Ukryty potencjał ciepłownictwa
Do 2 GW dodatkowej mocy elektrycznej w letnich szczytach mogą dostarczyć do Krajowego Systemu Elektroenergetycznego (KSE) istniejące elektrociepłownie. To czterokrotnie więcej niż moc budowanego właśnie nowego bloku elektrowni Turów. Taki potencjał drzemie w produkcji chłodu sieciowego, akumulacji energii cieplnej, pracy w trybie „kondensacyjnym” (bez produkcji ciepła) i kogeneracji. Sięgnięcie po te zasoby poprawi bezpieczeństwo systemu energetycznego i ograniczy emisje do środowiska.
Polska, ze względu na klimat, należy do europejskiej czołówki pod względem rozwoju sieci ciepłowniczych. Około 40% ludności naszego kraju korzysta z ciepła systemowego. Jednak unijni liderzy, tacy jak Łotwa, Litwa, Estonia i Dania, osiągają poziom 60%. Czy warto dołączyć do tego grona? Jest wiele argumentów, które za tym przemawiają. Sieci ciepłownicze nie tylko dostarczają centralne ogrzewanie i ciepłą wodę, ale mogą również bilansować KSE i, co oczywiste, poprawić jakość powietrza.
Chłód sieciowy
Panuje przekonanie, że kogeneracja jest przydatna jedynie zimą, kiedy budynki potrzebują ogrzewania. Bloki produkujące ciepło są nieczynne latem. Mogłyby w tym czasie służyć do produkcji chłodu sieciowego, na który zapotrzebowanie w sektorze usług i przetwórstwa spożywczego jest szanowane na 20 PJ.
Aby zaspokoić taki popyt ciepłem systemowym, należałoby zwiększyć jego produkcję w jednostkach kogeneracyjnych o ok. 25 PJ, głównie w okresie podwyższonych temperatur powietrza, czyli od maja do września. Chłód sieciowy mógłby być dostarczany przez jednostki kogeneracyjne o mocy elektrycznej około 0.8 – 1 GW, które nie są wykorzystywane latem. Ten dodatkowy tysiąc megawatów mocy pozwoli lepiej zbilansować krajowy system energetyczny w newralgicznym okresie upalnego lata. Warto zauważyć, że postęp technologiczny agregatów chłodniczych powoduje, że produkcja chłodu zaczyna być coraz bardziej opłacalna, nawet przy obniżonych temperaturach wody sieciowej w okresie lata, co było do niedawna podstawową barierą rozwoju tej technologii.
Akumulacja energii cieplnej
Wykorzystanie kogeneracji latem można zwiększyć poprzez wzrost zdolności do akumulowania energii cieplnej. Dzisiaj w Polsce w elektrociepłowniach i ciepłowniach, których moc zainstalowana wynosi 55.5 GW, mamy kilkanaście akumulatorów, których moc cieplna nie przekracza 1 GWt. To utracona szansa, bowiem każdy 1 GW ciepła to ok. 0.5 GW dodatkowej mocy elektrycznej kierowanej do KSE w godzinach szczytowego zapotrzebowania. Według szacunków Forum Energii, potencjał akumulatorów jest trzykrotnie wyższy. Jego uwolnienie przełożyłoby się na wzrost mocy szczytowej o kolejne 0,6 – 0,8 GWe. Sięgnięcie po ten zasób jest mniej kosztowne od budowy nowych jednostek szczytowych potrzebnych do bilansowania KSE.
Poniższy rysunek przedstawia zasadę pracy akumulatora ciepła w elektrociepłowni.
- Rys 1a. Praca akumulatora ciepła w elektrociepłowni w dzień
- Rys 1b. Praca akumulatora ciepła w elektrociepłowni w nocyRys. 1 a i b. Optymalizacja pracy elektrociepłowni z akumulatorem ciepła:.
- Maksymalizacja sprzedaży energii elektrycznej w godzinach dziennego szczytu i wysokich hurtowych cen energii oraz jednoczesne ładowanie akumulatora nadwyżkami ciepła.
- Rozładowywanie akumulatora, dostawa ciepła zgodnie z potrzebami odbiorców i ograniczanie produkcji prądu w nocy (i/lub w weekend) w okresach niskich hurtowych cen energii elektrycznej.
Praca elektrociepłowni w trybie „elektrownianym”
Należy traktować tę opcję jako awaryjną, gdyż sprawność wytwarzania energii w układzie tzw. pseudokondensacji w elektrociepłowniach węglowych jest bardzo niska, na poziomie ok. 25%. Warto jednak w sytuacjach kryzysowych mieć na względzie i ten zasób, który ma potencjał wsparcia KSE kolejnymi 300 - 500 MWe mocy szczytowej.
Poniższy wykres pokazuje, o ile mogłaby wzrosnąć podaż mocy szczytowej sektora elektrociepłowni, gdyby wykorzystano wszystkie dostępne opcje. Jest to potencjał techniczny. Potencjał ekonomiczny będzie uzależniony od cen energii i organizacji rynku energii, która będzie odpowiednio wynagradzać ten elastyczny zasób.
- Rys. 2. Wykres łącznej mocy osiąganej przez krajowe elektrociepłownie z perspektywy KSE oraz potencjalna możliwość zwiększenia tej mocy dzięki zastosowaniu opisanych rozwiązań technicznychNiewykorzystana szansa
Rozwój systemów ciepłowniczych i kogeneracji przyniósłby poprawę efektywności energetycznej oraz bezpieczeństwa energetycznego. Przynosi również korzyści środowiskowe, dzięki podniesieniu sprawności produkcji energii. Nowe podejście do technologii ciepłowniczych wymaga szerokiego, holistycznego spojrzenia na energetykę. Tymczasem wciąż brakuje Polityki Energetycznej Państwa – strategicznej wizji dla energetyki. Bardzo opornie toczą się prace nad Ustawą o wysokosprawnej kogeneracji, a zawarte w niej cele nie są ambitne.
Warto przygotować kompleksowy plan działań dla ciepłownictwa. Należy mieć nadzieję, że opracowywana Polityka Energetyczna Polski do 2050 roku uwzględni w swoich założeniach optymalizację wykorzystania zasobów, poprawę jakości powietrza i maksymalizację korzyści społecznych. Wtedy sektor zaopatrzenia w ciepła ujawni tam swój prawdziwy potencjał.
Źródło: Forum Energii, Autor: Andrzej Rubczyński
Do produkcji „chłodu sieciowego” wykorzystuje się gorącą wodę, (powstającą w trakcie pracy jednostki kogeneracyjnej), jako nośnik energii potrzebnej do produkcji chłodu w agregatach chłodniczych.
W praktyce stosuje się dwa sposoby dostawy „chłodu sieciowego”:
- Dostawa gorącej wody siecią ciepłowniczą do odbiorcy i produkcja chłodu na miejscu w agregacie zamontowanym u odbiorcy.
- Produkcja chłodu w centralnym agregacie chłodniczym wybudowanym w elektrociepłowni i dystrybucja „wody lodowej” odrębną siecią miejską do wybranych odbiorców.
