Idea generacji rozproszonej. Nowe spojrzenie na środowisko

Transkrypt

1 Idea generacji rozproszonej. Nowe spojrzenie na środowisko Autor: Eugeniusz Mokrzycki (Nafta & Gaz Biznes październik 2003) Kryzys paliwowy w latach 70. XX w. uświadomił światu ograniczoność pierwotnych nośników energii. Obecnie wiadomo także, że ich nadmierna eksploatacja i zużycie powodują naruszenie bariery ekologicznej. Pojawiło się zatem pojęcie zrównoważonego rozwoju energetycznego, przez który rozumieć należy sposób gospodarowania energią tak, aby zapewnić dostęp do wystarczającej ilości energii nie tylko obecnym, ale i przyszłym pokoleniom oraz zmniejszyć do minimum negatywne oddziaływanie na środowisko przyrodnicze. W związku z tym wzrosło zainteresowanie nowymi źródłami energii. Postęp technologiczny, który nastąpił w ciągu ostatnich lat, spowodował pojawienie się na rynku nowej gamy jednostek wytwórczych średniej i małej mocy, dostępnych najczęściej w wykonaniach modułowych. Źródła te są łatwe w montażu i charakteryzują się krótkimi cyklami inwestycyjnymi, ponadto pracują w sposób bezobsługowy. Zalety te sprawiają, że urządzenia te w wielu krajach postrzegane są jako atrakcyjna alternatywa dla dużych źródeł energii elektrycznej i ciepła. Dla źródeł energii posiadających zdolności współpracy z istniejącymi systemami elektroenergetycznymi stosuje się termin generacja rozproszona (ang. distributed generation), natomiast dla źródeł autonomicznych pracujących poza systemem czasami stosowane jest pojęcie generacja rozsiana (ang. dispersed generation). Wytwarzanie rozproszone albo generacja rozproszona nie ma jeszcze powszechnie akceptowanej terminologii. Tak więc: według Grupy Roboczej CIGRE (Working Group CIGRE, Paris 1999) generacja rozproszona oznacza źródła o mocach nie przekraczających MW; według EPRI (Electric Power Research Institute), w USA górna granica źródeł zaliczanych do generacji rozproszonej wynosi 50 MW; w Wielkiej Brytanii 100 MW; w Szwecji 1,5 MW; w Nowej Zelandii 5 MW. W warunkach polskich moc źródeł rozproszonych wynosi MW, co wynika z pracy na sieć rozdzielczą do 110 kv. Czasami w terminologii polskiej pojawiają się również określenia zdecentralizowana, modułowa, lokalna, czy mała generacja. Nazwy te charakteryzują podstawowe cechy tych źródeł, jakimi są produkcja: energii w małej ilości w porównaniu z konwencjonalnymi elektrowniami, w pobliżu odbiorców (w sensie systemowym), w małych jak i izolowanych układach sieciowych, ponadto podłączone są do lokalnej sieci dystrybucyjnej oraz charakteryzują się brakiem centralnego planowania, jeżeli chodzi o rozwój tego typu źródeł. Obecnie jest wiele publikacji na temat generacji rozproszonej o ustalonej renomie na rynku tytułów wydawniczych, np.: Modern Power System, Electra, Independent Energy, International Power Generation, itp.

2 Renesans tych źródeł pozasystemowych (ang. non-utility generation NUG) jest wynikiem głębokich przemian w sferach technologii, organizacji i finansowania, zarządzania i nowego spojrzenia na ochronę środowiska. Obecnie generacja rozproszona wychodzi naprzeciw procesom decentralizacji i prywatyzacji sektora energetycznego, ponadto postrzegana jest jako ważny składnik lokalnych rynków energii. O szybkim rozwoju generacji rozproszonej decydują następujące czynniki: postęp w zakresie energooszczędnych technologii użytkowania energii powodujący spadek zapotrzebowania na jednostki systemowe o dużej mocy: nowe generacje dojrzałych technologicznie źródeł średniej i małej mocy charakteryzują się krótkim czasem budowy i mniejszym ryzykiem inwestycyjnym oraz wysoką sprawnością i mniejszymi kosztami eksploatacyjnymi, dzięki czemu są rozwiązaniami konkurencyjnymi, dążenie do zrównoważonego rozwoju zwiększyło atrakcyjność lokalnych, zwłaszcza odnawialnych źródeł energii, co znalazło odzwierciedlenie w dyrektywach UE, a także rozporządzeniach naszego Prawa energetycznego, procesy demonopolizacji i prywatyzacji w sektorze elektroenergetyki powodują zainteresowanie inwestorów budową źródeł średnich i małych mocy, zlokalizowanych blisko odbiorców, co obniża w sposób znaczący koszty przesyłu i dystrybucji, budowa obiektów o mniejszej skali nie wymaga tak rozległej infrastruktury technicznej, jak przy wielkich inwestycjach, w przypadku skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła przez małe źródła nie jest wymagana budowa dużych sieci ciepłowniczych. Należy mieć świadomość, że rozwój generacji rozproszonej nie może być postrzegany jako konkurencja dla dużych elektrowni systemowych, które stanowić będą jeszcze długo podstawowe źródło energii elektrycznej. Przyszłością generacji rozproszonej jest zagospodarowanie specyficznych nisz rynku energii elektrycznej, np. pokrywanie obciążeń szczytowych przez turbiny gazowe zlokalizowane wewnątrz sieci dystrybucyjnej, źródła rezerwowe gwarantujące bezprzerwowe zasilanie. Technologie stosowane w generacji rozproszonej Zdarza się, że generacja rozproszona jest łączona z pojęciem odnawialnych źródeł w systemie. Chociaż wykorzystanie odnawialnych źródeł energii jest w większości zaliczane do generacji rozproszonej, to nie należy pojęcia generacji rozproszonej zawężać tylko do energetyki odnawialnej, ale ważne jest tutaj podkreślenie, iż generacja rozproszona to także generacja wykorzystująca paliwa konwencjonalne. Zatem do typowych technologii generacji rozproszonej zaliczyć należy: silniki tłokowe, turbiny gazowe, silniki Stirlinga, układy skojarzone oparte na turbinach gazowych i silnikach tłokowych, małe elektrownie wodne, elektrownie wiatrowe, systemy fotowoltaiczne, elektrownie geotermiczne, ogniwa paliwowe, układy heliotermiczne, układy wykorzystujące: biomasę i odpady, pływy, prądy, falowanie mórz oraz ciepło

