przez wprowadzenie na szerszą skalę kogeneracji w Polsce. Zastosowanie kogeneracji podnosi sprawność całego systemu, dzięki wykorzystaniu produkowanego ciepła. Zagospodarowanie wytwarzanego ciepła, wymaga rozwinięcia sieci ciepłowniczych. Ponadto, odbiorcy powinni być położeni w miarę bliskiej odległości od instalacji. Straty ciepła, jakie ponosimy na przesyle, powodują zmniejszanie sprawności całego układu. Dlatego też najkorzystniejszym z ekonomicznego oraz technicznego punktu widzenia, jest zastosowanie tak zwanej małej kogeneracji. Polega ona na lokalnym produkowaniu ciepła i energii elektrycznej. Przez to nie tracimy na przesyle, a media produkowane są na miejscu.

Układy kogeneracyjne nazywane są także systemami CHP (combined heat&power system). W przemyśle wyróżniamy technologie, takie jak turbiny upustowo-kondensacyjne oraz turbiny parowe przeciwprężne. Oba te rozwiązania oparte są o obieg zamknięty Rankine’a. Kogeneracja przede wszystkim współgra z turbinami gazowymi, działającymi na zasadzie obiegu Braytona.

Dwie pieczenie na jednym ogniu

Ewidentnie kogeneracja węglowa niesie ze sobą dużą ilość pozytywnych aspektów, na wielu polach takich jak korzyści eksploatacyjne, finansowe, środowiskowe, czy też dobrodziejstwa prawne. Zastosowanie tej innowacyjnej, jak na Polskie warunki, technologii, w aspekcie wcześniej wspomnianych korzyści, może przynieść Rzeczpospolitej same plusy. Jak wcześniej wspomniano, gospodarka państwa znad Wisły, prawie w całości opiera się na paliwach stałych (w szczególności na węglu kamiennym i brunatnym, ponad 75 proc. w strukturze produkcji energii elektrycznej za rok 2014). Dlatego sprzężenie elektrowni węglowych z możliwością wytwarzania ciepła na potrzeby mieszkańców danych regionów (w większym stopniu), w których będą zlokalizowane instalacje kogeneracyjne, zwiększy bezpieczeństwo dostaw energii. Z wspomnianych korzyści eksploatacyjnych, jednym z najważniejszych jest zwiększenie elastyczności wytwarzania ciepłej wody użytkowej oraz ciepła na potrzeby grzejnictwa, jak również zwiększenie bezpieczeństwa związanego z zapewnieniem ciągłości dostaw energii. Dzięki takiemu połączeniu obniżamy koszty użycia energii pierwotnej z węgla czy to kamiennego czy to brunatnego. Niedawno także odkryto możliwość sprzężenia trzech systemów, które nazwano trigeneracją. Wykorzystuje ona nadmiar ciepła w absorpcyjnych agregatach chłodniczych, umożliwiając tym samym budowę sieci chłodniczych. Wykorzystując te instalacje w okresach wyższych temperatur, można zaopatrywać biurowce tak potrzebnym chłodem. Najważniejszą korzyścią z perspektywy rachunku ekonomicznego, jest całkowite obniżenie kosztów produkcji tak uzyskanej energii. Podążając przysłowiem „upiec dwie pieczenie na jednym ogniu”, można w sposób elastyczny dokonać zakupu technologii. Dzięki temu uzyskujemy niższe koszty inwestycji w infrastrukturę towarzyszącą. Kogeneracja sprawia także ustabilizowanie kosztów energii elektrycznej w danym okresie. Dla działów finansowych ważnym będzie możliwość zarządzania środkami trwałymi i możliwość zbycia prawa majątkowego ze świadectw pochodzenia energii. Przykładowo, sprawność wytwarzania prądu w elektrowniach węglowych, wynosi poniżej 40 proc. Natomiast w przypadku kogeneracji węglowej, sprawność ta sięga rzędu 80 proc. Różnica wynosząca ponad 50 punktów procentowych wykorzystywana jest do produkcji chociażby ciepłej wody użytkowej.

Plusy i minusy

Naciski Unii Europejskiej, a konkretniej Komisji Europejskiej, na zmniejszanie emisji gazów cieplarnianych, ewidentnie uwypuklają kolejne zalety stosowania kogeneracji, z punktu widzenia korzyści środowiskowych. Najważniejsze z pewnością jest obniżenie emisji gazów cieplarnianych (dwutlenku węgla). Umiejscowienie instalacji kogeneracji w bliskości obiektów wymagających jednoczesnego zaopatrywania w ciepło i prąd elektryczny, powoduje zmniejszenie strat wynikających z przesyłania. Dzięki temu obniżamy zapotrzebowanie paliwa na produkcję tych mediów. Proces technologiczny stwarza nam szanse, na zmniejszenie własnych potrzeb na zużycie energii. Kogeneracja to przyszłość polskiej gospodarki, jednak warto zauważyć, że niesie ze sobą nie tylko plusy, ale także minusy, o których należy wspomnieć. Barierą ekonomiczną, która tworzy się przy planowaniu nowy inwestycji, jest koszt budowy sieci ciepłowniczej. Nie tylko zresztą ten mankament jest problemem, ale także stopień zapotrzebowania na ciepło. Przy obecnych szacunkach, prawdopodobnie w przyszłości będzie ono spadać. Wynika to z faktu wielkiego programu termomodernizacji obiektów budowlanych. Jednak można zaradzić tej sytuacji poprzez wprowadzenie prawa zachęcającego do podłączenia się do miejskiej sieci ciepłowniczej. Pewność dostaw i niskie ceny z pewnością byłyby czynnikami skłaniającymi developerów czy inwestorów prywatnych, ku skłonieniu się w kierunku ogrzewania miejskiego. Bariery pojawiają się także na tle administracyjnym oraz społecznym. Problem polega chociażby na obowiązku uzyskiwania koncesji oraz braku odpowiednio sprecyzowanego prawa. Niestety, ale społeczeństwo postrzega ogrzewanie scentralizowane, jako ogrzewanie gorsze. Przed rokiem 1990, przedsiębiorstwa ciepłownicze często same decydowały kiedy, na jak długo, i kogo zaopatrują w ciepło, dlatego utarł się schemat niepewności w dostawach ciepła do mieszkań komunalnych.

