Rozliczanie produkcji energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych w przypadku wspólnego spalania biogazu z gazem ziemnym w agregatach kogeneracyjnych

Transkrypt

1 Rozliczanie produkcji energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych w przypadku wspólnego spalania biogazu z gazem ziemnym w agregatach kogeneracyjnych Autor: Rafał Szymanowicz - Energopomiar Sp. z o.o., Zakład Techniki Cieplnej ( Energetyka nr 5/2011) Jednym z rodzajów paliw stosowanych do produkcji energii ze źródeł odnawialnych jest (OZE) biogaz. Energetyczne wykorzystanie biogazu w najbliższych latach może mieć istotne znaczenie, ponieważ paliwo to okaże się pewnym uzupełnieniem krajowych mocy produkcyjnych w zakresie energii pochodzącej z zasobów odnawialnych. Biogaz jest to gaz pozyskiwany z na przykład biomasy, w szczególności z instalacji przeróbki odpadów zwierzęcych lub roślinnych, a także z oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów komunalnych. Jednym ze sposobów energetycznego wykorzystania tego paliwa jest jego spalanie w tak zwanych agregatach kogeneracyjnych o znamionowej mocy elektrycznej od kilkuset do kilku tysięcy kilowatów. Urządzenia te w efektywny sposób potrafią wykorzystać energię zawartą w biogazie poprzez jednoczesną produkcję energii elektrycznej i ciepła. Charakterystyka instalacji Biogaz wykorzystywany do celów energetycznych powstaje w wyniku fermentacji odpadów organicznych na składowiskach odpadów komunalnych, z odpadów zwierzęcych w gospodarstwach rolnych lub osadów ściekowych w oczyszczalniach ścieków. Biogaz powstaje w wyniku fermentacji beztlenowej i składa się w przeważającej części z metanu, którego zawartość waha się od około 40% do 70% oraz dwutlenku węgla, którego zawiera od około 40 do 50%. Biogaz zawiera także inne gazy, między innymi azot, siarkowodór, tlenek węgla, amoniak i tlen. Do produkcji energii cieplnej i elektrycznej może być wykorzystywany biogaz zawierający z reguły powyżej 40% metanu. Biogaz powstający na wysypiskach śmieci pozyskiwany jest z wykorzystaniem tak zwanych studni, które rozmieszczone są w różnych sektorach składowiska. Im większa jest ich liczna, tym bardziej zwiększa się wydajność instalacji oraz jakość pozyskiwanego biogazu. Biogaz pochodzący ze składowisk odpadów komunalnych pozyskiwany jest w większości przypadków z głębokości kilku lub kilkunastu metrów. Z reguły studnie połączone są rurami na przykład o średnicy 80 mm tworząc gałęzie, które z kolei włączone są w kolektory przesyłowe na przykład o średnicy 140 mm transportujące gaz do stacji sprężania biogazu. Cała instalacja biegnie pod grubą warstwą odpadów na głębokości wahającej się z reguły od kilku do kilkudziesięciu metrów od powierzchni składowiska. W stacji sprężania

2 znajdują się urządzenia, których zadaniem jest podanie biogazu o określonych parametrach fizycznych do budynku, w którym znajduje się jeden lub kilka agregatów kogeneracyjnych. Rys. 1a. Nowoczesny agregat kogeneracyjny typu Petra o mocy znamionowej 477 kw Rys. 1b. Agregat kogeneracyjny typu Wola o mocy znamionowej 200 kw

