Energetyka skojarzona - efektywna ekonomicznie i przyjazna środowisku Autorzy: Jacek Dreżewski - prezes Zarządu Elektrociepłowni Warszawskich S.A., Janusz Bil - dyrektor Departamentu Sprzedaży w Elektrociepłowniach Warszawskich S.A. Dodatek do "RZECZPOSPOLITEJ". nr 216 (6899) 14 września 2004 r. W dniu 21 lutego br. weszła w życie dyrektywa 2004/8/WE w sprawie promowania kogeneracji w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na wewnętrznym rynku energii. W związku z członkostwem Polski w Unii Europejskiej należy oczekiwać, że dyrektywa ta wywierać będzie istotny wpływ na warunki funkcjonowania energetyki skojarzonej w kraju. Niniejszy artykuł poświęcono problematyce energetyki skojarzonej, a także omówiono uwarunkowania wynikające z dyrektywy. Skojarzone a rozdzielone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła, zwane także kogeneracją, najczęściej definiuje się jako proces, w którym energia pierwotna zawarta w paliwie jest jednocześnie (tj. w jednym procesie technologicznym odbywającym się w tym samym zakładzie wytwórczym) zamieniana na dwa produkty: energię elektryczną i ciepło. Ciepło, które przy wytwarzaniu energii elektrycznej w typowej elektrowni kondensacyjnej oddawane jest do otoczenia, w przypadku elektrociepłowni służy do ogrzewania budynków mieszkalnych i usługowych, a dodatkowo prawie zawsze w postaci pary technologicznej używane jest w różnego rodzaju procesach produkcyjnych. Układy kogeneracyjne mogą być więc stosowane tam, gdzie istnieje zapotrzebowanie na ciepło grzewcze lub technologiczne. Z tego względu elektrociepłownie zwykle lokalizowane są w miastach lub zakładach przemysłowych. Mogą one mieć różne moce elektryczne i cieplne, o których jednak ostatecznie decyduje zapotrzebowanie na ciepło. Ostatnio bardzo często stosuje się instalacje małej mocy (rzędu kilku megawatów elektrycznych) budowanych w pobliżu odbiorcy końcowego. Mówimy wtedy o kogeneracji rozproszonej. Dzięki takiemu usytuowaniu w systemie elektroenergetycznym, elektrociepłownie rozproszone spełniają ważną rolę przyczyniając się do: redukcji strat powstających przy przesyle energii elektrycznej, zwiększenia bezpieczeństwa i niezawodności zasilania odbiorców, wykorzystania istniejących lokalnych zasobów paliw i energii.
Sprawność ogólna przemiany energii w procesie skojarzonym jest dużo wyższa niż przy rozdzielonym wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła. Zależności te zobrazowano na rysunkach 1 i 2. Wynika stąd prosty wniosek, że do wytworzenia tych samych ilości energii elektrycznej i ciepła w elektrociepłowni potrzebnych jest o 48 jednostek paliwa mniej niż gdyby ilości te wytwarzać osobno w ciepłowni i elektrowni kondensacyjnej (przy sprawności ciepłowni równej 85%, a elektrowni kondensacyjnej 38%). Kolejny wniosek jest więc taki, że dzięki skojarzonemu wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła dokonuje się znaczącej oszczędności paliwa pierwotnego - np. węgla kamiennego czy gazu ziemnego. To z kolei powoduje niższą emisję zanieczyszczeń do atmosfery - tym samym kogeneracja jest najtańszym