ASPEKTY WSPARCIA I ROZWOJU MIKROKOGENERACJI ROZPROSZONEJ NA TERENIE POLSKI

Transkrypt

1 Str. 94 Rynek Energii Nr 5(114) ASPEKTY WSPARCIA I ROZWOJU MIKROKOGENERACJI ROZPROSZONEJ NA TERENIE POLSKI Adrian Chmielewski, Robert Gumiński, Stanisław Radkowski, Przemysław Szulim Słowa kluczowe: mikrokogeneracja, silnik Stirlinga, generacja rozproszona Streszczenie. W perspektywie 2020 roku Polska jako członek Unii Europejskiej musi spełniać wymogi dotyczące ochrony klimatu określone w dyrektywach, m.in: 2009/28/WE i 2012/27/UE oraz wprowadzenia inteligentnych liczników u odbiorców końcowych dyrektywa 2009/72/WE. W dyrektywie 2012/27/UE do technologii kogeneracyjnych, w których wytworzona zostaje energia elektryczna z ciepła odpadowego zaliczono m.in: turbiny gazowe w układzie kombinowanym z odzyskiem ciepła, silniki spalinowe, silniki parowe, ogniwa paliwowe, mikroturbiny, organiczny obieg Rankine'a, silniki Stirlinga oraz wiele innych opisanych szczegółowo w dyrektywie. Każda z wymienionych technologii jest wsparciem do poprawy efektywności energetycznej przetworzenia paliw kopalnych na energię mechaniczną bądź elektryczną. W pierwszej części pracy przedstawiono programy wsparcia dla kogeneracji rozproszonej oraz OZE na terenie Polski (projekt ustawy o OZE z ), a także programy wsparcia prowadzone przez NFOŚiGW. Przedstawiono również możliwości wykorzystania mikrokogeneracji rozproszonej jako element przy złagodzeniu szczytu i wygładzenia krzywej zapotrzebowania na moc z krajowych sieci elektroenergetycznych (KSE). Omówiono również możliwości sprzedaży energii elektrycznej z układu mikrokogeneracyjnego do sieci elektroenergetycznej. 1. WSTĘP Polityka klimatyczna Unii Europejskiej stawia państwom członkowskim wymogi dotyczące m.in: poprawy efektywności przetwarzania energii z paliw kopalnych (20% wzrost efektywności energetycznej), zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii na rynku energii (do blisko 20%) a także ograniczenie emisji gazów cieplarnianych (20%) w celu ochrony środowiska naturalnego. W świecie nauki a także przemyśle stwarza to nowe spojrzenie na OZE oraz technologie kogeneracyjne, których wsparcie programami krajowymi (np: program prosument prowadzony przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, w skrócie NFOŚiGW [29]) prowadzi do szybkiego ich rozwoju. W dyrektywie 2012/27/UE [11] do technologii kogeneracyjnych, w których wytworzona zostaje energia elektryczna z ciepła odpadowego zaliczono m.in: silniki spalinowe [40], silniki parowe [15], ogniwa paliwowe [27, 28, 34], mikroturbiny [20], organiczny obieg Rankine'a [21, 39], silniki Stirlinga [3-6, 8, 16, 24, 32,41] a także inne opisane szczegółowo w dyrektywie 2012/27/UE [11]. 2. GENERACJA ROZPROSZONA POJĘCIA PODSTAWOWE Tradycyjny system elektroenergetyczny cechuje się jednokierunkowym przepływem energii elektrycznej wytwarzanej zwykle przez duże elektrownie i dystrybuowanej przez duże firmy energetyczne (PGE, ENEA, ENERGA, TAURON, RWE). W systemie tradycyjnym, zcentralizowanym występuje duży wytwórca energii, który dostarcza energię wielu odbiorcom nawet na obszarach bardzo odległych, gdzie występują duże straty przesyłu. System elektroenergetyczny rozproszony, zdecentralizowany oznacza funkcjonowanie na rynku energii wielu mniejszych wytwórców energii elektrycznej znajdujących się blisko odbiorców końcowych (potencjalnych klientów) w celu ograniczenia strat przesyłu oraz poprawienia jakości dostarczanej do odbiorców energii. Generacja energii niescentralizowana (zdecentralizowana z ang. distributed generation) oznacza źródła wytwórcze, które zwykle pracują na potrzeby własne klienta bądź dostarczają energię (sprzedaż) do sieci dystrybucyjnej. Generacja rozproszona nie obejmuje energetyki wiatrowej, która kojarzona jest z dużymi farmami wiatrowymi. Energetykę wiatrową obejmuje generacja rozsiana (ang. dispersed generation). Z generacją rozproszoną (niescentralizowaną) związane są moce rozproszone (ang. distributed power), które obejmują zagadnienia i technologie akumulacji energii m.in: superkondensatory, koła zamachowe, akumulatory elektrochemiczne, sprężone powietrze, cewki magnetyczne oraz duże ogniwa paliwowe. Należy również wyróżnić moce zdecentralizowane (ang. decentralised power), które oznaczają system zasobów energetycznych rozproszonych przyłączonych do sieci dystrybucyjnej (niskiego napięcia). W zależności od wielkości wytwarzanej mocy elektrycznej urządzenia generacji rozproszonej mogą pracować w kogeneracji (rysunek 1) oraz jako systemy i urządzenia do produkcji energii elektrycznej, m.in: systemy geotermalne, ogniwa fotowoltaiczne, turbiny wiatrowe, małe i mini elektrownie wodne.

