Transformacja ciepłownictwa systemowego w Polsce to jeden z kluczowych obszarów działania specjalistów Enerii. Rynek oczekuje systemów umożliwiających odejście od konwencjonalnych technologii węglowych na rzecz niskoemisyjnych rozwiązań przy zachowaniu dotychczasowych cen ciepła dla odbiorcy końcowego.

 

Obecnym wyzwaniem dla polskiego ciepłownictwa jest więc dekarbonizacja układów o mocach zamówionych powyżej 20 MWt przy konieczności spełnienia wymagań Efektywnego Systemu Ciepłowniczego.

 

Efektywny System Ciepłowniczy, czyli co dokładnie?

 

Do roku 2025 za efektywny energetycznie system ciepłowniczy uważamy taki, w którym do produkcji ciepła wykorzystuje się co najmniej w 50 proc. energię z OZE lub zagospodarowane ciepło odpadowe, lub w 75 proc. ciepło pochodzące z kogeneracji.

 

Do 31 grudnia 2027 roku – efektywny energetycznie system ciepłowniczy ma wykorzystywać 50 proc. energii odnawialnej lub 50 proc. ciepła odpadowego, lub 80 proc. ciepła pochodzącego z kogeneracji lub w co najmniej 50 proc. połączenie źródeł energii i ciepła, o których wspomniano wcześniej.

 

To zaostrzenie wymagań odnośnie instalacji CHP powoduje duże utrudnienie dla zbilansowania układu opartego o duże silniki gazowe powyżej 5 MWt.

 

Od 1 stycznia 2028 roku – efektywny energetycznie system wykorzystywać będzie: co najmniej 50 proc. energii odnawialnej lub 50 proc. ciepła odpadowego, lub 50 proc. energii odnawialnej i ciepła odpadowego, lub 80 proc. energii pochodzącej z wysokosprawnej kogeneracji, lub kombinację energii cieplnej trafiającej do sieci, w której udział energii odnawialnej wynosić ma co najmniej 5 proc., a całkowity udział energii odnawialnej, ciepła odpadowego lub energii pochodzącej z wysokosprawnej kogeneracji wynosić będzie co najmniej 50 proc.

 

Otwiera się więc „okno” na wielkoskalowe farmy termiczne, które są doskonałym uzupełnieniem mocy wytwórczej CHP. Przy czym zastosowania kogeneracji gazowej przewidziane do 2050 roku wciąż daje wieloletnią perspektywę dla amortyzacji źródła wytwórczego.

 

Koncepcja układu hybrydowego – studium przypadku dla elektrociepłowni miejskiej

 

Odpowiadając na zapytanie pewnego przedsiębiorstwa energetyki cieplnej, Eneria opracowała koncepcję kompleksowej dekarbonizacji mocy wytwórczych. Omawiany zakład wykorzystuje 8 kotłów węglowych o łącznej mocy 98 MWt. Układ dostarcza energię cieplną zarówno dla odbiorców indywidualnych, jak i obiektów użyteczności publicznej. Eneria przeprowadziła analizę różnych technologii, aby spełnić szereg założeń inwestycji. Długofalowym celem inwestycji jest zastąpienie obecnych mocy wytwórczych, utrzymanie ceny ciepła systemowego na obecnym poziomie, umożliwienie rozbudowy układu w czasie poprzez skalowanie. Ponadto niezbędne jest zapewnienie zgodność z wymaganiami efektywnego systemu ciepłowniczego po roku 2028, a także dywersyfikacja przychodów poprzez sprzedaż energii elektrycznej, zapewnienie samofinansowania przedsiębiorstwa i wykorzystanie dostępnych 60MW gazu bez możliwości zwiększenia przesyłu. Wszystko to dla ograniczonego budżetu do 150 milionów złotych.

 

Jako wariant najlepiej wpasowujący się w profil jak i podane wyżej warunki brzegowe Eneria zaproponowała układ zbudowany w oparciu o:

 

1. Układy kogeneracyjne zbudowane na bazie turbiny gazowej Caterpillar Solar Turbines
2. Kotły gazowe szczytowe
3. Akumulator ciepła,
4. Źródła wytwórcze OZE zbudowane w oparciu o kolektory słoneczne TVP Solar

 

Układ Kogeneracyjny – Turbiny Gazowe

 

Eneria przeanalizowała kilka wariantów układów kogeneracyjnych dla omawianego PEC. W niniejszej koncepcji zaprezentowane zostały dwa, które są najkorzystniejsze ze względu na nakłady finansowe i profil pracy przedsiębiorstwa.

 

Wariant 1: 2x Turbina Gazowa Mars 100, 10,3 MWe & 19 MWt
Wariant 2: 3x Turbina Gazowa Taurus 60, 5,67 MWe & 12 MWt

 

Dla obydwu wariantów przewidziano współpracę z akumulatorem ciepła, który jest doskonałym rozwiązaniem dla przedsiębiorstwa PEC.