sposobem redukcji emisji dwutlenku węgla. Dodatkowo dzięki oszczędności zużycia paliwa pierwotnego następuje redukcja całkowitych kosztów paliwa, a także zmniejszenie importu paliw. Korzyści, jakie daje kogeneracja, są zatem oczywiste. Promowanie kogeneracji jednym z celów polityki energetycznej UE Opisane wyżej korzyści zostały dostrzeżone przez Komisję Europejską, co znalazło swój wyraz w dyrektywie 2004/8/WE z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie promowania kogeneracji w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na wewnętrznym rynku energii. Skojarzone lub połączone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła uznano za jedną z najlepszych metod oszczędzania energii i zmniejszania emisji dwutlenku węgla w procesie wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Można śmiało stwierdzić, że określono i doceniono miejsce, rolę i znaczenie kogeneracji dla sektora energetycznego, gospodarki i ochrony środowiska. Dyrektywa 2004/8/WE przewiduje kilka mechanizmów wspierania energetyki skojarzonej. Do najważniejszych z nich należy zaliczyć: obowiązek identyfikacji i ocena przeszkód mogących wpłynąć na wykorzystanie krajowego potencjału kogeneracji, z którego wynika potrzeba zidentyfikowania tego potencjału, obowiązek przedstawiania, na żądanie Komisji Europejskiej, oceny postępów w zwiększaniu udziału kogeneracji w produkcji ciepła i energii elektrycznej, możliwość udzielenia bezpośredniego lub pośredniego wsparcia mogącego wywierać ograniczony wpływ na handel energią elektryczną, konieczność zapewnienia sprawnego przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej wytworzonej w kogeneracji, obowiązek dokonania przeglądu ustawodawstwa krajowego pod kątem zasad obowiązujących w odniesieniu do kogeneracji. Jednocześnie dyrektywa wprowadza pojęcie "wysoko wydajnej kogeneracji", określające taki sposób jednoczesnego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, który przynosi oszczędność energii pierwotnej w wysokości co najmniej 10% w porównaniu z odpowiednimi wartościami dla rozdzielonej produkcji ciepła i energii elektrycznej. Według szacunków Komisji Europejskiej, podwojenie produkcji energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z ciepłem pozwoli wypełnić połowę zobowiązań Unii w zakresie obniżania emisji dwutlenku węgla. Dodać należy, że jako istotny czynnik umożliwiający wzrost udziału energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z obecnych 10% do 18% w 2010 roku uznaje się rosnący udział ciepła dostarczanego za pomocą scentralizowanych systemów dystrybucji. Dlatego też w dalszej części artykułu więcej uwagi poświęcono zagadnieniom ciepła sieciowego i miejskich sieci ciepłowniczych (w skrócie m.s.c). Scentralizowane systemy ciepłownicze Ciepło wytwarzane w elektrociepłowni jest najczęściej przesyłane do odbiorców za pomocą sieci rurociągów, które wraz z innymi urządzeniami pomocniczymi tworzą system ciepłowniczy. Proces przetwarzania dostarczonego ciepła na potrzeby ogrzewania obiektów i przygotowania ciepłej wody użytkowej zachodzi w węzłach cieplnych.