2 Nr 5(114) Rynek Energii Str. 95 Rys. 1. Zakresy mocy urządzeń generacji rozproszonej [18] W zależności od wielkości źródeł rozproszonych (moc poniżej 150 MW) [33] wyróżnia się: mikrogenerację rozproszoną (1 W do 5 kw), małą generację rozproszoną (5 kw do 5 MW), średnią generację rozproszoną (5 MW do 50 MW), dużą generację rozproszoną (50 MW do 150 MW). W zależności od źródła generacji rozproszonej mogą one być przyłączone do sieci elektroenergetycznej: bezpośrednio (generatory synchroniczne turbiny wodne, parowe, gazowe silniki Diesla), pośrednio za pomocą przekaźników elektronicznych (generatory synchroniczne bądź asynchroniczne) czyli turbiny wiatrowe, mikroturbiny gazowe, pośrednio za pomocą inwerterów elektronicznych (źródła prądu stałego czyli ogniwa fotowoltaiczne oraz ogniwa paliwowe). Mikrogeneracja (ang. microgeneration) lub inaczej generacja w małej skali (do 50 kw) jest to wytwarzanie energii elektrycznej lub ciepła, głównie na własne potrzeby przez osoby fizyczne, małe firmy bądź też społeczności lokalne, w jednostkach wytwórczych bardzo małej mocy, w porównaniu z typowymi elektrowniami spalającymi paliwa kopalne. Mikrogeneracja odnosi się głównie do gospodarstw domowych. Mikrogeneracją jest także wykorzystanie przez sprzedawców klientów (prosumentów) wysokosprawnych i niskoemisyjnych technologii wytwarzania energii elektrycznej małej mocy (przyłączane są do sieci dystrybucyjnej niskiego napięcia). Z pojęciem mikrogeneracji należy kojarzyć mikrogenerator. Mikrogenerator jest to generator energii elektrycznej niezależnie od źródła energii pierwotnej, zainstalowany na stałe z układami zabezpieczeń, przyłączony jednofazowo bądź wielofazowo do sieci niskiego napięcia o prądzie znamionowym nie większym niż 16A [1, 31]. Osoba, która posiada mikrogenerator, który jest połączony z siecią elektroenergetyczną niskiego napięcia (on grid z podłączeniem do sieci lub off grid bez podłączenia do sieci) nazywana jest prosumentem. Prosument to osoba aktywnie uczestnicząca na rynku energii i interesująca się cenami energii elektrycznej. Mikrokogeneracja (ang. Microcogeneration CHP ) zgodnie z zapisami dyrektywy 2004/8/EC [13] oznacza produkcję skojarzoną (równoczesną) ciepła i energii elektrycznej lub mechanicznej w trakcie tego samego procesu z maksymalną mocą poniżej 50 kw e. Mikrokogeneracja jest najbardziej odpowiednia do użycia w prywatnych przedsiębiorstwach, małych fabrykach i gospodarstwach domowych. W dyrektywie 2004/8/EC [13] przedstawiono również definicję kogeneracji rozproszonej rozumianej jako jednostki kogeneracji zaopatrujące obszary wyizolowane bądź obsługujące ograniczone zapotrzebowanie mieszkalne (gospodarstwa domowe), handlowe lub też przemysłowe. Z rysunku 1 wynika, że dla przydomowej mikrokogeneracji najodpowiedniejsze pod względem zakresu mocy są układy z silnikiem Stirlinga oraz niskotemperaturowe ogniwa paliwowe. W przypadku generacji energii elektrycznej z OZE dla gospodarstw domowych najbardziej odpowiednie są ogniwa fotowoltaiczne oraz małe przydomowe turbiny wiatrowe. W pracy [9] autorzy przeprowadzili badania dla generacji energii z użyciem ogniw fotowoltaicznych (on grid z przyłączeniem i możliwością sprzedaży wyprodukowanej energii elektrycznej do sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia). Przedstawili różne warianty wykorzystania wyprodukowanej energii elektrycznej m.in: konsumpcja na potrzeby własne oraz odsprzedaż do sieci. Najbardziej korzystne okazało sie wykorzystanie wytworzonej energii elektrycznej na potrzeby własne ponieważ dla przykładu za rok 2013 średnia cena sprzedaży energii elektrycznej do sieci na rynku konkurencyjnym [36] wyniosła 181,55zł/MWh. Energię elektryczną z mikoinstalacji OZE (mikroinstalacją według dziennika ustaw 2013 poz. 984 z dnia 27 sierpnia 2013 [14] nazywane jest odnawialne źródło energii o łącznej zainstalowanej mocy elektrycznej nie większej niż 40 kw, które zostało przyłączone do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż 110 kv lub też o łącznej mocy cieplnej zainstalowanej nie większej niż 120 kw) można sprzedać do sieci w 2014 roku po cenie 80% ze średniej ceny na rynku konkurencyjnym z roku poprzedniego 2013, czyli po 145,24 zł/mwh. Śred-