Ambitny cel

Polski miks energetyczny często porównywany jest do naszego zachodniego sąsiada, czyli do Republiki Federalnej Niemiec. Warto zaznaczyć, że w Niemieckim odpowiedniku aż 16 proc. energii elektrycznej, produkowanej jest w elektrowniach atomowych, 9,5 proc. w elektrowniach gazowych, i 26,2 proc. pochodzi z OZE, jedynie niecałe 18 proc. energii rekrutuje się z węgla kamiennego, a 25,4 proc. z węgla brunatnego. Jak widać z powyższego stanu procentowego, Polski miks jest zupełnie inny. Kraj zza Odry od 2000 r. zaczął intensywnie przebudowywać swoją gospodarkę energetyczną, uchwalając pierwszą ustawę o OZE. Od 16 lat państwo niemieckie ciągle stawia na i konsekwentnie rozwija odnawialne źródła energii. Do 2030 r. 50 proc. energii będzie wytwarzane ze źródeł odnawialnych, zaś w 2050 r. ok. 80 proc. będzie pochodziło z OZE. Warto jednak pamiętać, że dużo prężniejsza oraz bardziej zawansowana technologicznie gospodarka niemiecka, jest w stanie udźwignąć na swoich barkach ciężar finansowy OZE. Społeczeństwo RFN zgodziło się na zwiększenie rachunków za prąd, ponieważ to właśnie budżet państwa jest głównym sponsorem niemieckiego OZE. Opłaty za energię elektryczną zza Odrą są zupełnie inne niż w Polsce. Berlin postanowił, że o cenach będzie decydował rynek, tam taryfa opłat za prąd zmniejsza się wraz z zużyciem. Najmniej płacą konsumenci przemysłowi, a najwięcej konsumenci komunalni. W Polsce sytuacja jest odwrotna, największe koszty ponoszą odbiorcy przemysłowi, i to na ich barkach musiałyby spoczywać ewentualne koszty zmniejszania udziału węgla w polskim miksie energetycznym. Według raportu „Preferencje energetyczne Polaków”, profesora Pawła Ruszkowskiego, aż 77 proc. społeczeństwa polskiego opowiada się za zwiększeniem inwestycji budowy instalacji Odnawialnych Źródeł Energii. Chęci społeczeństwa jednak nie przekładają się już tak optymistycznie na chęć ponoszenia dodatkowych kosztów, na finansowanie ekologicznej energii. Polska polityka energetyczna nie może pominąć węgla w swoim bilansie energetycznym, ale jednocześnie musi zmniejszyć emisję dwutlenku węgla do atmosfery. Dlatego najlepszym rozwiązaniem będzie, jak najszersze, rozpowszechnienie kogeneracji w Rzeczpospolitej. Nie tylko 75 proc. ciepła w przyszłości powinno być wytwarzane z kogeneracji, państwo polskie musi również dążyć, do jak najwyższego współczynnika w tej materii. Jak wcześniej wspomniano przyniesie to nie tylko korzyści ekonomiczne i techniczne, ale przede wszystkim uleczy, w tej chwili największą bolączkę polskiej gospodarki, czyli wysoką emisyjność. Państwo polskie przyjęło program, który w perspektywie 2020 r. jest ambitnym celem, jednak możliwym do realizacji. Postawiono przede wszystkim na wsparcie działalności operacyjnej instalacji już istniejących, wsparcie rozwoju ciepłownictwa jako podstawę rozwoju kogeneracji, oraz wsparcie finansowe planowanych nowych inwestycji kogeneracyjnych. Obecnie należy czekać na inwestycje i „kibicować” jak najszybszemu jej rozwojowi w Polsce.

Adrian Raczyński

Niniejszy tekst powstał w ramach Szkoły Analizy Sektora Energetycznego (SASE), prowadzonych wspólnie przez Collegium Civitas i Fundację Inicjatyw Bezpieczeństwo-Rozwój-Energia FIBRE. Szkoła jest projektem finansowanym z programu Santander Universidades, obsługiwanym w Polsce przez Bank Zachodni WBK.

Dodaj komentarz