W konwencjonalnych elektrowniach ciepło powstające przy wytwarzaniu energii elektrycznej nie jest odzyskiwane, podczas gdy w procesie kogeneracji ciepło jest efektywnie użytkowane dla celów zapewnienia komfortu (ogrzewanie pomieszczeń i ciepłej wody użytkowej) lub usług (ciepło wysokotemperaturowe i para) dla domów, budynków publicznych, przedsiębiorstw i przemysłu. Jaki są korzyści takiego rozwiązania?
Pierwsza elektrownia, zbudowana przy ulicy Pearl Street w Nowym Jorku przez Thomasa Edisona w 1882 r. była kogeneracyjna. Podczas gdy maszyny parowe napędzały generatory elektryczne zasilające sieć, Edison wykorzystywał produkt uboczny w postaci ciepła, dostarczając parę lokalnym producentom i ogrzewając pobliskie budynki na Manhattanie.
Współcześnie mamy jeszcze większe możliwości. Trójgeneracja oznacza, że zakład, oprócz energii elektrycznej i ciepła, wytwarza także chłód. Ogrzewanie i chłodzenie stanowi około połowy zużycia energii w Unii Europejskiej, stąd duże znaczenia ma oszczędzanie energii w tych sektorach przez zwiększanie efektywności energetycznej.
Kogeneracja optymalizuje dostawę energii do wszystkich rodzajów odbiorców, zapewniając przy tym zarówno dla użytkowników jak i ogółu społeczeństwa, następujące korzyści:
- Zwiększona sprawność przetwarzania i użytkowania energii. Kogeneracja jest najbardziej efektywną formą wytwarzania energii elektrycznej.
- Niższa emisja do środowiska, w szczególności CO2 – głównego gazu cieplarnianego. Kogeneracja stanowi istotną część unijnej polityki redukcji emisji dwutlenku węgla.
- Duże oszczędności kosztów, zwiększenie konkurencyjności użytkowników przemysłowych i komercyjnych, oferowanie ciepła po przystępnych cenach dla użytkowników komunalnych.
- Możliwość podążania w stronę bardziej zdecentralizowanych form wytwarzania energii elektrycznej, gdzie elektrownie są zaprojektowane z uwzględnieniem zaspokojenia potrzeb lokalnych odbiorców, uzyskania wysokiej efektywności energetycznej, unikania strat przesyłowych oraz wspierania sieci elektroenergetycznych przez dostarczanie usług bilansujących i usług pomocniczych za pośrednictwem rynków energii elektrycznej. Tak będzie, zwłaszcza w przypadku, gdy nośnikiem energii będzie gaz ziemny.
- Poprawa lokalnego i ogólnego bezpieczeństwa dostawy: lokalne wytwarzanie w drodze kogeneracji, może obniżyć ryzyko, że odbiorcy zostaną pozbawieni dostaw energii elektrycznej i/lub ciepła. Ponadto, wynikające z kogeneracji obniżenie zapotrzebowania na paliwo, zmniejsza uzależnienie od importu, tym samym pomagając w uporaniu się z kluczowym wyzwaniem, jakim jest zapewnienie bezpieczeństwa dostaw energii w Europie.
- Możliwość zwiększenia różnorodności elektrowni i stworzenia konkurencji w wytwarzaniu: kogeneracja wprowadza jeden z najważniejszych środków promocji efektywnych rozwiązań generacji rozproszonej.
- Wzrost zatrudnienia: liczne badania dowiodły, że rozwój systemów CHP stwarza nowe miejsca pracy.
CZY WIEDZIAŁEŚ, ŻE?
Pierwsza elektrownia, zbudowana przy ulicy Pearl Street w Nowym Jorku przez Thomasa Edisona w 1882 r. była kogeneracyjna. Podczas gdy maszyny parowe napędzały generatory elektryczne zasilające sieć, Edison wykorzystywał produkt uboczny w postaci ciepła, dostarczając parę lokalnym producentom i ogrzewając pobliskie budynki na Manhattanie.
Kogeneracja już dzisiaj przynosi Europie oszczędność około 200 milionów ton CO2 rocznie.
10 FAKTÓW: (Źródła: Eurostat, COGEN Europe, Euroheat & Power, CODE2)
1. 15% ciepła (850 TWh) i 10,5% energii elektrycznej wytwarzanych obecnie w UE pochodzi z wysokosprawnych CHP.
2. Największy udział kogeneracji w całkowitej produkcji energii elektrycznej w Europie posiada Łotwa (47,5%), kolejne miejsce zajmuje Dania (44,3%)
3. Sprawność instalacji kogeneracyjnej może przewyższać 90%.
4. Kogeneracja przynosi oszczędności energii zawierające się między 15-40% w porównaniu z oddzielnym wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła w konwencjonalnych elektrowniach i kotłach.