3 Agregat kogeneracyjny (rys. 1a, 1b) wykorzystujący biogaz jest urządzeniem opartym na silniku spalinowym o zapłonie iskrowym. Silnik spalinowy napędza trójfazowy generator synchroniczny bądź asynchroniczny, wytwarzający energię elektryczną. W układ wyprowadzenia spalin z silnika spalinowego wbudowany jest wymiennik w celu odzysku ciepła ze spalin. Dodatkowo w wielu przypadkach układ chłodzenia agregatu kogeneracyjnego wyposażony jest w wymiennik płytowy, który również ma za zadania odzysk ciepła. Za pośrednictwem tych wymienników ciepło odzyskane z agregatu może być wykorzystywane do ogrzewania budynków lub do celów technologicznych. W instalacjach biogazowych, w których zabudowano agregaty kogeneracyjne zdarza się, że spalany jest również gaz ziemny. Biorąc pod uwagę aspekt gwarancji dostaw energii elektrycznej i ciepła zwłaszcza na rynkach lokalnych lub w przedsiębiorstwach, w których agregat został zainstalowany, rozwiązanie to wydaje się jak najbardziej uzasadnione. Zastosowanie dwóch paliw zwiększa dyspozycyjność instalacji, zwłaszcza w przypadku zasilania agregatu biogazem o niskich parametrach (niskiej zawartości metanu), na co wpływ ma przede wszystkim technologia pozyskiwania biogazu. Zalety dostosowania instalacji do podawania gazu ziemnego uwidaczniają się również w przypadku nieprzewidzianych awarii elementów instalacji transportu i sprężania biogazu. Uwarunkowania prawne Podstawowym aktem prawnym regulującym w Unii Europejskiej zasady wspierania produkcji na rynku wewnętrznym energii elektrycznej wytwarzanej ze źródeł odnawialnych jest Dyrektywa 2009/28/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych [1]. Dokument ten zawiera ogólne informacje na temat zagadnień związanych z produkcją energii odnawialnej, natomiast na szczeblu krajowym Państwa Członkowskie posługują się rozmaitymi mechanizmami wspierania rozwoju odnawialnych źródeł energii łącznie z zielonymi certyfikatami, pomocą inwestycyjną, zwolnieniami podatkowymi lub obniżaniem podatku itp. W Polsce podstawowym aktem prawnym regulującym zasady prowadzenia produkcji energii odnawialnej jest obecnie Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źródle energii ( z późniejszymi zmianami) [2]. Rozporządzenie to określa między innymi: wymagania dotyczące pomiarów, rejestracji i sposobu obliczania ilości energii elektrycznej lub ciepła wytwarzanych w odnawialnych źródłach energii za pomocą instalacji wykorzystujących w procesie wytwarzania energii nośniki energii oraz miejsca dokonywania pomiarów ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnych źródłach energii na potrzeby realizacji obowiązku potwierdzania danych dotyczących tej produkcji.

4 Produkcja biogazu rolniczego lub energii elektrycznej z biogazu rolniczego wymaga wpisu do rejestru przedsiębiorstw energetycznych zajmujących się wytwarzaniem biogazu rolniczego przez Prezesa Agencji Rynku Rolnego, natomiast w przypadku przedsiębiorstw zajmujących się produkcją energii elektrycznej z pozostałych rodzajów biogazu wymagana jest koncesja wydawana przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki. W celu uzyskania koncesji na wytwarzanie energii w odnawialnych źródłach energii, niezbędne jest przygotowanie wniosku zawierającego dokumenty wskazujące, że spełnione są warunki organizacyjne zapewniające prawidłowe wykonywanie działalności objętej koncesją, warunki techniczne zapewniające prawidłowe wykonywanie działalności gospodarczej oraz dokumenty wskazujące posiadanie możliwości finansowych zapewniających prawidłowe wykonywanie działalności objętej koncesją. Wymagania metrologiczne Wymagania metrologiczne dla instalacji wykorzystujących biogaz spalany w agregatach kogeneracyjnych zostały określone w Ustawie z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (z późniejszymi zmianami) [3], w Ustawie z dnia 11 maja 2001 r. Prawo o miarach (z późniejszymi zmianami) [4] oraz w Rozporządzeniu [2]. Wymagania techniczne w zakresie przyłączania do sieci urządzeń wytwórczych. a także sieci dystrybucyjnych elektroenergetycznych, urządzeń odbiorców końcowych, połączeń międzysystemowych oraz linii bezpośrednich zostały określone w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (z późniejszymi zmianami) [5], wydanym na podstawie artykułu 9 ust. 3 i 4 Ustawy [3]. Informacje na temat wymagań technicznych i formalno-prawnych można również pozyskać z opracowania Urzędu Regulacji Energetyki pod tytułem Pakiet Informacyjny (OZE) dla przedsiębiorstw zamierzających prowadzić działalność gospodarczą polegającą na wytwarzaniu energii elektrycznej w odnawialnych źródłach energii (OZE) [6]. Z uwagi na zakres wymaganych pomiarów instalacje można podzielić na dwie grupy. Pierwsza dotyczy instalacji wykorzystujących do produkcji energii elektrycznej i ciepła wyłącznie biogaz, natomiast do drugiej zalicza się instalacje produkujące energię w technologii tak zwanego wspólnego spalania biogazu z paliwami konwencjonalnymi (gazem ziemnym). W przypadku pierwszej grupy instalacji wymaganym pomiarem jest pomiar produkcji energii elektrycznej na zaciskach generatora przy zachowaniu warunków przyłączeniowych określonych w polskim prawie [3, 5]. Zagadnienie jest stosunkowo łatwe do zrealizowania. W przypadku drugiej grupy instalacji zadanie to jest natomiast zdecydowanie bardziej złożone.

