Nowa metoda wyznaczania wielkości produkcji energii skojarzonej Autorzy: Andrzej Rubczyński - dyrektor Departamentu Strategii i Analiz Elektrociepłowni Warszawskich S.A.; Janusz Ryk - dyrektor Biura Polskiego Towarzystwa Elektrociepłowni Zawodowych (dodatek Energia Środowisko do "RZECZPOSPOLITEJ" z 15 listopada 2005 r. ) Zgodnie z prognozami, przedstawionymi przez Komisję Europejską (KE) w "Zielonej Księdze na temat efektywności energetycznej", Unia Europejska (UE) będzie w 2030 roku w 80% uzależniona od importu gazu i w 90% od importu ropy naftowej. Obserwacja wahań cen paliw oraz fluktuacji podaży pokazuje jak delikatny jest stan równowagi panujący na światowych rynkach surowców i jak łatwo może być on zakłócony przez zawirowania polityczne, chwilowe wzrosty popytu czy też siły natury. Świadomość rosnącego zagrożenia dla stabilności gospodarki UE, wynikającego z tak olbrzymiego uzależnienia od importu paliw legła u podstaw szeregu inicjatyw legislacyjnych Komisji Europejskiej, zmierzających do utrwalenia w społeczeństwach państw członkowskich procesów i działań zwiększających efektywność energetyczną przetwarzania i użytkowania energii. Wspomniana na wstępie "Zielona Księga", przyjęta 10 czerwca bieżącego roku, zakłada, iż dzięki konsekwentnemu wdrażaniu w UE rozwiązań technologicznych i urządzeń o wysokiej sprawności energetycznej oraz dzięki zmianie niektórych przyzwyczajeń, a także niektórych elementów zasad funkcjonowania społeczeństw, uda się w roku 2020 osiągnąć poziom zużycia energii pierwotnej taki, jaki miał miejsce w roku 1990. Ten ambitny cel oznacza, iż państwa członkowskie UE winny obniżać zużycie energii średnio o 0,6% rocznie. Wymagać to będzie podjęcia szeregu działań zarówno w obszarze finalnych użytkowników energii, jak i po stronie wytwórczej, co jest szczególnie ważne gdyż, jak wiadomo, proces wytwarzania energii elektrycznej i jej przesyłu z typowej elektrowni kondensacyjnej do odbiorcy wiąże się z utratą około 2/3 energii pierwotnej zawartej w paliwie. Również i przed Polską stanie bardzo poważne wyzwanie w zakresie efektywności energetycznej, ponieważ energochłonność wytwarzania jednostki PKB należy u nas do grupy najwyższych w Europie, przy jednoczesnym jednym z najniższych poziomów zużycia energii elektrycznej w przeliczeniu na jednego mieszkańca. Spodziewanemu w najbliższych latach wzrostowi konsumpcji energii elektrycznej będą musiały towarzyszyć działania optymalizujące efektywność energetyczną "konsumenta energii" i co jeszcze ważniejsze, działania poprawiające sprawność przetwarzania energii pierwotnej paliwa w wyższe formy energii. Dążenie do zmniejszenia zużycia energii pierwotnej w Polsce, a tym samym i zmniejszenie energochłonności PKB oraz konieczność dostosowania energetyki do wymaganych pułapów emisji gazów cieplarnianych (CO 2 ), jak również i gazów wywołujących kwaśne deszcze (SO 2 i NO X ), uruchomi zapewne proces odtwarzania majątku w polskich elektrowniach systemowych, ale również powinno dać silny impuls przyspieszający rozwój energetyki kogeneracyjnej oraz bazującej na odnawialnych źródłach energii.