3 Str. 96 Rynek Energii Nr 5(114) nia cena energii elektrycznej w roku 2013 dla odbiorcy końcowego, którym jest gospodarstwo domowe przyłączone do sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia podana przez prezesa URE [37] wynosiła 504,8 zł/mwh, natomiast z vatem 620,9 zł/mwh. Obecnie według [42] średnia cena energii elektrycznej dla taryfy G11 wynosi 560zł/MWh. W związku z czym widać, że najbardziej korzystne jest wykorzystanie wytworzonej energii elektrycznej z OZE czy też kogeneracji na potrzeby własne gospodarstwa domowego. 3. WSPARCIE DLA OZE I MIKROKOGENERACJI ROZPROSZONEJ Należy podkreślić fakt, że zgodnie z ustawą o OZE prosumenci mogą sprzedawać wytworzoną z mikroinstalacji energię elektryczną do sieci elektroenergetycznej po 80% ceny sprzedaży w roku poprzednim, która podawana jest do wiadomości przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki (dla przykładu jeżeli 1MWh energii elektrycznej sprzedawanej w roku 2013 [38] wynosi 201, 36 zł, to energię elektryczną wyprodukowaną z OZE do sieci można sprzedać po cenie 161,09 zł m.in: z ogniw fotowoltaicznych). Jak już wspomniano w rozdziale 2 cena sprzedaży w roku 2014 [36] wynosi 181,55 zł/mwh, czyli cena odsprzedaży do sieci z OZE wynosi 145,24 zł/mwh. Oczywiście aby sprzedawać zieloną energię do sieci prosument musi uzyskać odpowiedni certyfikat pochodzenia tej energii (zielony certyfikat). Obecnie w 2014 roku prowadzony jest projekt prosument przez NFOŚIGW [29]. Jednak należy zwrócić uwagę na fakt, że program ten teoretycznie jest skierowany dla wszystkich natomiast w praktyce dofinansowanie możne pozyskać tylko samorząd, bank bądź też Wojewódzki Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, który jest beneficjentem. Jest to podmiot odpowiedzialny za przeprowadzenie postępowania przetargowego i wybór wykonawcy lub kilku wykonawców. Należy również dodać, że program skupia się na udzieleniu pożyczki na budowę mikroinstalacji przez wybrane banki i na określonych przez nie warunkach. Po zaaplikowaniu udzielana jest pożyczka (20 40% jest umarzane) natomiast 60% należy spłacać przez określoną przez bank przy podpisywaniu umowy liczbę lat [29]. Program prosument obejmuje również wsparcie dla urządzeń mikrokogeneracyjnych o mocy elektrycznej do 40 kw. Wsparcie dla mikroinstalacji z OZE i mikrokogeneracji przewiduje również projekt ustawy o OZE z dnia 8 lipca 2014 [31]. Wytwórca energii elektrycznej musi posiadać mikroinstalację (odnawialnego źródło energii o łącznej mocy elektrycznej zainstalowanej nie większej niż 40 kw, przyłączonej do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż 110 kv lub o mocy cieplnej osiągalnej w skojarzeniu nie większej niż 120 kw). Wytwórca energii elektrycznej na 30 dni przed przyłączeniem do sieci musi poinformować operatora systemu dystrybucyjnego, przedstawić lokalizację mikroinstalacji, rodzaj mikroinstalacji oraz jej moc. Szczegółowy opis prawno formalny przyłącza zawiera projekt ustawy o OZE z dnia 8 lipca 2014 [31].Wytwórca energii dodatkowo musi posiadać świadectwo pochodzenia, które jest wydawane na okres 15 lat. Operator systemu elektroenergetyczny ma obowiązek zakupu wytworzonej przez wytwórcę energii elektrycznej przez okres 15 lat. 4. MIKROKOGENERACJA JAKO ELEMENT OBNIŻENIA ZAPOTRZEBOWANIA NA ENERGIĘ Z KSE Odwołując się do danych GUS [17] w roku 2012 na terenie Polski było 13,6 miliona gospodarstw domowych (gospodarstwo domowe czyli zespół osób mieszkających razem