5 Powyższe wynika z faktu, iż instalacja spalająca paliwo pochodzące z zasobów odnawialnych oraz paliwo konwencjonalne podlega znacznie bardziej rygorystycznym wymaganiom metrologicznym. Zgodnie z Rozporządzeniem [2] w jednostce wytwórczej, w której spalany jest biogaz wspólnie z innymi paliwami do energii wytwarzanej w odnawialnych źródłach zalicza się cześć energii elektrycznej lub ciepła odpowiadającą udziałowi energii chemicznej biomasy lub biogazu w energii chemicznej paliwa zużywanego do wytwarzania energii, obliczaną na podstawie rzeczywistych wartości opałowych tych paliw. W związku z powyższym niezbędne jest opracowanie procedury rozliczeń w praktyce Dokumentacji Uwierzytelniającej zawierającej opis instalacji do produkcji energii odnawialnej oraz procedury rozliczeniowe, umożliwiające określenie ilości wytworzonej energii elektrycznej. Procedura rozliczeń powinna zawierać lokalizację i rodzaj aparatury pomiarowej niezbędnej do obliczenia produkcji energii odnawialnej spełniającej aktualnie obowiązujące przepisy w tym zakresie. Zgodnie z Rozporządzeniem [2] w przypadku spalania w jednostce wytwórczej biogazu wspólnie z innymi paliwami pomiary biogazu (oraz innych paliw) powinny obejmować pomiary masy każdego z tych paliw dostarczonych do procesu spalania, wykonywane metodą bezpośrednią za pomocą pomiaru masy lub metodą pośrednią za pomocą pomiaru objętości z korekcją temperatury, a w przypadku paliw gazowych także ciśnienia tych paliw. Oznaczenie właściwości fizykochemicznych paliw powinno odbywać się zgodnie z normami dotyczącymi właściwości tych paliw. W przypadku braku norm dla danego rodzaju zużywanego paliwa oznaczenie właściwości fizykochemicznych paliwa odbywa się według norm zwalidowanych w rozumieniu norm określających wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących. W układach wyposażonych w agregaty kogeneracyjne spalające dwa paliwa pochodzące z różnych źródeł spełnienie wyżej wymienionych wymagań jest trudne do zrealizowania zarówno pod kątem technicznym jak również ekonomicznym dotyczy to głównie wyznaczania wartości opałowej biogazu oraz gazu ziemnego, których układy pomiarowe powinny podlegać prawnej kontroli metrologicznej (w przypadku pomiarów on-line ), a analizy chemiczne powinny być wykonywane według norm lub metod zwalidowanych (w przypadku poboru próbek gazu). Biorąc pod wagę złożoność opisanego zagadnienia opracowano koncepcję układu pomiarowo-sterującego, którego zastosowanie umożliwia uzyskanie koncesji na produkcję energii ze źródeł odnawialnych oraz umożliwia rezygnację z pomiarów on-line lub wykonywania analiz chemicznych mających na celu wyznaczenie wartości opałowej spalanych gazów.

