Kogeneracja energii – sposób na problemy Europy?

Europa stoi przed wieloma wyzwaniami. W tle tych najpilniejszych, jak wojna w Ukrainie czy spowolnienie gospodarcze, postępują zmiany zapowiadane i oczekiwane od dawna, którym ostatni rok dodał jednak nowej dynamiki. Transformacja energetyczna przyspiesza, a wraz z nią popularność zyskuje kogeneracja energii (CHP), która może być odpowiedzią na wiele energetycznych problemów. Przyjrzyjmy się dokładniej jej największym zaletom. 

Rok temu świat się zmienił. A przynajmniej nasz rejon. Europa przestała być uzależniona od rosyjskich węglowodorów. Norwegia zdetronizowała Moskwę w zestawieniu dostawców gazu ziemnego. Coraz większy udział w imporcie gazu do Europy ma amerykańskie LNG. Niemcy zyskały dwa gazoporty (fakt, że pływające, ale jednak). Do terminali LNG zaczęły zawijać gazowce z egzotycznych kierunków, które nigdy wcześniej nie dostarczały nam błękitnego paliwa (jak np. Mozambik). Cena LNG z 70 EUR za MWh (w okresie poprzedzającym wojnę) wzrosła w sierpniu 2022 r. do 350, żeby teraz wrócić do ok. 40. 

W tym kontekście bardzo trudno przewidywać, gdzie będziemy za rok. Nawet jeśli dobiegająca końca zima nie okazała się tak trudna jak przypuszczano, to kolejny sezon grzewczy nie obędzie się bez trudności. 

Niepewność co do warunków, w jakich przyjdzie funkcjonować przemysłowi i branży energetycznej w kolejnych latach nie powinna nam jednak przesłaniać głównych celów, do których dąży cała europejska gospodarka pod przewodnictwem UE, czyli do zwiększenia efektywności energetycznej oraz obniżenia szkodliwych emisji gazów cieplarnianych, pyłów i substancji toksycznych. Stopniowe osiąganie tych celów możliwe będzie m.in. dzięki zastosowaniu kogeneracji, a w warunkach polskich szczególnie kogeneracji gazowej.

Czym jest kogeneracja?

Dla przypomnienia kogeneracja (CHP – z ang. Combined Heat and Power) to skojarzona produkcja energii. Polega ona na tym, że w jednym procesie technologicznym – np. spalania gazu lub biogazu – łączy wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła. Dzięki kogeneracji wykorzystujemy pierwotną energię zawartą w paliwie znacznie efektywniej niż w przypadku produkcji wykorzystania konwencjonalnego. Do wytworzenia tych samych ilości prądu i ciepła zużywa się mniej paliwa niż podczas produkcji rozdzielonej. Do tego celu wykorzystywany jest kogenerator, który wraz z innymi urządzeniami stanowi zespół kogeneracyjny, zwany także blokiem kogeneracyjnym.

Kogeneracja energii wyróżnia się wysoką efektywnością

Kogeneracja energii to bardzo efektywny proces. Podczas pracy silnika, będącego elementem układu kogeneracyjnego, blisko 45% energii zamieniane jest na ciepło, a 40% na energię elektryczną. Nie więcej niż 10% energii uchodzi wraz z gazami spalinowymi. Zaledwie 5% to straty ciepła emitowanego bezpośrednio z silnika podczas procesu spalania. Całkowita sprawność układu kogeneracyjnego może sięgać nawet 90%, podczas, gdy sprawność układu, w którym ciepło i prąd elektryczny wytwarzane są osobno wynosi ok. 56%. 

Jaką elastyczność ma kogeneracja gazowa?

W warunkach polskich gaz jest i przez kolejne lata będzie opłacalnym paliwem przejściowym, zastępując węgiel kamienny w drodze do transformacji w kierunku energetyki bezemisyjnej. A nawet wtedy instalacje gazowe będą mogły być zasilane np. biometanem, otrzymywanym z biogazu, którego zasoby eksperci Ministerstwa Klimatu i Środowiska oceniają nawet na 8 mld m3 rocznie. Przy zużyciu gazu ziemnego na poziomie 21 mld m3 rocznie to nie powinno ujść uwadze przemysłu. 

Wykorzystanie gazu ziemnego powoduje, że układy kogeneracyjne są bardziej elastyczne niż te tradycyjnie zasilane węglem kamiennym. Dzieję się tak, ponieważ układy zasilane węglem są trudniejsze w rozruchu. Spalanie musi być prowadzone w sposób ciągły, a zmiany zapotrzebowania na energię nie powodują szybkiego zmniejszenia ilości paliwa spalanego w kotłach. 

Tymczasem elektrociepłownie zasilane gazem charakteryzuje niska bezwładność – to znaczy, że gdy automatyka systemu kogeneracyjnego otrzymuje informację o zwiększonym zapotrzebowaniu na ciepło, od razu zaczyna jego produkcję, a gdy zapotrzebowanie spada, produkcję można dynamicznie zmniejszyć. W efekcie produkcja energii płynnie dostosowuje się do potrzeb odbiorców.