W 27 krajach europejskich od Grecji po Finlandię oraz od Portugalii aż po Ukrainę ciepło sieciowe dostarczane jest do ponad 100 mln odbiorców, co stanowi 23% całej populacji tych krajów. Wysoki udział ciepła sieciowego w rynku ciepła ogółem obserwuje się w krajach środkowej i wschodniej Europy. Tym niemniej w systemach ciepłowniczych tych krajów udział ciepła wytwarzanego w skojarzeniu jest mniejszy niż w krajach UE (przed rozszerzeniem). Wciąż wiele sieci ciepłowniczych i indywidualnych obiektów zasilanych jest w ciepło z kotłowni węglowych i olejowych, często wysłużonych i zdekapitalizowanych, a więc nieekologicznych. Ocenia się, że w samej Warszawie funkcjonuje około 600 lokalnych kotłowni o łącznej mocy zainstalowanej na poziomie 1500 MW. Tę niekorzystną strukturę produkcji ciepła należy zmieniać, z czym można wiązać nadzieje na rozwój energetyki skojarzonej, pod warunkiem stworzenia sprzyjających temu rozwojowi warunków prawnych i rynkowych. W Polsce około 73% zapotrzebowania na ciepło w miastach pokrywane jest za pośrednictwem systemów ciepłowniczych. W Warszawie wskaźnik ten wynosi 69%. Jednocześnie warszawski system ciepłowniczy to największy system w środkowej i zachodniej Europie. Długość sieci cieplnych o średnicy od 32 do 1100 mm wynosi 1567 km. Przełamywanie stereotypów, czyli o zaletach ciepła scentralizowanego Rozwój kogeneracji w dużej mierze uwarunkowany jest możliwością zwiększenia udziału ciepła dostarczanego za pomocą miejskich sieci ciepłowniczych. Jest to bardzo istotne, zważywszy na spadkową tendencję zużycia ciepła w kraju w ostatnich latach. Zużycie ciepła maleje z kilku powodów, spośród których należy wskazać przede wszystkim na coraz częściej wykonywane modernizacje sieci ciepłowniczej, termorenowacje budynków oraz zmianę mentalności społeczeństwa powodującą oszczędzanie ciepła, czy w końcu wzrost cen ciepła do poziomu odzwierciedlającego koszty jego wytworzenia i dostawy. Zmiany te należy ocenić zdecydowanie pozytywnie. Tym niemniej wciąż daleko nam do zmiany sposobu postrzegania ciepła sieciowego i związanych z tym stereotypów. Centralne ogrzewanie z miejskich sieci ciepłowniczych do dzisiaj niektórym z nas kojarzy się z widokiem żeliwnego żeberkowego grzejnika z czarnym pokrętłem, za pomocą którego nie sposób regulować temperatury w pomieszczeniu oraz wysoką ceną ogrzewania lokalu. Obraz ten utrwalają dodatkowo dymiące w bliższej lub dalszej odległości od naszych domostw kominy kotłowni, bardziej lub mniej planowane przerwy w dostawie gorącej wody w okresie wakacyjnym i powszechne odczucie usługi z minionej epoki. Ten niezbyt przyjemny obraz jest już całkowicie nieprawdziwy, a zmiany, które zaszły w centralnych systemach ogrzewania, są ogromne. Centralne ogrzewanie ma w istocie wiele zalet. Przede wszystkim jest to najtańszy sposób ogrzewania, jeśli wziąć pod uwagę wszystkie związane z tym koszty, a więc także koszty remontów, eksploatacji oraz koszty kapitałowe. Średnia cena ogrzewania budynku, znajdującego się w Warszawie, składającego się z około 50 lokali mieszkalnych o łącznym zapotrzebowaniu na moc cieplną w wysokości 200 kw wyniesie 33 zł/gj (bez VAT). Jest to około 6% mniej niż w przypadku ogrzewania z lokalnej kotłowni gazowej. Relacja ta wypada jeszcze bardziej korzystnie, jeśli porównamy koszty centralnego ogrzewania z kotłownią na olej opałowy czy ogrzewaniem przy użyciu gazu propan-butan, gdzie koszty będą wyższe odpowiednio o 63% i 80% w porównaniu z ciepłem z m.s.c. Ciepło sieciowe to także gwarancja niezawodnych dostaw po stabilnych cenach oraz bezpieczeństwo wynikające z faktu, że trafia ono do obiektów wyłącznie