Ciepłownictwo filarem energetyki odnawialnej Autor: Maciej Flakowicz, Agencja Rynku Energii, Warszawa ( Czysta Energia nr 6/2013) Z zaprezentowanego w 2012 r. sprawozdania Ministra Gospodarki dotyczącego postępu w promowaniu i wykorzystaniu energii OZE w Polsce wynika, że najwyższy udział odnawialnych źródeł w zużyciu energii został osiągnięty w ciepłownictwie. Według dokumentu określającego postępy Polski we wdrażaniu dyrektywy 2009/28/WE w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych za lata 2009-2010 dowiadujemy się, że udział źródeł odnawialnych w zużyciu energii w sektorze ciepłownictwa i chłodnictwa wyniósł w 2010 r. 12%, co, biorąc pod uwagę udział OZE w sektorze elektroenergetycznym (6,7%) oraz transporcie (5,9%), jest osiągnięciem co najmniej imponującym. W 2010 r. za ok. 58% zużycia energii cieplnej pochodzącej ze źródeł odnawialnych odpowiedzialne były gospodarstwa domowe. Pomijając ten fakt, ilość energii cieplnej wytworzonej z odnawialnych nośników w systemach ciepłowniczych jest co najmniej zastanawiająca. Rozwój mimo braku wsparcia? System wsparcia odnawialnych źródeł energii w Polsce kładzie największy nacisk na sektor elektroenergetyczny. Zgodnie z ustawą Prawo energetyczne, wytwórca odnawialnej energii elektrycznej za każdą wytworzoną MWh otrzymuje tzw. zielony certyfikat, który następnie sprzedaje i realizuje dodatkowy zysk. Ponadto odnawialna energia elektryczna ma zagwarantowaną cenę zbytu. W przypadku odnawialnej energii cieplnej, cena i skala zakupu ograniczona jest odpowiednio wskaźnikiem wzrostu cen towarów i usług konsumpcyjnych oraz zapotrzebowaniem lokalnego rynku. Restrykcyjne regulacje dotyczące ciepłownictwa, ograniczają zatem stosowanie odnawialnych źródeł energii w scentralizowanych systemach ciepłowniczych. Pomimo teoretycznie niekorzystnego środowiska regulacyjnego, zużycie energii ze źródeł odnawialnych w sektorze ciepłownictwa utrzymuje tendencję wzrostową. Według najnowszych dostępnych danych z 2011 r., wzrost zużycia energii odnawialnej w sektorze ciepłownictwa i chłodnictwa wyniósł 12% w stosunku do roku ubiegłego.
Rys. 1. Końcowe zużycie energii brutto ze źródeł odnawialnych w ciepłownictwie i chłodnictwie [TJ] Źródło: Główny Urząd Statystyczny, Agencja Rynku Energii Dominująca biomasa Analogicznie jak w przypadku energii elektrycznej, dominującym nośnikiem odnawialnej energii cieplnej jest biomasa. Jej udział w produkcji odnawialnej energii cieplnej w 2011 r. wyniósł aż 93,5%. W przypadku ciepłownictwa koncesjonowanego, a więc źródeł zasilających scentralizowane systemy ciepłownicze, udział biomasy w strukturze produkcji ciepła ogółem wyniósł w 2011 r. 6,25% i wzrósł ponad dwukrotnie na przestrzeni ostatnich 10 lat. Rys. 2. Udział biomasy w strukturze produkcji energii cieplnej przez koncesjonowane przedsiębiorstwa ciepłownicze Źródło: Urząd Regulacji Energetyki, Agencja Rynku Energii Wśród podmiotów energetyki zawodowej pozycję dominującego producenta odnawialnej energii cieplnej zajmują elektrociepłownie zawodowe. Wynika to z pośredniego wsparcia poprzez system zielonych certyfikatów przyznawanych energii elektrycznej wytwarzanej z biomasy w tego typu jednostkach. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Gospodarki (tzw. rozporządzenie OZE z 18 października 2012 r.), ilość energii odnawialnej wytwarzanej w instalacjach współspalania rozliczana jest stosunkiem energii chemicznej paliwa odnawialnego do łącznej energii chemicznej mieszanki paliwowej skierowanej do procesu spalenia. Zasada ta dotyczy w równym stopniu energii elektrycznej i ciepła, co w przypadku jednostek kogeneracyjnych powoduje zaliczenie części wytworzonej energii cieplnej jako odnawialnej. Analogiczną zasadę stosuje się w przypadku układów hybrydowych (np. kotła