3 oceaniczne. Rozwój źródeł rozproszonych wynika z szeregu zalet w obszarach: technicznym, ekonomicznym, eksploatacyjnym i ekologicznym. Aspekty techniczne Rozwój źródeł generacji rozproszonych o małej mocy przebiega w dwóch kierunkach. Pierwszą grupę stanowią jednostki wykorzystujące paliwa kopalne (gaz ziemny) do produkcji w skojarzeniu energii elektrycznej i ciepła (chłodu). Drugą grupę stanowią jednostki wykorzystujące odnawialne źródła energii (energię wodną, słoneczną, wiatrową, geotermalną i biomasy). Trzeba podkreślić, że te małe jednostki skojarzone (ang. CHP Combined Heat and Power) cechują się nowoczesnymi rozwiązaniami technicznymi, dzięki czemu posiadają: wysoką sprawność (80 90%) wykorzystania energii chemicznej pierwotnego nośnika energii, niezawodność, niewielkie gabaryty, niskie koszty inwestycyjne, bo wynoszące USD/kW, modułową konstrukcję, która umożliwia szybki montaż. Aspekty kosztowe Jednym z podstawowych czynników konkurencyjności generacji rozproszonej na rynku energetycznym jest konkurencyjność kosztowa. Obliczenia wskazują, że koszty dostarczania energii ze źródeł generacji rozproszonej są znacznie niższe od kosztów energii ze źródeł scentralizowanych. Najważniejszą cechą źródeł rozproszonych jest ich ekwiwalent energetyczny odpowiadający jako równoważna moc zainstalowana w źródle konwencjonalnym, która zastępuje moc wprowadzoną przez źródła rozproszone, przy utrzymaniu zbliżonego poziomu niezawodności dostaw energii. W takim przypadku w warunkach zliberalizowanego rynku energii, źródła rozproszone okażą się prawdopodobnie mniej konkurencyjne. Podstawowym celem liberalizacji rynku energii jest obniżenie cen energii dla odbiorców, a to oznacza nacisk na wytwórców, który nie minie także generacji rozproszonej. Z drugiej strony, źródła rozproszone mogą oferować większą elastyczność, także inwestycyjną. Koszty paliwa stanowią podstawowy składnik kosztu wytwarzania skojarzonego, stąd też podstawowym czynnikiem opłacalności inwestycji jest relacja ceny paliwa do cen sprzedaży energii. W tych warunkach małe źródła generacji rozproszonej mogą okazać się atrakcyjnym rozwiązaniem minimalizującym ryzyko inwestora. W ramach rozproszonej generacji oferuje się rozwiązania modułowe o niskich nakładach inwestycyjnych i elastyczne pod względem przyszłej lokalizacji. Aspekty eksploatacyjne Generacja rozproszona dzięki zbliżeniu się do odbiorcy cechuje się wyższą sprawnością ogólną oraz dostosowaniem parametrów do wymagań odbiorców. Istotną cechą jest elastyczność źródła, która dzięki modułowej konstrukcji jest łatwa do rozbudowy w wyniku wzrostu zapotrzebowania na energię. Jak już wcześniej wspomniano, jednostki generacji rozproszonej charakteryzują się sprawdzonymi technicznie rozwiązaniami o niskiej awaryjności. Trzeba mieć na uwadze, że generacja rozproszona z punktu widzenia bezpieczeństwa energetycznego całego systemu