i utrzymujących się wspólnie). Gospodarstwa domowe wykorzystują różne techniki ogrzewania pomieszczeń oraz ogrzewania wody. W przypadku ogrzewania pomieszczeń przeważa ogrzewanie paliwami stałymi (według GUS 2014 [17] paliwem stałym nazywa się palne ciała stałe pochodzenia naturalnego lub otrzymywane sztucznie, wykorzystywane jako źródło energii cieplnej, zaliczane są do nich: węgiel kamienny, koks, drewno opałowe, węgiel brunatny oraz torf. Innymi paliwami stałymi są brykiety z węgla kamiennego, brunatnego i torf). Rys. 2. Ogrzewanie pomieszczeń według technik ogrzewania [17] Blisko połowa gospodarstw domowych 49,1% w 2012 i 2013 roku użytkowała urządzenia grzewcze wykorzystujące paliwa stałe wśród, których najczęściej użytkowane były dwufunkcyjne kotły centralnego ogrzewania (wytwarzanie energii cieplnej i ogrzewanie wody). Kotły dwufunkcyjne wykorzystywało

4 Nr 5(114) Rynek Energii Str ,3% gospodarstw domowych ogrzewanych paliwami stałymi. Kotły jednofunkcyjne wykorzystywało 31,9% gospodarstw domowych ogrzewanych paliwami stałymi. W 19,2% gospodarstw używane były tradycyjne urządzenia grzewcze piece, zwykle piece kaflowe. W 7% gospodarstw domowych używane były kominki zwykle z wkładem zamkniętym, w pozostałych 0,6% gospodarstw jedynym urządzeniem grzewczym były kuchnie na paliwa stałe. Ciepło sieciowe zużywało 41% (rysunek 2) wszystkich gospodarstw domowych. Zwykle ciepło sieciowe wykorzystywali mieszkańcy bloków jego wykorzystanie w domach jednorodzinnych było niewielkie. Na rysunku 3 przedstawiono ogrzewanie wody w gospodarstwach domowych według technik ogrzewania dane GUS [17]. Brak ciepłej wody bieżącej na rysunku 3 oznacza, że woda może być ogrzewana wyłącznie na urządzeniach kuchennych najczęściej na kuchni na paliwa stałe. Takie ogrzewanie wody na kuchni na paliwa stałe dotyczyło blisko 5% gospodarstw domowych (600 tysięcy), co stanowiło prawie 2 miliony mieszkańców Polski. Rys. 3. Ogrzewanie wody według technik ogrzewania [17] W Polsce udział gospodarstw domowych w rynku energii według [35] (stan na 31 grudnia 2012) wynosił 19,7% (rysunek 4b). Rys. 4. Rynek energii elektrycznej w 2012 roku: a) struktura odbiorców, b) struktura sprzedaży energii elektrycznej [35] Zgodnie z rysunkiem 4 biorąc pod uwagę zapotrzebowanie na moc z KSE w Polsce w 2012 na podstawie [43] oraz udział gospodarstw domowych (19,7%) przedstawiono na rysunku 5 zapotrzebowanie na moc z KSE. Rys. 5. Porównanie zapotrzebowania na moc gospodarstw domowych z obciążeniem systemu elektroenergetycznego w roku 2012 [30] udział gospodarstw domowych 19,7% Na rysunku 6 przedstawiono porównanie zapotrzebowania na moc dla gospodarstw domowych dla danych z roku 2012 z użyciem oraz bez użycia CHP w sezonie grzewczym. Symulację wpływu udziału układu mikrokogeneracyjnego na zapotrzebowanie mocy z KSE przeprowadzono zakładając że: blisko połowa 49,1% spośród gospodarstw domowych ogrzewa swe mieszkania paliwami stałymi [17] oraz innymi paliwami stałymi, zakładając, oraz że spośród tych 49,1% co drugie gospodarstwo posiada układ mikrokogeneracyjny, który wykorzystuje do konwersji ciepła odpadowego w energię elektryczną, układ wytwarza 0,5kW/godzinę, układ pracuje 24 godziny/dobę, 7 dni w tygodniu przez cały sezon grzewczy przy wykorzystaniu tej energii na potrzeby własne ograniczając tym samym pobór energii z sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia w okresie grzewczym (trwającym od początku października do końca kwietnia [19]). Za początek sezonu grzewczego przyjęto miesiąc w którym średnia miesięczna temperatura powietrza była niższa od 10 C (październik). Za koniec sezonu grzewczego przyjęto miesiąc w którym średnia miesięczna temperatura powietrza była wyższa od 10 C (maj 2012). Oszacowanie ilości wyprodukowanej mocy (energii elektrycznej w czasie) dla gospodarstw domowych przedstawiono poniższym wzorem P CHP _ KSE P CHP GD, (1)