6 Koncepcja układu pomiarowo-sterującego dla agregatów wykorzystujących dwa paliwa pochodzące z różnych źródeł Ideę układu pomiarowego i sterowniczego w powiązaniu z technologią przedstawiono na rysunku 2. Rys. 2. Uproszczony schemat zasilania napędów przepustnic biogazu i gazu ziemnego układu pomiarowego zliczającego produkcję energii elektrycznej odnawialnej i konwencjonalnej 1 silnik spalinowy agregatu prądotwórczego, 2 generator agregatu prądotwórczego, 3 licznik energii elektrycznej, 4 przycisk sterowniczy uruchomienia sekwencji zasilania agregatu biogazem, 5 lampka sygnalizująca zasilanie agregatu biogazem, 6 przycisk sterowniczy uruchomienia sekwencji zasilania agregatu gazem ziemnym, 7 lampka sygnalizująca zasilanie agregatu gazem ziemnym, 8 przepustnica biogazu z elektronapędem, 9 przepustnica gazu ziemnego z elektronapędem, 10 zawór gazu z elektronapędem na alternatywnym rurociągu zasilającym, 11 ręczny zawór gazu na alternatywnym rurociągu zasilającym, 12 tłumik

7 W zaprezentowanym układzie nie jest możliwe jednoczesne spalania biogazu z gazem ziemnym, dzięki czemu nie ma potrzeby pomiaru ilości i wyznaczania wartości opałowych tych paliw. Na rurociągach gazu zainstalowano przepustnice (8, 9) służące do zasilania agregatów biogazem lub gazem ziemnym. Przepustnice posiadają dwukierunkowe napędy z silnikami elektrycznymi i są wyposażone w wyłączniki położenia krańcowego wykorzystywane w układzie sterowania i do sygnalizacji. Skrzynka sterownicza zawiera układ sterowania napędów przepustnic biogazu i gazu ziemnego i jest wyposażona w przyciski sterownicze (4, 6) umożliwiające obsłudze zasilenie agregatów prądotwórczych biogazem bądź gazem ziemnym oraz lampki sygnalizacyjne (5, 7) informujące o aktualnie wybranej ścieżce zasilania danym rodzajem gazu. Przełączenie rodzaju gazu zasilającego agregaty inicjowane jest przyciskami uruchamiającymi odpowiednio sekwencję przełączania: przycisk (4) przełączenie zasilania agregatu z biogazu na gaz ziemny, przycisk (6) przełączenie zasilania agregatu z gazu ziemnego na biogaz. Rodzaj aktualnie otwartej nitki zasilania gazem sygnalizowany jest przez lampki: (5) zasilanie biogazem, (7) zasilanie gazem ziemnym. Sekwencja przełączania rodzaju gazu po zainicjowaniu przyciskiem odbywa się samoczynnie, dwuetapowo najpierw zostaje zamknięta przepustnica gazu aktualnie dostarczanego, a dopiero następnie otwarta przepustnica docelowego. Licznik energii elektrycznej (3) na podstawie wartości sygnałów napięcia i prądu z linii wyprowadzenia mocy zlicza ilość wytworzonej energii elektrycznej. Zliczanie energii elektrycznej odbywa się w dwóch oddzielnych rejestrach w zależności od sygnału sterującego informującego licznik o rodzaju doprowadzonego gazu do agregatu. W pierwszym rejestrze zliczana jest energia wytworzona ze spalania biogazu, a w drugim rejestrze ze spalania gazu ziemnego. Ponadto w trzecim rejestrze jest zliczana wytworzona energia elektryczna niezależnie od rodzaju gazu doprowadzonego do agregatu. Po zabudowie układu pomiarowo-sterującego licznik energii elektrycznej powinien zostać przeprogramowany przez Zakład Energetyczny. Dzięki czemu możliwe jest ustalenie nowych rejestrów taryfowych: na przykład pierwszy rejestr jako produkcja energii elektrycznej z biogazu energii ze źródeł odnawialnych i drugi rejestr związany z produkcją energii elektrycznej z gazu ziemnego energii ze źródeł konwencjonalnych. Podsumowanie Wszystkie przedsiębiorstwa posiadające instalacje bez względu na moc źródła produkujące energię elektryczną z biogazu pochodzącego ze składowisk odpadów komunalnych lub oczyszczalni ścieków, chcąc uzyskać świadectwa pochodzenia za