w postaci gorącej wody. W miejscu zamieszkania nie występuje spalanie paliw i brak jest jakiejkolwiek emisji spalin, pyłów czy zapachów. Wszystko to sprawia, że dostawa ciepła odbywa się bez zagrożenia dla użytkowników i otoczenia. W niepamięć należy porzucić także, utożsamiane z negatywną opinią na temat centralnego, wielotygodniowe przerwy remontowe, które utrudniały życie w sezonie wakacyjnym odbiorcom ciepłej wody użytkowej. Dzięki zastosowaniu pierścieniowych i sekcyjnych systemów pracy sieci przesyłowych, umożliwiających wielostronną dostawę energii, nawet awaria fragmentu sieci w trakcie sezonu grzewczego pozwala na stałą dostawę ciepła. Należy wyraźnie podkreślić, że gotowość do dostaw ciepła nie jest problemem po stronie dostawcy. O tym, kiedy ciepło ma być dostarczane, a kiedy nie, decyduje klient. Kontrola temperatury i ilości zużywanego ciepła realizowana jest przez elektroniczne układy automatycznej regulacji i
sterowania, popularnie nazywane automatyką pogodową. Systemy takie są już powszechnie stosowane we wszystkich pracujących w systemach grzewczych węzłach cieplnych. Jeśli dodamy wspomniane już wcześniej korzyści globalne w postaci oszczędności paliw, zmniejszenia emisji szkodliwych gazów w porównaniu z wytwarzaniem ciepła w lokalnych kotłowniach, redukcję strat przesyłowych energii elektrycznej, a także możliwość optymalnego doboru produkcji energii elektrycznej i ciepła w dużych elektrociepłowniach, uzyskiwaną dzięki efektowi skali, to otrzymujemy niezwykle korzystny obraz kogeneracji i ciepła sieciowego. Kluczową sprawą jest zatem zwiększenie wiedzy rynku o potencjale kogeneracji i korzyściach ze stosowania tej technologii dla konsumentów, gospodarki i środowiska, szczególnie w połączeniu ze scentralizowanymi systemami ciepłowniczymi. Rozwój skojarzonych technologii cieplno-elektrycznych pozwoli przy tym wypełnić postulaty budowy źródeł efektywnych energetycznie i przyjaznych dla środowiska. Nie bez powodów energetyka skojarzona bardzo często traktowana jest na równi z energetyką odnawialną. Rentowność sektora gwarancją bezpieczeństwa dostaw Każde przedsiębiorstwo może funkcjonować i rozwijać się w dłuższym okresie czasu tylko w sytuacji, w której ze sprzedaży swoich dóbr i usług uzyskiwać będzie przychody pozwalające na pokrycie kosztów prowadzonej działalności i wygenerowanie zysku. Problem ten nabiera szczególnego znaczenia w odniesieniu do przedsiębiorstw energetycznych świadczących dostawy energii elektrycznej, ciepła czy gazu. Bezpieczeństwo dostaw tych dóbr jest bowiem niezwykle istotne dla społeczeństwa, gospodarki i państwa. Elektrociepłownie uzyskują przychody ze sprzedaży ciepła i energii elektrycznej. Ceny na oba te produkty są obecnie regulowane, to znaczy podlegają zatwierdzeniu przez Prezesa URE, przy czym w zakresie energii elektrycznej rozważane jest zwolnienie elektrociepłowni z tego obowiązku. Oznaczać to będzie uwolnienie cen energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z ciepłem, co musi spowodować odmienny od obecnego - w zamiarze rynkowy - mechanizm ustalania tych cen. Pojawiają się sugestie, aby cenę energii elektrycznej z elektrociepłowni ustalać na podstawie ceny energii z elektrowni kondensacyjnych działających na rynku konkurencyjnym. Zważywszy, że cena ta jest obecnie niższa niż średnia cena uzyskiwana przez elektrociepłownie na podstawie zatwierdzonych taryf, takie podejście oznaczałoby gwałtowne, jednorazowe obniżenie dochodów elektrociepłowni, co z pewnością odbiłoby się na ich kondycji ekonomicznej, albowiem utraconych ze sprzedaży energii elektrycznej przychodów elektrociepłownie nie