Redukcja emisji gazów cieplarnianych dzięki kogeneracji

Ekologia jest na czasie. To nie tylko moda wpływająca na gusta konsumentów, ale pokoleniowa konieczność, kształtująca warunki na jakich pracuje przemysł. Producenci, obciążeni coraz wyższymi wymogami środowiskowymi, szukają sposobów na transformację energetyczną, obniżenie emisji i związanych z nimi kosztów. Jednym z rozwiązań może być kogeneracja, która pozwala na obniżenie kosztów zużycia paliw oraz spadek emisji nawet o 61%. Zobaczmy jak to wygląda na konkretnym przykładzie.

Presja kosztów dekarbonizacji rośnie. Od początku 2021 r. do sierpnia tegoż roku, kiedy powstał ten tekst, cena uprawnień do emisji jednej tony CO2 wzrosła o ok. 73% i wynosiła prawie 57 EUR, znacznie wpływając na ceny energii, pozyskiwanej przez zakłady przemysłowe. Rośnie też presja spowodowana wymogami prawnymi. Nad przemysłem wiszą bowiem obowiązki wynikające z dyrektywy MCP, dotyczące norm emisji zanieczyszczeń powietrza ze średnich źródeł spalania. Dyrektywa wymusza na firmach stosowanie filtrów i instalacji odpylających obniżających emisje związków siarki oraz pyłów zawieszonych, a w wielu przypadkach zmiany paliwa, z którego pozyskiwana jest energia cieplna na potrzeby zasilenia procesów technologicznych.

Rośnie też presja ze strony konsumentów, którzy są coraz bardziej świadomi zmian klimatu. Powoduje to, że coraz więcej sieci żąda od producentów obniżenia śladu węglowego oferowanych przez nich produktów.

Na kłopoty – kogeneracja

Jednym z rozwiązań, obniżających tę presję może być kogeneracja, czyli skojarzona produkcja energii cieplnej i elektrycznej w jednym procesie technologicznym np. spalania gazu ziemnego lub biogazu.

Układ kogeneracyjny (ang. Combined Heat Power) pozwala znacznie efektywniej wykorzystać energię pierwotną drzemiącą w paliwie, niż w przypadku kiedy oba rodzaje energii produkowane są rozdzielnie. Układem kogeneracyjnym spotykanym przez nas na co dzień jest np. spalinowy silnik samochodu z alternatorem lub prądnicą. Z tą różnicą, że w zakładzie przemysłowym pozyskane w ten sposób ciepło nie jest wykorzystywane do produkcji ciepła technologicznego lub pary wodnej, które zasilą procesy produkcji.

W energetyce niezawodowej, tj. branżach wykorzystujących prąd i ciepło na potrzeby produkcji (przemysł, ogrodnictwo), najczęściej stosowanym układem kogeneracyjnym jest silnik spalinowy tłokowy lub Stirlinga.

Jakie korzyści daje kogeneracja zasilana gazem?

• oszczędności wynikające z wydajności większej nawet o 30% (straty energii pierwotnej są o ok. 40% mniejsze niż w przypadku konwencjonalnych metod).
• bezpieczeństwo energetyczne – mniejsza zależność od sieci energetycznej dostawcy
• dopłaty publiczne – w postaci premii kogeneracyjnej oraz premii kogeneracyjnej gwarantowanej
• dodatkowe przychody – np. poprzez udział w programach Demand Side Response pozwalające uzyskać przychody w zamian za gotowość do ograniczenia poboru energii w momentach szczytowych.
• niższe emisje – gazów cieplarnianych, związków siarki i pyłów zawieszonych

Kogeneracja na przykładzie małego zakładu masarskiego

Korzyści z kogeneracji w obszarze dekarbonizacji i  redukcji emisji gazów cieplarnianych najlepiej zobaczyć na przykładzie.

W naszej analizie przyjrzymy się małemu zakładowi masarskiemu i przeanalizujemy spadki emisji w 3 przypadkach:

•       przejścia z węgla na gaz ziemny
•       przejścia z węgla na kogenerację zasilaną gazem
•       przejścia z gazu ziemnego na kogenerację zasilaną gazem.

Znaczne redukcje emisji CO2 przyniesie przejście z węgla na gaz ziemny. W przypadku zakładu, który na potrzeby wytworzenia energii cieplnej zużywa ok. 1 550 ton węgla rocznie, redukcja emisji przy przejściu na zasilanie gazem wyniesie ok. 56,63%. Do produkcji tej samej ilości energii zużyte zostanie ok. 705 tys. m3 gazu ziemnego. Emisje CO2 spadną z ok. 3 210 ton rocznie do 1 392 ton rocznie.

Efekt można pogłębić jeśli zastosowana zostanie kogeneracja. Dla uproszczenia analizy poziomów redukcji zakładamy, że rozważany zakład jest w stanie zużyć całe ciepło wyprodukowane w kogeneracji oraz, że pokrywa w ten sposób całe swoje zapotrzebowanie w tym obszarze.

W tym przypadku oszczędności w emisjach związane są nie tylko z bardziej ekologiczną produkcją energii cieplnej, ale możliwością uniknięcia emisji związanych z produkcją energii elektrycznej w elektrociepłowniach zawodowych, które w Polsce zasilane są węglem kamiennym lub brunatnym.

Jeśli wziąć pod uwagę emisje w ujęciu makro, czyli sumę emisji powstałych w wyniku spalania węgla w zakładzie masarskim oraz emisji powstałych przy wytworzeniu zużywanego przez ten zakład prądu w elektrociepłowni, to wyniesie ona aż 8 656 ton CO2 rocznie. Tymczasem zastosowanie układu kogeneracyjnego (CHP) o mocy elektrycznej 0,9 MW zasilanego gazem, który do produkcji tej samej ilości energii zużyje ok 1,7 mln m3 gazu, pozwoli zredukować emisje do 3 392 ton CO2 rocznie, czyli o 60,8%.

Efekt jest widoczny również gdy na kogenerację decyduje się firma, która dotychczas zasilała swoją produkcję gazem. W tym przypadku emisje spadną o 51,46%. Oczywiście przy założeniu, że jest w stanie zużyć całe ciepło z kogeneracji i zaspokoić w ten sposób 100% swoich potrzeb.

Nie zawsze wystarczą OZE

Warto wiedzieć, że kogeneracja zasilana gazem ziemnym to recepta dla firm, które nie mają możliwości skorzystania z energii ze źródeł odnawialnych, albo korzystają z niej, ale w ograniczonym zakresie. Udział energii odnawialnej w krajowym miksie energetycznym rośnie, ale jeszcze przez długi czas nie będzie jej tyle, żeby mogła zaspokoić potrzeby całego przemysłu. Tym bardziej, że OZE to źródła nieciągłe, które przy niesprzyjających warunkach nie dostarczają prądu.

Chcesz dowiedzieć się więcej o kogeneracji zasilanej gazem oraz płynących z niej korzyściach ? Zadzwoń do nas pod numer +48 61 102 72 22 lub napisz email na info@duon.pl.