Kogeneracja, czyli produkcja energii elektrycznej w skojarzeniu z produkcją ciepła, pozwala bowiem zaoszczędzić około 30% paliwa w porównaniu z równoważną produkcją ciepła i prądu w układach rozdzielonych (w ciepłowni i elektrowni kondensacyjnej). Zmniejszenie zużycia paliwa, tak silnie wspierane przez Komisję Europejską, to nie tylko oszczędność krajowych zasobów naturalnych, ale również proporcjonalne zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych, do czego jako członek UE jesteśmy też zobowiązani. Zalety kogeneracji zostały dostrzeżone przez KE już w latach 90., czemu dano wyraz przyjmując w 1997 roku w strategii KE cel, jakim miało być uzyskanie w 2010 roku 18% udziału energii elektrycznej z kogeneracji w ogólnym bilansie energii (obecnie poziom ten wynosi ok. 13%, a wykonane prognozy wskazują, iż wyznaczonego pułapu nie uda się osiągnąć). Troska KE o środowisko naturalne i bezpieczeństwo energetyczne UE oraz chęć przyspieszenia rozwoju kogeneracji w krajach członkowskich, legły u podstaw przyjęcia w dniu 11 lutego 2004 Dyrektywy 2004/8/WE "w sprawie promocji skojarzonej produkcji w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na wewnętrznym rynku energii". Ponieważ na temat Dyrektywy kogeneracyjnej napisano już wiele publikacji, dlatego też, pragnąc wnieść coś nowego do dyskusji, chcielibyśmy w niniejszym artykule skoncentrować się na jednym, ale dość istotnym zagadnieniu wynikającym z przyjęcia Dyrektywy, jakim jest odmienna, od dotychczas stosowanej w Polsce, metoda identyfikacji ilości energii elektrycznej wytworzonej w procesie kogeneracyjnym. Zgodnie z zapisami Rozporządzenia MGiP (z dnia 9 grudnia 2004 roku "w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu z ciepłem") uznaje się jako energię wytworzoną w skojarzeniu jedynie energię wyprodukowaną w procesie, w którym sprawność przemiany energii chemicznej paliwa w ciepło i energię elektryczną wynosi co najmniej 70%. Rozporządzenie MGiP nie zezwala na uznanie energii jako skojarzonej w przypadku procesu o niższej sprawności, czym w sposób zasadniczy różni się od idei zawartej w Dyrektywie kogeneracyjnej. Zgodnie z zapisami Dyrektywy, w sytuacji, gdy sprawność ogólna przemiany w jednostce kogeneracyjnej jest równa lub większa od 80% (dla turbin upustowo-kondesacyjnych i układów parowo-gazowych) lub 75% (dla pozostałych technologii, w tym turbin przeciwprężnych) całość energii produkowanej przez daną jednostkę uznana jest za skojarzoną. Natomiast w przypadku, gdy sprawność jest niższa od ww. wartości granicznej, to ilość energii wytworzonej w skojarzeniu (E sk ) jest pochodną ilości ciepła użytkowego (Q u ) oraz współczynnika o sk i wyliczana jest ze wzoru: E sk = Q u * o sk Współczynnik s sk określający zależność ilości energii elektrycznej od ilości ciepła wyprodukowanego w turbinie jest wielkością indywidualną dla każdego turbozespołu. Ostatnim krokiem procedury identyfikacji skojarzonej energii elektrycznej jest sprawdzenie, czy proces, w którym została wytworzona, można uznać za wysokosprawny i czy
oszczędność energii pierwotnej wynosi nie mniej niż 10% w porównaniu z procesem wytwarzania ciepła i energii elektrycznej w referencyjnych układach rozdzielonych (to jest w kotle wodnym i w turbinie kondensacyjnej). W przypadku obiektów kogeneracyjnych o mocy mniejszej niż 1 MWe wymagane jest uzyskanie jakiejkolwiek oszczędności energii pierwotnej. Należy zwrócić uwagę, iż zgodnie z zapisami Dyrektywy, jedynie energia elektryczna pochodząca z wysokosprawnego procesu skojarzonej produkcji może być wspierana w ramach narodowych programów rozwoju kogeneracji. Obok zaprezentowany został uproszczony przykład przedstawiający kolejne kroki przy wyznaczaniu wielkości energii powstającej w wysokosprawnym procesie skojarzonym. Jak widać z zamieszczonej obok procedury, kluczowe znaczenie dla ostatecznego wyniku wyznaczania "wysokosprawnej energii skojarzonej" ma osiągnięcie granicznej wartości PES. Obecnie, zgodnie z harmonogramem działań zawartym w Dyrektywie kogeneracyjnej, trwa