będą w stanie odzyskać poprzez podniesienie cen ciepła. Energia cieplna jest bowiem jedną z najbardziej wrażliwych społecznie kwestii i ceny na to dobro nie mogą przekroczyć pewnego określonego pułapu. Pułap ten wynika nie tylko z możliwości płatniczych odbiorców ciepła i sytuacji materialnej polskich rodzin, ale również z bariery, jaką stawia konkurencja ze strony gazu. Podwyższanie cen ciepła wytwarzanego w skojarzeniu nie jest właściwą drogą do zwiększania przychodów ze sprzedaży, bo wówczas zostanie ono wyparte przez lokalne kotłownie gazowe, co automatycznie wyeliminuje elektrociepłownie z rynku ze względów ekonomicznych. Niewiele jest bowiem elektrociepłowni w kraju, które wytrzymałyby taką szokową terapię rynkową. Już dzisiaj niektóre elektrociepłownie, głównie na Śląsku, znajdują się na krawędzi bankructwa. Podkreślić należy, że elektrociepłownie zasilają w ciepło wszystkie większe aglomeracje miejskie w Polsce, a więc ich sytuacja ekonomiczna warunkuje niezawodność dostaw ciepła do systemów ciepłowniczych. Pomijanie tego faktu doprowadzić może do poważnych problemów społecznych w tych miastach. Zmniejszenie udziału kogeneracji w rynku spowoduje ponadto utratę wspomnianych wcześniej korzyści wynikających ze skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła oraz będzie stanowić niekorzystny i odwrotny do promowanego przez Unię Europejską kierunek zmian. Aby temu zapobiec, niezbędne jest stworzenie sprzyjających warunków rynkowych, legislacyjnych i regulacyjnych dla rozwoju kogeneracji. Nie bez znaczenia jest również korzystny system opłat za przyłączenie do miejskich sieci ciepłowniczych.
Rynek energii skojarzonej w Polsce Mówiąc o sprzyjających warunkach rynkowych należy mieć na myśli przede wszystkim warunki funkcjonowania rynku energii elektrycznej. Obrót energią elektryczną pochodzącą z kogeneracji dokonuje się obecnie w warunkach obowiązku jej zakupu, nałożonego w drodze ustawy Prawo energetyczne na przedsiębiorstwa energetyczne będące jednocześnie operatorami systemu dystrybucyjnego elektroenergetycznego (art. 9a ust. 2 ustawy). Z dniem 1 stycznia 2005 roku obowiązek ten zostanie przeniesiony na przedsiębiorstwa energetyczne zajmujące się wytwarzaniem energii elektrycznej lub jej obrotem i sprzedające tę energię odbiorcom, którzy dokonują jej zakupu na własne potrzeby na terytorium Rzeczypospolitej Polskiej. Cena energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z ciepłem podlega zatwierdzeniu przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki. Koszty tej energii stanowią niespełna 6% udziału w rachunkach za energię elektryczną odbiorców końcowych i kształtują się na poziomie 1,4 miliarda zł, z czego 1,2 miliarda zł przenoszone jest przez ceny energii elektrycznej, a 0,2 miliarda zł przez opłaty przesyłowe. W kosztach związanych z obrotem energią elektryczną w taryfach spółek dystrybucyjnych koszty energii skojarzonej uwzględniane są po jednakowej cenie, a różnica wynikająca z ceny zakupu po cenie taryfowej danej elektrociepłowni pokrywana jest przez wypłatę rekompensaty. Środki na rekompensaty pochodzą z opłat przesyłowych ponoszonych przez wszystkich odbiorców w kraju, a ich rozdziałem na poszczególne spółki dystrybucyjne zajmują się Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A. Taki system ma charakter bardzo administracyjny, nie przyczynia się do poprawy efektywności i rozwoju konkurencji, a nadto nie pozwala wyceniać energii skojarzonej według reguł rynkowych. Pożądane wydaje się stworzenie w ramach rynku energii podsegmentu rynku energii wyprodukowanej w skojarzeniu, tak jak to ma miejsce w przypadku