8 wyprodukowaną energię odnawialną (zielone certyfikaty) wymagają uzyskania koncesji wydawanej na podstawie wniosku składanego do Urzędu Regulacji Energetyki. Instalacje wykorzystujące wyłącznie biogaz powinny spełniać wymagania metrologiczne oraz przyłączeniowe opisane w Rozporządzeniu [5] oraz Pakiecie Informacyjnym [6]. Instalacje te, w celu ubiegania się o świadectwa pochodzenia powinny posiadać układ pomiarowo-rozliczeniowy (licznik energii elektrycznej brutto), a w przypadku jego braku dopuszczalne jest dokonywanie pomiarów w miejscu przyłączenia odnawialnego źródła energii do sieci operatora systemu elektroenergetycznego. W przypadku obiektów posiadających instalacje wykorzystujące oprócz biogazu paliwa inne niż pochodzące ze źródeł odnawialnych na przykład gaz ziemny, do wniosku o uzyskanie koncesji powinna zostać dołączona procedura rozliczeń, czyli Dokumentacja Uwierzytelniająca. Ponadto wymagana jest Opinia strony trzeciej, niezależnej na przykład Zakładów Pomiarowo-Badawczych Energetyki ENERGOPOMIAR Sp. z o.o. Zgodne z obowiązującymi przepisami w układach wykorzystujących paliwa gazowe pochodzące ze źródeł odnawialnych i konwencjonalnych oprócz produkcji energii elektrycznej brutto powinno być wyznaczane zużycie energii chemicznej każdego ze spalanych paliw w sposób bezpośredni, to jest poprzez pomiar masy lub metodą pośrednią za pomocą pomiaru objętości z korekcją temperatury, a także ciśnienia oraz wyznaczenie wartości opałowej gazu. Innym rozwiązaniem umożliwiającym rezygnację z pomiarów ilości i jakości spalanych paliw gazowych oraz uzyskanie koncesji na produkcję energii odnawialnej jest zaopatrzenie instalacji w układ pomiarowo-rozliczeniowy uniemożliwiający wspólne spalanie tych paliw oraz układ rejestracji danych powinien rejestrować oddzielnie energię wytworzoną z paliw pochodzących z zasobów odnawialnych oraz energię ze spalania paliw innych niż odnawialne. LITERATURA [1] Dyrektywa 2009/28/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych [2] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źródle energii (Dz.U. Nr 156, poz. 969, z 2008 r. oraz Dz.U. Nr 34, poz. 182, z 2010 r.)

9 [3] Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (Dz.U. Nr 54, poz. 348, z 1997 r., z późniejszymi zmianami) [4] Ustawie z dnia 11 maja 2001 r. Prawo o miarach (Dz.U. Nr 63, poz.636, z 2001 r., z późniejszymi zmianami) [5] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz.U. Nr 93, poz. 623, z 2007 r., z późniejszymi zmianami) [6] Pakiet Informacyjny (OZE) dla przedsiębiorstw zamierzających prowadzić działalność gospodarczą polegającą na wytwarzaniu energii elektrycznej w odnawialnych źródłach energii (OZE). Urząd Regulacji Energetyki, Departament Przedsiębiorstw Energetycznych, Warszawa, luty 2010 r. [7] Strona internetowa: [8] Dokumentacje Uwierzytelniające instalacji do produkcji energii ze źródeł odnawialnych oraz procedur rozliczeniowych. Opracowania Zakładów Pomiarowo-Badawczych Energetyki Energopomiar Sp. z o.o. [9] Opinie o przygotowaniu instalacji i procedur rozliczeniowych do produkcji energii odnawialnej. Opracowania Zakładów Pomiarowo-Badawczych Energetyki Energopomiar Sp. z o.o.