na biomasę i kotła węglowego wykorzystującego jedną turbinę) wówczas uwzględnia się jednak ilość energii wytworzonej przez poszczególne kotły. W przypadku rozdzielonego wytwarzania energii cieplnej brakuje ekonomicznych bodźców do wykorzystywania odnawialnych nośników. Świadczy o tym produkcja energii cieplnej z biomasy w ciepłowniach, która w okresie 2006-2011 spadła o 8%. W tym samym czasie ilość ciepła generowanego z biomasy w jednostkach kogeneracji wzrosła ponad trzynastokrotnie. Barierami w wykorzystaniu biomasy w lokalnych ciepłowniach są przede wszystkim: ograniczona dostępność oraz trudne do przewidzenia (w dłuższej perspektywie) ceny paliwa, co ma duży wpływ na proces taryfikacji ciepła. Rosnąca skala stosowania biomasy w dużych elektrowniach i elektrociepłowniach zawodowych skutecznie ogranicza zasoby paliw dla lokalnych ciepłowni, czyniąc inwestycje w biomasowe kotły ciepłownicze bardzo ryzykownymi. Rys. 3. Produkcja ciepła z biomasy w jednostkach energetyki zawodowej w latach 2006-2011 [TJ] Źródło: Główny Urząd Statystyczny, Agencja Rynku Energii OZE w systemach cieplnych Według organizacji EUROHEAT&POWER, zrzeszającej przedsiębiorstwa ciepłownicze z całej Unii Europejskiej, Polska to jeden z liderów pod względem dostępności ciepła sieciowego dla mieszkańców. W największych aglomeracjach miejskich w Polsce ponad połowa mieszkańców zaopatrywana jest ze źródeł sieciowych. Sytuacja taka ma miejsce m.in. w Warszawie, Krakowie, Wrocławiu oraz Łodzi. Pomimo powszechności systemów ciepłowniczych w większości aglomeracji miejskich w Polsce OZE mają marginalny udział w strukturze paliwowej ciepłownictwa. Według Urzędu Regulacji Energetyki, w 2011 r. dominującym paliwem w sektorze ciepłowniczym był węgiel kamienny, którego udział w strukturze produkcji energii cieplnej wynosił 75,1%. W przypadku biomasy było to 6,3%, co jest wartością zbliżoną do oleju opałowego 6,8%. W przypadku produkcji ciepła poza procesem kogeneracji udział węgla wynosi aż 87,1%, a
biomasy 1,3%. Zatem w przypadku lokalnych systemów ciepłowniczych istnieje znaczny potencjał rozwojowy. Głównym czynnikiem, który może stymulować wykorzystanie odnawialnych źródeł energii zarówno w małych, jak i dużych systemach ciepłowniczych są inwestycje, które niewątpliwie muszą zostać przeprowadzone w kontekście zmieniających się wymogów środowiskowych. W przypadku dużych instalacji (powyżej 50 MWt) czynnikiem przyspieszającym inwestycje związane z wykorzystaniem OZE jest dyrektywa o emisjach przemysłowych (tzw. IED). Dyrektywa IED wprowadza nowe standardy emisji tlenków azotu, siarki oraz pyłów, obowiązujące od 2016 r. Jednym ze sposobów przystosowania majątku produkcyjnego do nowych wymogów ekologicznych jest konwersja węglowych kotłów pyłowych na biomasowe jednostki fluidalne (tzw. kotły BFB). Według informacji publikowanych