energii ze źródeł odnawialnych. Relacja podaży i popytu pozwoli na ustalenie rynkowego poziomu cen za energię skojarzoną. Wymienić należy trzy elementy warunkujące wdrożenie takiego mechanizmu: 1. utrzymanie obowiązku zakupu energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z ciepłem, 2. określenie wielkości rynku, która po stronie popytu wynikać będzie z obowiązkowego ilościowego udziału energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu w sprzedaży odbiorcom końcowym, a po stronie podaży - ze zdolności wytwórczych źródeł o wymaganej minimalnej sprawności ogólnej (obecnie 70%). 3. ustalenie jasnych kryteriów wymierzania kar z art. 56 prawa energetycznego za niewypełnienie ustawowego obowiązku zakupu. Zgodnie z obowiązującym rozporządzeniem ministra gospodarki, pracy i polityki społecznej, w roku 2005 udział energii skojarzonej w sprzedaży odbiorcom końcowym ma wynosić 15% i wzrosnąć do 16% w roku 2010. Wartości te przeniesione zostały także do projektu nowego rozporządzenia w tym zakresie. Warto dodać, że dyrektywa 2004/8/WE przewiduje nieco inny sposób kwalifikowania energii elektrycznej jako energii wytwarzanej w skojarzeniu z ciepłem niż jest stosowany obecnie w Polsce. Do energii tej zaliczać się będzie całość energii wytwarzanej ze sprawnością ogólną ponad 75% albo 80% (zależnie od technologii), a nie 70% jak jest obecnie, a także część energii wytwarzanej przy niższej od wymienionych sprawności, pod warunkiem osiągnięcia przez producenta wskaźnika oszczędności energii pierwotnej na poziomie co najmniej 10%. Taki sposób klasyfikacji spowoduje zmiany ilości energii skojarzonej na rynku. Trudno jest obecnie określić, jak ta ilość się zmieni. Istotne jest zwolnienie elektrociepłowni przez Prezesa URE z obowiązku zatwierdzania taryf oraz jednoczesne określenie sposobu uwzględniania kosztów energii skojarzonej w cenach energii dla odbiorców końcowych. Ma to szczególne znaczenie w związku z usunięciem zapisów dotyczących rekompensat za energię skojarzoną w projekcie nowelizacji tzw. rozporządzenia taryfowego dla energii elektrycznej. Należy dodać, że proponowane zmiany w przepisach, także w odniesieniu do rynku ciepła, mają charakter prorynkowy i stwarzają warunki do bardziej efektywnej konkurencji oraz kształtowania taryf na ciepło w sposób w większym stopniu odpowiadający potrzebom klientów.
*** Przyjęte w Polsce rozwiązania dotyczące rynku energii powinny zmierzać do pełnego wykorzystania zalet skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Należy dążyć nie tylko do wykorzystania istniejącego w kraju potencjału kogeneracji, ale również stwarzać warunki dla jej rozwoju. Trwają obecnie prace nad nowelizacją ustawodawstwa w celu jego dostosowania do przepisów unijnych. Warto wykorzystać ten moment poprzez uwzględnienie niezbędnych regulacji promujących skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła. Zalety centralnego ogrzewania Bezpieczeństwo dostawa ciepła wyłącznie w postaci gorącej wody, nie występuje zagrożenie wybuchem. Komfort bezobsługowe użytkowanie (serwis instalacji c.o. jest bardzo prosty), nie wymaga magazynowania paliw, pełna możliwość regulacji temperatury i ilości zużywanego ciepła, łatwiejsza do zaprojektowania koncepcja architektoniczna budynku (niepotrzebne dodatkowe pomieszczenie na kotłownię, brak kominów, możliwa większa powierzchnia użytkowa mieszkań). Jakość gwarantowana jakość i ciągłość dostaw, stabilne i konkurencyjne ceny, niskie koszty przyłączenia (zwykle 25% całkowitych nakładów na przyłączenie, ale w niektórych systemach ciepłowniczych węzeł cieplny może zainstalować dostawca na swój koszt).