5 Str. 98 Rynek Energii Nr 5(114) gdzie: współczynnik wykorzystania układu mikrokogeneracyjnego w sezonie grzewczym (dla 1 cały sezon grzewczy, dla 0 brak wykorzystania w sezonie grzewczym), przyjęto =1, moc P CHP układu mikrokogeneracyjnego (przyjęto P 500 W ). współczynnik udziału układu mikroko generacyjnego w liczbie gospodarstw domowych (przyjęto 0, 5 ), współczynnik udziału gospodarstw domowych na rynku energii (sieć niskiego napięcia - przyjęto na podstawie [35] dla roku ,197 ), współczynnik gospodarstw domowych, których mieszkania ogrzewane są paliwami stałymi oraz innymi paliwami stałymi [17](przyjęto 0, 491), GD liczba gospodarstw domowych ( tysięcy). Zmniejszenie zapotrzebowania na moc z krajowych sieci elektroenergetycznych w sezonie grzewczym można zapisać w postaci: P REN _ CHP _ KSE KSE CHP _ KSE CHP P P, (2) Z rysunków 6, 7, 8 wynika, że zastosowanie w co drugim gospodarstwie domowym (gospodarstwo wykorzystujące paliwa stałe oraz inne paliwa) układu mikrokogeneracyjnego mogłoby znacząco, bo o 0,347GW, obniżyć zapotrzebowanie na moc w sezonie grzewczym, w którym występuje większe zapotrzebowanie na energię elektryczną z KSE. W roku 2012 największe zapotrzebowanie na moc z KSE dla gospodarstw domowych wystąpiło w dniu 7 lutego o godzinie 17:30 i wyniosło 5091,41 MW, całkowite zapotrzebowanie na moc z KSE 7 lutego o godzinie 17:30 wyniosło 25844,7 MW. Na rysunku 7 przedstawiono dobowe zapotrzebowanie na moc z KSE dla gospodarstw domowych bez układów mikrokogeneracyjnych oraz z układami mikrokogeneracyjnymi. Rys. 7. Porównanie zapotrzebowania na moc z KSE dla gospodarstw domowych z układem mikroko generacyjnym oraz bez. Dane z KSE [30] dla 7 lutego 2012 (dzień o najwyższym poborze) Na rysunku 8 przedstawiono porównanie zapotrzebowania na moc z KSE z układem mikrokogeneracyjnym oraz bez niego. gdzie: PKSE zapotrzebowanie na moc z KSE [30] dla rozpatrywanego przedziału czasu. Dane do obliczeń przyjęto dla roku Rys. 6. Porównanie zapotrzebowania na moc z KSE dla danych z roku 2012 [30] z uwzględnieniem udziału układu mikrokogeneracyjnego w sezonie grzewczym oraz bez jego udziału Rys. 8. Porównanie zapotrzebowania na moc z KSE z układem mikrokogeneracyjnym oraz bez. Dane z KSE dla 7 lutego 2012 (dzień o najwyższym poborze) W [6] zaprezentowano inne sposoby ograniczenia zapotrzebowania na moc z KSE m.in: zarządzanie stroną popytową. Odniesiono się również do rozwoju Smart grid na terenie Polski w perspektywie W podrozdziale 5 omówione zostały kryteria jakie powinien spełniać układ mikrokogeneracyjny jako element generacji rozproszonej w gospodarstwach domowych. 5. KRYTERIA JAKIE POWINIEN SPEŁNIAĆ UKŁAD MIKROKOGENERACYJNY JAKO ELEMENT GENERACJI ROZPROSZONEJ W GOSPODARSTWACH DOMOWYCH Pierwszym kryterium powinna być odpowiednio wytypowana technologia pod względem zakresu mocy (zapotrzebowania odbiorcy) i wydajności mikroinsta-

6 Nr 5(114) Rynek Energii Str. 99 lacji. Z rysunku 1 wynika, że pod względem definicji mikroinstalacji (do 40 kw) mieszczą się odnawialne źródła energii do których należą ogniwa fotowoltaiczne oraz turbiny wiatrowe. Pod względem wytworzenia przez mikroinstalację z ciepła odpadowego energii elektrycznej mieszczą się silniki Stirlinga oraz niskotemperaturowe ogniwa paliwowe. W dalszej analizie kryteriów i warunków związanych z przemianą ciepła odpadowego w energię elektryczną w gospodarstwach domowych wzięte zostaną pod uwagę tylko układy mikrokogeneracyjne z silnikiem Stirlinga. Kolejne kryterium jakie powinien spełniać układ mikrokogeneracyjny aby możliwe było jego wykorzystanie w gospodarstwie domowym to parametry spalin, które będą go zasilały (wartość strumienia ciepła odpadowego, temperatura spalin). Należy zauważyć, że to kryterium zawęża także odbiorców do tych, którzy posiadają