4 powoduje pewne problemy, które przy obecnych możliwościach sprzętowych i programowych systemów operatorskich można łatwo rozwiązać. Aspekty środowiskowe W generacji rozproszonej małe układy skojarzone (CHP) oraz odnawialne źródła energii (OZE), ze względów ekologicznych a przede wszystkim poziomu emisji do środowiska wykazują zalety. Technologie wykorzystujące OZE są bądź nieemisyjne, bądź charakteryzują się krótkimi cyklami czasowymi procesów emisja pochłanianie (neutralizacja). Wytwarzanie skojarzone (kogeneracja) może znacznie przyczynić się do redukcji emisji gazów cieplarnianych, np. emisja CO2 na jednostkę energii wytwarzanej w skojarzeniu może być ograniczona o 90% w stosunku do elektrowni konwencjonalnej. Rozwojowi wykorzystania energii odnawialnej w UE nadano priorytet, co znalazło swoje odzwierciedlenie w tzw. Białej Księdze (1997 r.) oraz Dyrektywie nr 2001/77/EC ( r.) w sprawie energii odnawialnej, która nakłada na członków obowiązek osiągnięcia w 2010 r. 22% (z obecnych 14%) energii odnawialnej z tych źródeł. Pomimo niewątpliwych zalet w postaci wyższej sprawności energetycznej oraz obniżania dzięki temu emisji gazów cieplarnianych, kogeneracja napotyka na liczne trudności (niskie ceny energii elektrycznej, wysokie ceny gazu ziemnego, rygory wynikające z konkurencji i liberalizacji rynku energii). W celu rozwoju kogeneracji UE przedstawiła propozycję Dyrektywy 2002/0185 (COD). Celem tej Dyrektywy jest stworzenie warunków do promowania kogeneracji. Przepisy tej dyrektywy zobowiązują państwa członkowskie do wdrożenia nowych jednostek kogeneracji o wysokiej sprawności energetycznej, ułatwienia dostępu do sieci elektrycznych oraz ograniczenia barier utrudniających rozwój kogeneracji. Generacja rozproszona w krajowym systemie elektroenergetycznym Głównymi czynnikami, które obecnie determinują rozwój rynku energii elektrycznej w kraju są kierunki polityki gospodarczej rządu, ujęte w dokumencie Założenia polityki energetycznej Polski do roku 2020, jak również działania wynikające z integracji kraju z UE. Na rozwój generacji rozproszonej w kraju wpływ mają następujące czynniki: polityka energetyczna państwa, cena energii elektrycznej, cena paliw i ich dostępność, stosowane procedury planowania, możliwość zawierania kontraktów długoterminowych, liczba koncesji i ryzyko inwestycyjne. Odpowiedni dobór układu skojarzonego ma bezpośredni wpływ na uzyskany efekt ekonomiczny. Wielkość tego efektu rzutuje na podjęcie decyzji o instalacji urządzenia. Stąd też proces podejmowania decyzji musi być wsparty dokładną analizą techniczno-ekonomiczną, która umożliwi optymalny dobór układu skojarzonego. W Polsce udział generacji rozproszonej jest niewielki i sprowadza się jedynie do energetyki odnawialnej. Jego wielkość szacuje się w granicach 6%. Należy jednak mieć świadomość tego, że potencjał źródeł odnawialnych w naszym kraju jest ograniczony, a zatem rację bytu mają: małe układy skojarzone (CHP) wykorzystujące tłokowe silniki spalinowe zasilane gazem ziemnym, turbiny gazowe, małe elektrownie wiatrowe, geotermia i biomasa. Efektywność ekonomiczna jednostki generacji rozproszonej musi być analizowana ze strony gminy jako podmiotu, gdzie projekt jest wdrażany, oraz ze strony inwestora kapitałowego (PSE SA,

5 PGNiG SA, regionalnych przedsiębiorstw infrastrukturalnych itp.). Obecnie w Polsce największe szanse na rozwój mają cztery segmenty energetyki rozproszonej: kogeneracja gazowa, małe elektrownie wodne, energetyka wiatrowa oraz biomasa. Wydaje się, że najbardziej rentownym i wzbudzającym największe zainteresowanie jest segment kogeneracji gazowej. Niezbędne jest przygotowanie systemu teleinformacyjnego do zarządzania energetyką rozproszoną w oparciu o nowe narzędzia informatyczne i nowe technologie telekomunikacyjne. Obecnie w Polsce udział źródeł odnawialnych w pokryciu zapotrzebowania na energię elektryczną wynosi ok. 2,3%. Natomiast udział małych jednostek produkujących energię elektryczną w skojarzeniu z ciepłem wynosi ok. 1,5%. W nadchodzących latach przewiduje się w Polsce znaczący przyrost mocy zainstalowanej w źródłach rozproszonych. Podstawę do takiego rozwoju stwarzają zapisy zawarte w: Założeniach polityki energetycznej Polski do 2020 roku (2000 r.), Strategii rozwoju energetyki odnawialnej (2000 r.), Rezolucji Sejmu RP w sprawie wzrostu wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych (z 8 lipca 1999 r.), Prawie energetycznym (1997 r.), Rozporządzeniu MG w sprawie obowiązkowego zakupu energii elektrycznej ze źródeł niekonwencjonalnych i odnawialnych oraz wytwarzanej w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła, a także ciepła ze źródeł niekonwencjonalnych i odnawialnych oraz zakresu tego obowiązku (15 grudzień 2000 r.).