Niezależność i bezpieczeństwo również dla mniejszych odbiorców – energetyka przemysłowa 

Kogeneracja gazowa może zaspokoić potrzeby nie tylko miasta (od fabryk po oświetlenie miejskie), ale i mniejszych odbiorców (np. zakłady produkcyjne). W przypadku kogeneracji małej lub rozproszonej, dodatkową zaletą jest możliwość produkcji energii w miejscu jej wykorzystania. Przypomnijmy, że kogeneracja rozproszona polega na skojarzonym wytwarzaniu energii elektrycznej i cieplnej, ale w układach położonych w bezpośrednim sąsiedztwie odbiorcy. A zatem:

• unika się ponoszenia wysokich kosztów rozbudowy sieci cieplnej,
• redukuje się straty związane z przesyłem energii na duże odległości (same straty na przesyle energii elektrycznej mogą osiągnąć 8%),
• odpowiada się na potrzeby energetyczne każdego miejsca w Polsce.

Kogeneracja ogólnie zdaje egzamin w kryzysowych sytuacjach. To:

• mniejsza zależność od zewnętrznych dostawców
• wysoka gwarancja stałej dostawy energii – systemy kogeneracyjne mogą działać poza siecią, więc omija nas ryzyko związane z fluktuacjami dostępnej mocy lub z awariami (spowodowanymi np. ekstremalnymi warunkami pogodowymi).

Rozwiązanie to jest więc szczególnie przydatne w przypadku przedsiębiorstw, dla których każda nagła przerwa w dostarczaniu energii oznacza duże straty.

Ekologia i oszczędności

W kontekście zaostrzających się regulacji unijnych na znaczeniu przybierają ekologiczne walory kogeneracji:

• redukcja emisji CO2 (to ważne, biorąc pod uwagę rosnące ceny uprawnień do emisji dwutlenku węgla – w lutym osiągnęły rekordową wysokość 100 EUR/t),
• niskie emisje pyłów PM, NOx i SOx (restrykcyjne wymogi określające dozwolone limity emisji niektórych substancji narzuca dyrektywa MCP),
• przyszłościowa możliwość wykorzystania OZE – wystarczy rozbudować istniejący już system kogeneracyjny o odpowiednią instalację pozwalającą na zasilanie silników nie gazem ziemnym, a biogazem.

Jakie kary przewiduje dyrektywa MCP? Wyjaśniamy tutaj

Oszczędności idące w parze z wykorzystywaniem kogeneracji wynikają nie tylko z samego faktu unikania kar lub z ponoszenia znacznie mniejszych opłat za emisję CO2. Związane są też z samą specyfiką infrastruktury całego systemu oraz z przychylnością UE, która promuje dofinansowywanie tego typu rozwiązań. Kogeneracja na kilka sposobów zwiększa rentowność przedsiębiorstwa:

• kompaktowość instalacji pozwala zaoszczędzić przestrzeń,
• cały proces produkcji w kogeneracyjnej elektrociepłowni jest zautomatyzowany – taki system mogą obsłużyć dokłanie 2 osoby,
• utrzymanie całego systemu oraz infrastruktury jest tańsze niż w przypadku tradycyjnych ciepłowni węglowych,
• niskie koszty składowania,
• jeśli wyprodukujemy zbyt dużo energii, możemy ją odsprzedać do sieci energetycznej,
• kogeneracyjna elektrociepłownia może też produkować chłód: potrzebują go np. zakłady produkcyjne, szpitale, centra handlowe, baseny, hale sportowe i inne obiekty użyteczności publicznej,

możliwe jest wnioskowanie o premie, które uzyskuje się w ramach systemu wsparcia operacyjnego dla wysokosprawnej kogeneracji.

Jesteś zainteresowany premią kogeneracyjną? Więcej piszemy w artykule „Jak otrzymać dotacje do inwestycji w kogenerację?”

Stawki premii w 2023 r. 

Stawki premii zależą od rodzaju paliwa, kondycji instalacji, jej wielkości oraz wieku. Jak podaje Rozporządzeniu Ministra Klimatu i Środowiska na 2023 r. jednostkowa wysokość premii gwarantowanej dla nowej małej jednostki kogeneracji oraz zmodernizowanej małej jednostki kogeneracji:

• opalanej paliwami gazowymi wynosi 181,53 zł/MWh,
• opalanej paliwami stałymi wynosi 0 zł/MWh,
• opalanej biomasą wynosi 0 zł/MWh,
• innej niż wymienione w pkt 1–3 wynosi 106,52 zł/MWh. 

Jeśli masz wątpliwości i chciałbyś je skonsultować, zapraszamy do kontaktu!

Podsumowując, Stary Kontynent przyśpiesza transformację energetyczną, która aktualnie ma znaczenie nie tylko klimatyczne, ale też polityczne. Sama kogeneracja gazowa nie wystarczy, aby w przyszłości zadośćuczynić wymogom zeroemisyjnej gospodarki, ale obecnie jest ważną kartą przetargową w walce o bezpieczeństwo energetyczne.