wysokotemperaturowe źródło a więc nie mieszczą się w nim odbiorcy ciepła, którzy ogrzewani są z miejskich elektrociepłowni (z rysunku 2 wynika, że ciepłem sieciowym jest ogrzewane 41% pomieszczeń gospodarstw domowych). Pozostali odbiorcy posiadają wysokotemperaturowe źródło ciepła (rysunek 2) więc u nich może być zainstalowany układ mikrokogeneracyjny. Wracając do parametrów ciepła odpadowego, należy także przed instalacją u odbiorcy dokonać badań układu mikrokogeneracyjnego aby odpowiedzieć sobie na pytanie jaka wartość strumienia cieplnego jest potrzebna do optymalnej pracy układu mikrokogenerecyjnego [6]. Przeprowadzone badania zawarte w [6] determinują użycie określonego gazu roboczego (hel, azot, powietrze, argon), średniego ciśnienia tego gazu oraz temperaturę pracy. Przedstawione badania [6] pokazują jak zmienia się wartość wytworzonej mocy elektrycznej w zależności od zmian doprowadzanego strumienia cieplnego, temperatury oraz ciśnienia i rodzaju gazu roboczego. Niesie to informację o odpowiedniej eksploatacji układu mikrokogeneracyjnego przez gospodarstwo domowe. Kolejnym pytaniem na jakie muszą sobie odpowiedzieć odbiorcy to jakiego paliwa użyć, czy są jakieś ograniczenia. W przypadku układu mikrokogeneracyjnego z silnikiem spalania zewnętrznego Stirlinga można używać dowolnego paliwa (stałego, ciekłego bądź gazowego) [22]. Ograniczeniem jest natomiast temperatura stałej pracy wymiennika wysokotemperaturowego nagrzewnicy (zwykle do 1200 C), zależna od zastosowanego materiału (np: stopu typu Inconel ze zwiększoną zawartością niklu [7, 23, 25]). Dodatkowe ograniczenie to zapewnienie temperatury minimalnej przy której układ zacznie pracować (wytwarzać energię elektryczną). W układzie mikrokogeneracyjnym z silnikiem Stirlinga temperatura ta zależy od powierzchni wymiany ciepła nagrzewnicy (zwykle temperatura gazu roboczego w przestrzeni rozprężania powinna przekraczać 450 C), czyli temperatura źródła ciepła (gazów spalinowych) powinna być wyższa niż 500 C. Należy także dodać, że w obiegu chłodzącym silnika Stirlinga powstaje ciepła woda, która może być dodatkowym bypassem, z którego ciepło niskotemperaturowe może posłużyć do ogrzewania części powierzchni mieszkalnych w gospodarstwie domowym. Warto również zadać sobie pytanie co robić z wytworzoną energią elektryczną, czy odsprzedawać ją do sieci (co jak wspomniano w rozdziale 1 jest nieekonomiczne z punktu widzenia ceny odsprzedaży do sieci elektroenergetycznej) czy zużytkować jak największą część wytworzonej energii na potrzeby własne (ekonomicznie uzasadnione). Użytkując wytworzoną energię elektryczną (prąd stały) na potrzeby własne (w znacznej większości lub w całości) odbiorca powinien posiadać np: akumulator elektrochemiczny wytworzonej energii aby w dowolnej chwili mógł ją efektywnie wykorzystać ponownie [5]. Należy dodać, że duża część odbiorników AGD oraz RTV jest stałoprądowa Z analizy przeprowadzonych kryteriów można stwierdzić, że zastosowanie układu mikrokogeneracyjnego w gospodarstwach domowych jest możliwe. W [6] przedstawiono stanowisko badawcze oraz wybrane wyniki badań stanowiskowych układu mikrokogeneracyjnego z silnikiem Stirlinga. 6. PODSUMOWANIE W artykule podkreślono wymagania stawiane Polsce jako Państwu członkowskiemu Unii Europejskiej określone szczegółowo w dyrektywach [10 13]. Przedstawiono oczekiwania jakie stawiane są przed rozwojem mikrokogeneracji oraz OZE na terenie Polski w perspektywie Zwrócono uwagę na aktualne programy wsparcia rozwoju OZE oraz mikrokogeneracji na terenie Polski. Zaprezentowano możliwości złagodzenia i ograniczenia zużycia energii z KSE związane z użyciem układów mikrokogeneracyjnych dla wybranej części gospodarstw domowych. W artykule omówiono kryteria jakie powinien spełniać układ mikrokogeneracyjny jako element generacji rozproszonej w gospodarstwach domowych.