5. 60% energii elektrycznej pochodzącej z biopaliw jest wytwarzane w procesie kogeneracji.
6. W latach 2005–2015 udział paliw odnawialnych w kogeneracji wzrósł ponad dwukrotnie: z 9% do 21%.
7. Będąc technologią elastyczną i dyspozycyjną, kogeneracja umożliwia zintegrowanie z siecią większej ilości źródeł odnawialnych pracujących w sposób nieciągły.
8. 70 milionów Europejczyków korzysta z ogrzewania z sieci ciepłowniczej; połowa tego ciepła jest obecnie wytwarzana w kogeneracji.
9. Około 100 tysięcy Europejczyków samodzielnie wytwarza energię elektryczną i ciepło w miejscowych CHP, w domach, przedsiębiorstwach i przemyśle.
10. Przy coraz większej dostępności paliw odnawialnych kogeneracja mogłaby wytwarzać 20% energii elektrycznej w Unii Europejskiej.
5 ROZWIĄZAŃ POLITYCZNYCH:
1. Przyjęcie zintegrowanego podejścia do transformacji energetyczne.
W celu zaangażowania konsumentów, polityka powinna uwzględniać całościową perspektywę i przełamywać bariery pomiędzy przetwarzaniem energii, przesyłaniem, dystrybucją i zużyciem, jak również wykorzystywać synergię pomiędzy różnymi nośnikami energii (elektryczność, gaz, ciepło), wspierając odbiorców w dokonywania wyboru pomiędzy różnymi rozwiązaniami w zakresie energii odnawialnej. Przyjęcie zintegrowanego podejścia w polityce energetycznej i klimatycznej, np. w ustalaniu celów, planowaniu, wdrażaniu i sprawozdawczości w zakresie energii, jest szczególnie ważne dla odbiorców, aby mogli oni czerpać pełne korzyści z kogeneracji.
2. Umożliwienie inwestorom i konsumentom osiągnięcia realnej poprawy efektywności.
Uznając potencjał redukcji zapotrzebowania, możliwości w zakresie efektywności po stronie dostawy są równie ważne dla osiągnięcia celów efektywności energetycznej w całej gospodarce i mogą w sposób bardziej systematyczny przynosić znaczne oszczędności. Sygnały polityczne powinny odzwierciedlać to, kiedy i jak ciepło i energia elektryczna mogą być wytwarzane najbardziej efektywnie. Solidna i przejrzysta metodologia, ujmujące te zasady (uwzględniająca wskaźnik energii pierwotnej) umożliwi użytkownikom podejmowanie świadomych decyzji w celu osiągnięcia realnych korzyści z efektywności energetycznej.
3. Zastosowanie kogeneracji w technologiach wytwarzania energii cieplnej zarówno z paliw konwencjonalnych i biopaliw.
Zastosowanie kogeneracji w technologiach wytwarzania wyłącznie energii elektrycznej lub cieplnej ma kluczowe znaczenie dla uzyskania natychmiastowych oszczędności energii i redukcji emisji CO2, co pomoże osiągnąć pośrednie i długofalowe cele efektywności energetycznej w sposób ekonomicznie opłacalny. Oznacza to wdrożenie kompleksowych ocen ogrzewania i chłodzenia w Europie zgodnie z Dyrektywą w sprawie efektywności energetycznej (EED). Następnym krokiem we właściwym kierunku są zachęty promujące wykorzystanie biomasy, zawarte w najnowszej Dyrektywie w sprawie odnawialnych źródeł energii (RED) oraz w unijnym Pakiecie Czystej Energii.
4. Umożliwienie innowacyjnej polityki wspierającej kogenerację, jako część nowych rozwiązań rynków energii.
Istnieje znaczny potencjał innowacji, który pozwoli zoptymalizować kogenerację tak, aby odpowiedzieć na pojawiające się potrzeby przyszłych niskoemisyjnych systemów energetycznych, opartych w znacznym stopniu na odnawialnych źródłach. Polityczne ramy dla innowacyjności w energetyce powinny tym właśnie aspektom nadawać priorytet.
5. Uwolnienie całego dostępnego potencjału elastyczności na rynku energii.
Należy lepiej rozpoznać i nagradzać reakcję popytu, magazynowanie ciepła i/lub energii elektrycznej, usługi bilansujące, agregację popytu i podaży, zdolność do zapewnienia wsparcia sieci, oraz świadczenie usług wspierania sieci i usług pomocniczych przez kogenerację. Można będzie to osiągnąć przez ułatwianie przyłączenia do sieci kogeneracji będącej częścią lokalnej gospodarki. Ponadto, struktura taryf za energię elektryczną powinna być oparta na korzystaniu z systemu, z uwzględnieniem unikniętych kosztów systemu dzięki posiadaniu zainstalowanej kogeneracji.