 

Turbiny Gazowe w gotowej zabudowie kontenerowej PGM (Power Generation Module) to godne zaufania źródło energii. Decydując się na taki produkt klient skraca do minimum czas realizacji, prace projektowe i budowlane. Zabudowana turbina gazowa, wraz z wszystkimi potrzebnymi instalacjami, gotowa jest bo pracy w ciągu kilku dni od posadowienia jej u klienta. Produkt ten występuje w mocach od 3,5 MWe do 16,5 MWe.

 

 

Jest to rozwiązanie wsparte szeregiem autorskich systemów IT, które zapewniają efektywną kogenerację, najniższe emisje i zużycie paliwa. Pomimo swoich kompaktowych wymiarów, produkt gwarantuje szybki serwis i instalację, co czyni go bezobsługowym rozwiązaniem na lata.

 

W przypadku kiedy prefabrykowane rozwiązanie PGM nie spełnia wymagań klienta, Eneria może zaprojektować i wykonać układ kogeneracyjny szyty na miarę przy użyciu każdej z turbin z portfolio Caterpillar Solar Turbines.

 

Termiczna Farma Solarna – TVP Solar

 

Termiczne panele słoneczne były do tej pory uważane za domenę krajów Południa, rozwiązanie zdawało się być wyparte przez bardzo popularne instalacje PV. Są to jednak technologie, które mogą mieć znaczący wkład w dekarbonizację ciepłownictwa systemowego w Polsce i innych krajach regionu. Kluczem jest dobór odpowiedniego systemu do wyzwań stawianych przed sektorem.

 

Eneria wprowadziła we współpracy ze szwajcarską firmą TVP SOLAR SA unikalny produkt jakim są próżniowe, wysokotemperaturowe Termiczne Panele Solarne zaprojektowane z myślą o instalacjach o dużych mocach cieplnych powyżej 500 kWt. Panele są produkowane w Europie, a za cały program odpowiadają byli pracownicy CERN w Szwajcarii.

 

 

Co czyni nasze instalacje wyjątkowymi?

 

Przede wszystkim fakt, że mamy do czynienia z technologią wysokiej próżni, która przechwytuje ciepło słoneczne, zatrzymując je za grubym szkłem paneli w celu podgrzania wody do 200°C bez żadnych strat ciepła. Dzięki temu uzyskujemy wydajność na poziomie 3 MWt z hektara powierzchni, a nasza instalacja zawsze osiąga temperaturę zadaną, niezależnie od pory roku. Panele TVP Solar w odróżnieniu od innych technologii dostępnych na rynku odbierają energię z promieni bezpośrednich jak i światła dyfuzyjnego, co w polskich warunkach umożliwia pracę przez cały rok. Oznacza to w praktyce, że panele oferowane przez Enerię są w stanie generować ciepło również zimą.

 

 

Dla omawianej inwestycji przyjęto moc zainstalowaną na poziomie 5 MWp, co odpowiada połowie dostępnej działki o powierzchni zabudowy 14000 m2. W skali całego roku przedsiębiorstwo jest w stanie wygenerować około 8000 MWh energii cieplnej w postaci wody sieciowej. W okresie letnim, od czerwca do sierpnia, jest w stanie pokryć zapotrzebowanie generowane przez odbiorców w ciągu dnia. Układ będzie więc pracował przez cały rok. Istnieje możliwość zbudowania większej instalacji w ramach dostępnego terenu. Gwarancja producenta dla produktu wynosi 25 lat i przy tak założonym czasie eksploatacji zakładana cena ciepła wynosić będzie mniej niż 45 PLN/GJ. Dodatkowo w prezentowanym układzie udział ciepła z OZE wynosi około 8%, co spełnia wymagania efektywnego systemu ciepłowniczego

 

Akumulator dzień / noc

W proponowanym przez Enerię rozwiązaniu uwzględniony został akumulator ciepła o pojemności 20 MWh / 700 m3. Jest to minimalny rozmiar zapewniający efektywne działanie całego układu. Akumulator jest w tym układzie sprzęgłem pomiędzy instalacją kogeneracyjną, a panelami TVP. Umożliwia pracę i ładowanie akumulatora latem tylko w sytuacji kiedy produkcja energii elektrycznej jest opłacalna dla użytkownika.

 

 

Układ Hybrydowy - podsumowanie

 

Układ hybrydowy to najprostsza droga do dekarbonizacji PEC, która pozwala na utrzymanie racjonalnych kosztów inwestycji. Zaproponowane przez Enerię rozwiązanie, oparte na konkretnym zestawie urządzeń było podyktowane nie tylko rachunkiem ekonomicznym, ale także bezpieczeństwem energetycznym miasta.

 

 

Turbiny Gazowe w takim hybrydowym rozwiązaniu wykorzystywane są do produkcji energii elektrycznej i ciepła, przez co zwiększają efektywność energetyczną całego systemu. Z kolei termiczna farma solarna wykorzystuje energię słoneczną do produkcji ciepła, co pomaga w redukcji emisji CO2 do atmosfery, a akumulatory ciepła umożliwiają magazynowanie nadmiaru ciepła na później, co zwiększa elastyczność całej instalacji.

 

Wszystko to razem tworzy zintegrowany, efektywny energetycznie i przyjazny dla środowiska system ciepłowniczy, który może przyczynić się do transformacji sektora energetycznego w kierunku bardziej zrównoważonego rozwoju.