7 Str. 100 Rynek Energii Nr 5(114) LITERATURA [1] Billewicz K.: Microgeneration aspects which are not included in polish legislation, Rynek Energii, 2014, nr 3(112). [2] Cennik energii elektrycznej ENERGA OBRÓT SA dla przedsiębiorstw z dnia 14 maja [3] Cheng C. H., Yang H. S., Keong L.: Theoretical and experimental study of a 300W beta type Stirling engine. Energy,Vol. 59, pp , [4] Chmielewski A. et al: Thermodynamic analysis and experimental research on cogeneration system with Stirling engine, Wulfenia Journal, Vol. 21, No. 4, [5] Chmielewski A., Radkowski S., Szczurowski S.: Analiza rozpływu mocy w układzie kogeneracyjnym z silnikiem Stirlinga, Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów,, 2(98)/2014 (in Polish). [6] Chmielewski A., Gumiński R., Radkowski S., Szulim P.: Badania układu mikrokogeneracyjnego z silnikiem Stirlinga. Rynek Ciepła REC Materiały i studia. [7] Chmielewski A., Gumiński R., Małecki A., Mydłowski T., Radkowski S.: Wykorzystanie pary ultra nadkrytycznej w energetyce, Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów, 2(98)/2014 (In Polish). [8] Cinar C., Yucesu S., Topgul T., Okur M.: Beta type Stirling engine operating at atmospheric pressure. Applied Energy No. 81, pp , [9] Dąbrowski J., Hutnik E., Włóka A., Zieliński M.: Analysis of the use of an on grid photovoltaic system for production of electric energy in a residential building, Rynek Energii, 2014, No. 1, Vol [10] Directive 2009/28/EC of the council of 23 april 2009, on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC. [11] Directive 2012/27/EU of the European Parliment and of the Council of 25 October 2012 on energy efficiency, amending Directives 2009/125/EC and 2010/30/EU and repealing Directives 2004/8/EC and 2006/32/EC. [12] Directive 2009/72/EC of the European Parliment and of the Council of 13 July 2009 concerning common rules for the internal market in electricity and repealing Directive 2003/54/EC. [13] Dyrektywa 2004/8/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie wspierania kogeneracji w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na rynku wewnętrznym energii oraz zmieniająca dyrektywę 92/42/EWG. [14] Dziennik ustaw Rzeczypospolitej Polskiej, Pozycja 984, Warszawa dnia 27 sierpnia [15] Fu J., Liu J., Ren C., Wang L., Deng B., Xu Z.: An open steam power cycle used for IC engine exhaust gas energy recovery, Elsevier, Energy, Nb. 44, pp , [16] García D., González M.A., Prieto J. I., Herrero S., López S., Mesonero I., Villasante C.: Characterization of the power and efficiency of Stirling engine subsystems, Applied Energy, Vol. 121, pp , [17] Główny Urząd Statystyczny: Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2012 roku. [18] Instytut energii odnawialnej: Energetyka rozproszona, Fundacja Instytut na rzecz Ekorozwoju, Warszawa [19] Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej aktualizacja [20] Ismail M.S., Moghavvemi M., Mahlia T.M.I. Current utilization of microturbines as a part of a hybrid system in distributed generation technology, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 21, pp , [21] Kalina J.: Integrated biomass gasification combined cycle distributed generation plant with reciprocating gas engine and ORC, Vol. 31, pp , [22] Kordylewski W.: Spalanie i paliwa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, [23] Kotlicki T., Pawlik M.: Innowacyjne technologie węglowe dla ograniczenia emisji CO 2, Rynek Energii nr 3/2011. [24] Li T., DaWei Tang, Li Z., Du J., Zhou T., Jia Y.: Development and test of a Stirling engine driven by waste gases for the micro CHP system. Applied Thermal Engineering Vol , pp , [25] Li X., Kininmont D., Le Pierres R., Dewson S. J.: Alloy 617 for the High Temperature Diffusion Bonded Compact Heat Exchangers, Proceedings of ICAPP 2008, Anaheim, CA USA, June 8 12, [26] Lubaczyński W.: Zachowania odbiorców na przykładzie projektu pilotażowego wdrożenia innowacyjnych taryf, Konferencja- Cyfryzacja sieci elektroenergetycznych, Warszawa, 13 maj [27] Milewski M., Discepoli G., Desideri U.: Modeling the performance of MCFC for various fuel and oxidant compositions, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 39, pp , 2014.