Wywiad
Tim Rotheray
Członek Rady Nadzorczej COGENEurope
Jak duży jest europejski rynek kogeneracji?
Ciepło stanowi dzisiaj ponad 40% zużycia energii w Europie. W przemyśle istnieje powszechna potrzeba bezpieczeństwa dostaw ciepła a także wzrasta potrzeba niezależności energetycznej, gdyż gospodarstwa domowe i przedsiębiorstwa pragną wytwarzać we własnym zakresie czystą i po przystępnej cenie energię elektryczną i ciepło. Potencjał wzrostu rynku dla kogeneracji jest bardzo duży. Istnieje także miejsce dla co najmniej podwojenia zdolności wytwórczych CHP w Europie, zależnie od już istniejących mocy zainstalowanych na poziomie państw członkowskich. Wysokosprawna kogeneracja produkuje obecnie 15% ciepła i 10,5% energii elektrycznej wytwarzanych w Europie.
Finansowany przez Unię Europejską projekt CODE2 wykazał, że potencjał efektywnej kosztowo kogeneracji w roku 2030 wynosi 20% przewidywanej produkcji energii elektrycznej i 25% ciepła w Europie.
Czy kogeneracja zostanie stopniowo wyeliminowana do roku 2050, jako technologia przejściowa?
Większość komentatorów powiedziałaby, że to jest mało prawdopodobne. Do roku 2050 możemy potrzebować większych mocy wytwórczych energii cieplnej. Jeżeli ciepło jest nam potrzebne do wytwarzania energii elektrycznej, to nie powinniśmy tracić ciepła, lecz wykorzystywać je – niezależnie od jego źródła. Do roku 2050 nasz system energetyczny zmieni się dramatycznie: przy prawie całkowicie niskoemisyjnym wytwarzaniu energii elektrycznej i znacznym udziale w sieci energii ze źródeł odnawialnych, system będzie bardziej inteligentny i bardziej interaktywny między producentami a użytkownikami. Użytkownicy ci będą potrzebowali efektywnej i niezawodnej dostawy energii elektrycznej i ciepła. Kogeneracja jest niezawodna, może być używana na żądanie i eliminuje straty energii. W niskoemisyjnym systemie energetycznym, przy niskoemisyjnych surowcach energetycznych (słońce, wiatr, niskoemisyjne paliwa gazowe lub biomasa) pragniemy być pewni, że niczego nie marnujemy. Oto dla czego kogeneracja ma silną pozycję i będzie się w przyszłości rozwijać.
Czy niewielkie źródła energii, jak np. torf, będą odgrywały w kogeneracji coraz większą rolę?
Kogeneracja wykorzystuje znaczny zakres paliw i może być efektywnym rozwiązaniem dla wiejskich i odległych społeczności, przy użyciu LPG lub energii z lokalnych biopaliw Jest jednak istotne, aby bez względu na to jakie paliwo zostanie użyte, przyczyniało się ono do europejskiej transformacji energetycznej. Obserwujemy, że węgiel odgrywa coraz mniejszą rolę w Europie i torf prawdopodobnie podzieli jego los, ale którekolwiek paliwo będziemy w Europie wykorzystywać, kopalne czy odnawialne, powinniśmy czynić to z minimalnymi stratami.
W jaki sposób kogeneracja może nadal obniżać emisję dwutlenku węgla?
Kogeneracja już dzisiaj przynosi oszczędność ponad 200 milionów ton dwutlenku węgla rocznie. Ale przemysł zwiększa wysiłki aby osiągnąć jeszcze więcej. Trajektoria 2050 wymaga znacznie więcej pracy. Są trzy kluczowe obszary, w których kogeneracja może przyczynić się do redukcji emisji:
Elastyczność. Elektrownie kogeneracyjne mogą zapewniać coraz większą elastyczność. Pracując w okresach słabego wiatru lub nasłonecznienia, wypierają bardziej emisyjne wytwarzanie energii elektrycznej i gazu, ale mogą też obniżyć lub wstrzymać generację w okresach obfitości niskoemisyjnej energii. Elastyczna kogeneracja jest kluczową metodą zwiększania udziału energii ze źródeł odnawialnych w sieciach elektroenergetycznych i opanowania nieciągłości generacji ze źródeł odnawialnych.