przez jednostki, które dokonały konwersji, instalacje te spełniają wymogi w zakresie dopuszczalnych emisji zanieczyszczeń powietrza. Dotychczas na takie inwestycje zdecydowały się elektrociepłownie w Białymstoku, Łodzi (EC 4), Poznaniu, Wrocławiu (EC Czechnica) oraz Tychach. Układy kogeneracyjne wykorzystujące odnawialne nośniki energii są również rozwijane w oparciu o stosunkowo niewielkie systemy ciepłownicze. Technologią pozwalającą na produkcję energii elektrycznej i ciepła z biomasy w skali lokalnej są tzw. układy ORC (ang. Organic Rankine Cycle). Instalacje te są oparte na kotłach wodnych i wykorzystują do produkcji energii elektrycznej i ciepła olej termalny, który charakteryzuje się niższą temperaturą wrzenia od wody. Wadą tego typu rozwiązań jest ich niska sprawność elektryczna w porównaniu do klasycznej turbiny parowej w układzie kogeneracyjnym. Obiegi ORC stosowane są w przypadku systemów ciepłowniczych o stabilnym zapotrzebowaniu na ciepło na poziomie kilkunastu MWt rocznie. Instalacja ORC bazująca na biomasie funkcjonuje obecnie w Ostrowskim Zakładzie Ciepłowniczym, natomiast realizacja podobnej inwestycji rozpoczęła się w Miejskim Przedsiębiorstwie Gospodarki Komunalnej w Krośnie. Oprócz lokalnych systemów ciepłowniczych, obiegi ORC znajdują zastosowanie w energetyce przemysłowej. Ich głównym użytkownikiem są tartaki, peleciarnie, przemysł spożywczy oraz fabryki mebli. Ekonomika wykorzystania tego typu instalacji jest uzależniona od miejscowych uwarunkowań, m.in. od sezonowości zapotrzebowania na ciepło i dostępności paliwa na rynku lokalnym. Potrzebne regulacje Analogicznie jak w przypadku energii elektrycznej, inwestycje w instalacje wykorzystujące odnawialne nośniki energii w ciepłownictwie wymagają stabilnego prawodawstwa. Głównymi barierami w procesie zastępowania wyeksploatowanych ciepłowni węglowych nowoczesnymi instalacjami kogeneracyjnymi bazującymi na odnawialnych nośnikach energii są: brak obowiązku ilościowego dotyczącego czerwonych i żółtych certyfikatów (przyznawanych oprócz źródeł gazowych także instalacjom o mocy poniżej 1 MWe a więc niektórym obiegom ORC), pat legislacyjny związany z ustawą o źródłach odnawialnych,
bieżąca nadpodaż zielonych certyfikatów, a także model taryfowania ciepła, utrudniający osiągnięcie satysfakcjonującego zwrotu kapitału dla nowych inwestycji. W przypadku wytwarzania rozdzielonego brakuje natomiast jakichkolwiek zachęt ekonomicznych i prawnych dla stosowania odnawialnych nośników energii. Odnośnie instalacji o mocy powyżej 20 MWt zachętą do stosowania odnawialnych nośników energii mogą być wysokie ceny uprawnień do emisji dwutlenku węgla. Jednak biorąc pod uwagę obecną sytuację na rynku uprawnień do emisji, szybki wzrost wykorzystania paliw odnawialnych w polskich ciepłowniach jest mało prawdopodobny. Podsumowując, modernizacja ciepłownictwa pozwala na znaczny wzrost wykorzystania odnawialnych źródeł energii w wielu polskich aglomeracjach. Obserwując statystyki dotyczące dekapitalizacji majątku trwałego przedsiębiorstw ciepłowniczych w Polsce (56,79% w 2011 r.), można stwierdzić, że istnieje ogromny potencjał w zakresie modernizacji istniejącego majątku wytwórczego. Stopień, w jakim zostanie on zastąpiony instalacjami wykorzystującymi OZE, zależy w znacznej mierze od regulatora.