8 Nr 5(114) Rynek Energii Str. 101 [28] Milewski J., Świrski K.: Modelling the SOFC behaviours by artificial neural network, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 34, No. 13, pp , [29] Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej aktualizacja [30] Polskie Sieci Elektroenergetyczne operator.pl/ aktualizacja [31] Projekt ustawy o odnawialnych źródłach energii z dnia [32] Renzi M., Brandoni C.: Study and application of a regenerative Stirling cogeneration device based on biomass combustion, Applied Thermal Engineering, Vol. 67, pp , [33] Szczerbowski R., Chomicz W.: Generacja rozproszona oraz sieci Smart Grid w budownictwie przemysłowym niskoenergetycznym, Polityka Energetyczna, Tom 15, Zeszyt 4, [34] Szczęśniak A., Milewski J.: The reduced order model of a proton conducting solid oxide fuel cell, Journal of Power Technologies, Vol. 94, No. 2, pp , [35] Tomczykowski J.: Udział gospodarstw domowych w obciążeniu KSE, Energia elektryczna, nr 1, [36] Urząd Regulacji Energetyki Informacja (nr 15/2014) w sprawie średniej ceny sprzedaży energii elektrycznej na rynku konkurencyjnym za rok [37] Urząd Regulacji Energetyki Informacja (nr 11/2014) w sprawie średniej ceny energii elektrycznej dla odbiorcy w gospodarstwie domowym uwzględniającej opłatę za świadczenie usługi dystrybucji energii elektrycznej, obliczonej na podstawie cen zawartych w umowach kompleksowych za 2013 rok. [38] Urząd regulacji energetyki Informacja (nr 8/2013) w sprawie średniej ceny sprzedaży energii elektrycznej na rynku konkurencyjnym za rok [39] Wang T., Zhang Y., Shu C.: A review of researches on thermal exhaust heat recovery with Rankine cycle, Elsevier, Renewable and Sustainable energy reviews, Nb. 15, pp , [40] Wierzbicki, S.: Laboratory Control and Measurement System of a Dual Fuel Compression Ignition Combustion Engine Operating in a Cogeneration System, Solid State Phenomena, Vol. 210, pp , [41] Xiao G., Chen C., Shi B., Cen K., Ni M.: Experimental study on heat transfer of oscillating flow of a tubular Stirling engine heater, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 71, pp. 1 7, [42] Zakład Energetyczny aktualizacja ASPECTS OF SUPPORT AND DEVELOPMENT OF DISTRIBUTED MICROCOGENERATION IN POLAND Key words: microcogeneration, Stirling engine, energy efficiency Summary. In view of 2020 Poland as a member country of the European Union must comply with the requirements related to the protection of climate defined, among others, in the Directives 2009/28/WE and 2012/27/UE as well as to introduction of intelligent meters at retail clients the 2009/72/WE Directive. In the 2012/27/UE Directive there have been several cogeneration technologies enumerated, due to which electric energy is produced from waste heat. Among these are: gas turbines in the combined system with heat retrieval, combustion engines, steam engines, fuel cells, microturbines, organic Rankine cycle, Stirling engines, and many others, described in detail in the abovementioned Directive. In the first part of this work the support programmes for distributed cogeneration, as well as for Renewable Energy Sources in Poland (OZE in Polish) have been presented (a bill on Renewable Energy Sources from ), and also the support programmes designed by the National Fund for Environmental Protection and Water Management (in Polish NFOŚiGW). The possibilities of applying distributed microcogeneration as an element to alleviate the peak demand and to flatten the curve of power demand from the domestic mains. The possibility of the demand pattern management has been analyzed and of client adjustment to the market as a result of adequate energetics policy which takes into account microcogeneration and aiming at more effective utilising energy from the mains. Discussed were also possibilities of electric energy sale from the microcogeneration system to the electric mains. Adrian Chmielewski, mgr inż. Politechnika Warszawska, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych, asystent w Instytucie Pojazdów, e mial: a.chmielewski@mechatronika.net.pl Robert Gumiński, dr inż. Politechnika Warszawska, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych, adiunkt w Instytucie Pojazdów. Stanisław Radkowski, prof. dr hab. inż. Politechnika Warszawska, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych, Dziekan Wydziału Samochodów i Maszyn Roboczych. Przemysław Szulim, mgr inż. Politechnika Warszawska, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych, asystent w Instytucie Pojazdów.