Rosnący udział paliw odnawialnych. Kogeneracja oparta na źródłach odnawialnych podwoiła się w ciągu ostatnich 10 lat. Biopaliwa pozyskiwane w sposób zrównoważony, z wysypisk odpadów i lokalnej produkcji, są niezwykle cenne. Powinniśmy spalać je starannie i pozyskiwać z nich tyle energii ile potrafimy. Wzrost kogeneracji opartej na źródłach odnawialnych usprawnia wykorzystanie bioenergii i jeszcze bardziej obniża emisję dwutlenku węgla.
Niskoemisyjny gaz. Istnieje prawdopodobieństwo, że w dłuższej perspektywie niskoemisyjne paliwa gazowe będą odgrywały większą rolę. Europejska sieć gazowa jest wielkim magazynem energii, a będziemy potrzebowali dużych magazynów niskoemisyjnej energii jeżeli Europa ma osiągnąć swoje ambitne cele klimatyczne. Niskoemisyjne paliwo gazowe ma ogromne znaczenie w kontekście wyzwań elastyczności i niezawodności dostaw energii elektrycznej i ciepła.
Holandia
Prominent skupia 26 członków, prowadzących 36 rozległych, supernowoczesnych zespołów szklarniowych, które dostarczają 20% holenderskich pomidorów gałązkowych. Aby zaspokoić własne zapotrzebowanie na energię elektryczną, ogrzewanie, CO2 i sztuczne oświetlenie, członkowie Prominent stosują systemy kogeneracji (CHP) o sumarycznej mocy przekraczającej 150 MW. Większość tej mocy (do 131 MW) jest dostarczana przez 50 systemów CHP opartych na silniku gazowym firmy GE Jenbacher. Posługując się systemem myPlant 2.0 solution,
Prominent może zwiększyć osiągi kogeneracji i niezawodność 50 jednostek silnikiem gazowym Jenbacher, zainstalowanych w swoich nowoczesnych zespołach szklarni. General Electric (GE) szacuje, że przemysłowy Internet przyniesie w ciągu najbliższych 10 lat wzrost wydajności w wysokości 8,6 mld USD w przedsiębiorstwach przemysłowych – to więcej niż dwukrotna wartość Internetu konsumenckiego. W zakresie danych prze
chodzimy od rozwiązań reaktywnych do prognostycznych.
Niemcy
Opalana gazem elektrownia cieplna o sprawności ponad 90%, będzie wyznaczała nowe krajowe standardy. Zamówienie na 20 silników gazowych Jenbacher (J920) FleXtra, o sumarycznej mocy 190 MW, jest największym w historii firmy Jenbacher.
Zastąpienie istniejącej lokalnej elektrowni węglowej ekologicznie racjonalnym rozwiązaniem, zapewni dla tego regionu ogrzewanie z sieci ciepłowniczej. Ze względu na znaczą zależność regionalnej sieci elektroenergetycznej od energii wiatrowej, elektrownia musi mieć możliwość bezzwłocznego dostarczania pełnej mocy do regionalnej sieci elektroenergetycznej w celu kompensowania zmienności dostępnej energii wiatrowej i zapewnienia stabilności sieci.
Wielka Brytania
Jedenastowieczny zamek królewski w Windsorze, podobnie jak jego odpowiednik w Londynie – Pałac Buckingham, wykorzystuje technologię kogeneracji w celu wytwarzania ciepła i energii elektrycznej.
Działający już od 11 lat, zdecentralizowany system energetyczny o mocy 200 KW, zaopatruje dwór królewski w ciepłą wodę i energię elektryczną. Ogromna skala zamku, z jego wieloma salami bankietowymi i komnatami oznacza, że jest to główne miejsce, które będzie czerpać korzyści z systemu skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej.
System kogeneracji został zainstalowany w ramach programu zniżek na energię, na mocy którego zamek po prostu kupuje po obniżonej stawce energię wytwarzaną przez ten system, nie ponosząc kosztów inwestycyjnych projektu. Przy braku okresu zwrotu nakładów, dwór królewski uzyskuje oszczędności finansowe natychmiast.
System kogeneracji zmniejsza zależność Zamku Windsor od energii dostarczanej z sieci i umożliwia osiągnięcie oszczędności emisji dwutlenku węgla 418 ton, co jest równoważne ilości, jaka mogłaby być zrównoważona przez las o powierzchni ok. 139 hektarów.
na zdjęciach:
Nowa elektrownia z silnikami gazowymi budowana na wschodnim nabrzeżu Kilonii. Źródło: Stadwerke Kiel AG/ Luftbildservice Bernot
Zamek Windsor. Źródło: John ‘K’
POBIERZ CAŁY RAPORT: Kogeneracja – Decarb Europe Raport
