Perspektywy rozwoju rynku technologii Janusz SKOREK Jacek KALINA Zakład Termodynamiki i Energetyki Gazowej Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska janusz.skorek@polsl.pl; jacek.kalina@polsl.pl, www.itc.polsl.pl Perspektywy rozwoju rynku technologii i urządzeń kogeneracyjnych w kontekście wdrożenia Dyrektywy CHP Warszawa 2006

TEZA: JEDNYM Z PODSTAWOWYCH SPOSOBÓW ZWIĘKSZANIA SPRAWNOŚCI WYKORZYSTANIA ENERGII PIERWOTNEJ I ZMNIEJSZANIA SZKODLIWYCH EMISJI JEST ENERGETYKA OPARTA O UKŁADY KOGENERACYJNE (zwłaszcza gazowe) stosowanie wysokosprawnych urządzeń energetycznych (turbiny gazowe, silniki tłokowe, ogniwa paliwowe,itd.), wykorzystywanie paliw gazowych (gaz ziemny, biogazy, gazy kopalniane, gaz syntezowy ze zgazowania, wodór, gazy przemysłowe itd.), rozproszona produkcja nośników energii w małych układach energetycznych (bezpieczeństwo dostaw nośników energii i systemu, zmniejszanie strat przesyłu energii),

KOGENERACJA = MOŻLIWOŚĆ ZNACZĄCEJ OSZCZĘDNOŚCI W ZUŻYCIU ENERGII CHEMICZNEJ PALIW + NIŻSZE EMISJE

Dyrektywa 2004/8/UE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 11 lutego 2004 „W sprawie promowania kogeneracji na wewnętrznych rynkach energii w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło użytkowe” Oszczędność zużycia energii chemicznej paliw pierwotnych PES (Aneks III Dyrektywy 2004/8/UE): lub gdzie sprawność całkowita układu CHP:

„Wysokosprawna kogeneracja”  PES  10% (w odniesieniu do układów CHP produkujących na małą skalę (poniżej 1 MWel), lub dla jednostek mikro-kogeneracyjnych (poniżej 50 kWel) wystarczy PES  0)

UWAGA: najwyższe wartości PES uzyskuje się dla układów o wysokich wartościach wskaźnikach skojarzenia = Eel/Q: Referencyjne wartości wskaźnika skojarzenia  dla układów CHP wg Dyrektywy 2004/8/UE Układ CHP gazowo-parowy: 0,95 Układ CHP parowy z turbiną przeciwprężną: 0,45 Układ CHP parowy z turbiną upustowo-kondensacyjną: 0,45 Układ CHP z turbiną gazową: 0,55 Układ CHP silnikiem tłokowym o spalaniu wewnętrznym0,75

Podstawowe rozwiązania technologiczne układów kogeneracyjnych (według Dyrektywy CHP) Układy gazowo-parowe, Układy z turbinami parowymi przeciwprężnymi, Układy z turbinami parowymi upustowo-kondensacyjnymi, Układy z turbinami gazowymi, Układy z silnikami tłokowymi o spalaniu wewnętrznym, Układy z mikroturbinami gazowymi, Układy z silnikami Stirlinga, Układy z ogniwami paliwowymi, Układy z parowymi silnikami tłokowymi, Układy realizujące obiegi Rankine’a z czynnikiem organicznym, Inne, spełniające kryterium jednoczesnej produkcji ciepła i elektryczności (np. układy gazowo-parowe dwupaliwowe).

Schemat elektrociepłowni gazowo-parowej parowej z jednociśnieniowym kotłem odzyskowym i spalinowym podgrzewaczem wody sieciowej

Schemat elektrociepłowni parowej z turbiną upustowo‑kondensacyjną

  Schemat układu CHP z gazowym silnikiem tłokowym do produkcji gorącej wody

Schemat układu CHP z gazowym silnikiem tłokowym do celów suszarniczych   Schemat układu CHP z gazowym silnikiem tłokowym do celów suszarniczych

Schemat układu CHP z mikroturbiną gazową   Schemat układu CHP z mikroturbiną gazową

Schemat układu CHP z silnikiem Stirlinga   Schemat układu CHP z silnikiem Stirlinga

  Schemat prostego układu CHP z ogniwem paliwowym i reformerem gazu ziemnego

UKŁADY CHP DWUPALIWOWE: WĘGLOWO-GAZOWE

Możliwości zwiększania efektywności konwersji energii w układach CHP (np. trójgeneracja, zasobniki ciepła) Schemat układu trójgeneracyjnego w Kopalni Pniówek

Schemat układu trójgeneracyjnego z zasobnikiem ciepła

OSTATECZNĄ PRZESŁANKĄ PRZESADZAJĄCĄ O PODJĘCIU DECYZJI INWESTYCYJNEJ SĄ KORZYSTNE WSKAŹNIKI OPŁACALNOŚCI (NPV, IRR, DPB, BEP)

Uwarunkowania opłacalności układów CHP CZYNNIKI MAKROEKONOMICZNE (mogą oddziaływać bądź pozytywnie lub negatywnie na wskaźniki opłacalności): Rozporządzenie z dnia 9 grudnia 2004 ”w sprawie szczegółowego obowiązku zakupu energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła”. Obowiązkowy udział energii ze skojarzenia w sprzedaży przez przedsiębiorstwa energetyczne: w 2006 roku nie mniej niż 15%, w 2010 roku nie mniej niż 16%. CZYNNIKI MIKROEKONOMICZNE (najczęściej korzystne dla układów CHP)

Potencjalne możliwości instalowania układów kogeneracyjnych w Polsce energetyka zawodowa (obecnie największy udział mocy zainstalowanej – 38 układów parowych i gazowo-parowych, około 5,6 GW), energetyka komunalna (np. nadbudowa ciepłowni węglowych modułami CHP), energetyka przemysłowa (jedno z najatrakcyjniejszych miejsc instalacji układów CHP; Obecnie około 200 elektrociepłowni o mocy » 2450 MW), budynki (szpitale, hotele, biurowe i administracyjne, edukacyjne, obiekty sportowe, obiekty rozrywkowe, obiekty handlowe, lotniska, dworce kolejowe itd.), układy cieplno-chłodnicze, układy hybrydowe zintegrowane z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii.

WNIOSKI Kogeneracja jest jednym z najefektywniejszych (technologicznie i inwestycyjnie) sposobów zmniejszenia zużycia zapotrzebowania na energię pierwotną oraz zmniejszenia wielkości emisji, Na poziom opłacalności układów CHP mają głównie wpływ wskaźniki makroekonomiczne oraz odpowiednie regulacje prawne związane z promowaniem tej technologii, Istnieje bardzo duży potencjał budowy nowych układów CHP, zwłaszcza w obszarze energetyki rozproszonej (np. w 2004 roku około 65% zainstalowanej mocy i 77% produkcji elektryczności z energetyki rozproszonej (poniżej 10 Mwel) przypadło na układy CHP zasilane paliwami kopalnymi (bez biomasy), z czego około 65% przypada na układy zasilane gazem ziemnym, a wielkość produkcji elektryczności w układach rozproszonych osiągnęła poziom produkcji z energetyki jądrowej, tzn. około 16% (COSPP 11-12/2005)