proces, zainicjowany przez KE, ustalania referencyjnych sprawności wytwarzania ciepła i energii elektrycznej w procesie rozdzielonym (n refc i n refe ). Zespół specjalistów pod kierownictwem konsultantów duńskich z firmy COWI przygotowuje na zlecenie Komisji Europejskiej tabele zawierające wartości referencyjne sprawności wytwarzania ciepła i energii elektrycznej, które będą obowiązywać w całej Unii Europejskiej. Sprawności referencyjne, do których odnosi się produkcja energii elektrycznej w skojarzeniu, uwzględniają rodzaj paliwa, rok budowy elektrociepłowni, warunki klimatyczne, wielkość obiektu oraz poziom napięć wyprowadzanych z elektrociepłowni (im niższy poziom, tym większa
bonifikata dla badanej elektrociepłowni ze względu na uniknięte straty przesyłu energii). Harmonogram zapisany w Dyrektywie wymaga, by najdalej do 21 lutego 2006 "zharmonizowane", dla całej UE, sprawności referencyjne były przyjęte przez państwa członkowskie wraz z "Instrukcją wyznaczania energii elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu z produkcją ciepła" opracowaną przez CEN/CENELEC (komitety normalizacyjne współpracujące z Komisją Europejską). Instrukcja zawiera precyzyjny opis poszczególnych etapów określania ilości energii elektrycznej produkowanej w wysokosprawnym skojarzeniu, sposoby pomiaru pomocniczych wartości, które są niezbędne do wyliczeń ilości energii oraz opisuje (posługując się różnymi przykładami) tak zwane granice bilansowe, czyli obszary przepływów energii, które są uwzględniane w obliczeniach. Po zebraniu ostatecznych uwag "Instrukcja wyznaczania energii elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu z produkcją ciepła" stanie się obowiązującym dokumentem w UE, interpretującym w sposób jednoznaczny generalne zapisy Dyrektywy kogeneracyjnej dotyczące metody wyznaczania "wysokosprawnej energii skojarzonej". W Polsce, w chwili obecnej, trwają prace związane z implementacją Dyrektywy i odpowiednim dostosowaniem zapisów Prawa energetycznego i wspomnianego wcześniej Rozporządzenia MGiP. Ponadto opracowywane są przez Agencję Rynku Energii (ARE) wyniki jednorazowego, ankietowego badania statystycznego przeprowadzonego z inicjatywy Polskiego Towarzystwa Elektrociepłowni Zawodowych (PTEZ), Ministerstwa Gospodarki i Pracy oraz Urzędu Regulacji Energetyki. Celem tego badania jest poznanie wielkości udziału energii elektrycznej pochodzącej z wysokosprawnego skojarzenia w ogólnym bilansie energii w Polsce w roku 2004. Ze względu na zmianę metody określania ilości energii kogeneracyjnej, wyniki mogą się istotnie różnić od tych, które posiadają podmioty ustawowo wykonujące badania statystyczne takie jak GUS, ARE czy URE. Formularz ankiety wykorzystywanej w badaniu został opracowany przez PTEZ przy współpracy z Politechniką Warszawską, natomiast zasady określania ilości energii skojarzonej (bazujące na Instrukcji... CEN/CENELEC) zostały opracowane przez Energopomiar Gliwice na zlecenie (i przy ścisłej współpracy) Polskiego Towarzystwa Elektrociepłowni Zawodowych i Towarzystwa Gospodarczego Polskie Elektrownie. Zgodnie z obecnym Rozporządzeniem MGiP "w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu z ciepłem", obowiązkowy poziom
zakupu energii wyprodukowanej w skojarzeniu w roku 2006 wyniesie 15%. Wartość ta jest adekwatna do obecnie stosowanej metody wyznaczania energii skojarzonej zapisanej w Rozporządzeniu MGiP. Czy będzie również adekwatna do metody zgodnej z wymogami Dyrektywy i czy będzie konieczne zweryfikowanie zapisanej w Rozporządzeniu wielkości obowiązkowego poziomu zakupu, wykażą analizy wyników badania statystycznego opracowywane przez ARE. Należy podkreślić, iż prawidłowe określenie pułapu obowiązkowego zakupu "wysokosprawnej energii skojarzonej" ma kluczowe znaczenie dla funkcjonowania tego segmentu rynku energii, jakim jest rynek energii skojarzonej oraz dla ustalenia odpowiednich relacji podaży i popytu, co w konsekwencji będzie się też przekładało na zwiększenie bądź osłabienie impulsów stymulujących rozwój kogeneracji w Polsce.