Że prąd można produkować bez węgla, i to nie w aptekarskich dawkach - to już nikogo nie powinno w Polsce dziwić. Panele fotowoltaiczne i wiatraki dają nam już ponad 1/4 energii elektrycznej. Ale ciepłownia ogrzewająca osiedle bez spalania węgla, gazu albo biomasy, to w Polsce nowość. Pierwszą taką instalację uruchomiono w ubiegłym roku w Lidzbarku Warmińskim, w ramach projektu Ciepłownia Przyszłości NCBR.
Ciepłownię odwiedziliśmy w maju ubiegłego roku, niedługo po uruchomieniu i jeszcze przed najważniejszym testem, czyli pierwszą zimą. Jak sprawdziła się od tego czasu?
- Za nami pełen rok i sezon grzewczy. Przez cały ten czas system działał bez przerwy, bezawaryjnie. Dostarczał i dostarcza mieszkańcom ciepłą wodę i ogrzewanie, także w czasie największych mrozów. Zrealizowaliśmy wszystkie cele, do których się zobowiązaliśmy w ramach projektu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju: koszty, cenę i ilości energii - mówi nam Tomasz Walczak, założyciel i wiceprezes firmy Euros Energy. To ona wygrała konkurs na zaprojektowanie i zbudowanie ciepłowni przyszłości za 38 mln zł.
Żłobek nowoczesnego ciepłownictwa
Rok temu Walczak mówił, że nowatorska ciepłownia - która łączy pompy ciepła, fotowoltaikę oraz magazynowanie ciepła w wodzie i ziemi - to "żłobek nowoczesnego ciepłownictwa". Celem jest nie tylko ogrzanie bloków na Osiedlu Kosmonautów w Lidzbarku Warmińskim, ale też sprawdzenie, jak zmieniać systemy ciepłownicze.
- Dzięki funkcjonowaniu tej instalacji mnóstwo się nauczyliśmy. I dziś wiemy, jak budować takie systemy, żeby były efektywne ekonomicznie. Wtedy mówiliśmy, że to "żłobek", teraz można powiedzieć, że dotarliśmy do szkoły podstawowej
- mówi Walczak. Zauważa też, że wokół projektu "narosły mity", które "krążą m.in. w branży ciepłowniczej i niektórych mediach".
Pierwszy z nich - jak mówi - dotyczy tego, że instalacji potrzebne jest dodatkowe źródło ciepła (węglowe albo gazowe) na szczyt zapotrzebowania, albo do stabilizacji. - To nieprawda. System jest w pełni zelektryfikowany i działa w 100 procentach na energii z OZE. Nawet w przypadku przerwy dostawy lub nieatrakcyjnej ceny energii elektrycznej, mamy magazyny ciepła, które pozwalają nam zapewnić ogrzewanie dla odbiorców - mówi Walczak i dodaje: - Co bardzo ważne system ma za zadanie jak najmniej obciążać sieć elektryczną. Możemy modulować tym zapotrzebowaniem właśnie dzięki wykorzystaniu magazynów ciepła. Takie było założenie projektu i tak działa ciepłownia w Lidzbarku. To właśnie dlatego nasza koncepcja wygrała konkurs.
Drugi mit, o którym mówi przedstawiciel Euros Energy, dotyczy kosztów. - Cały projekt ciepłowni o mocy 2,5 megawata kosztował 39 mln zł netto, Niektórzy to przeliczają na 1 megawat mocy pomp ciepła i przedstawiane jako dowód, że taka ciepłownia się nie opłaca - mówi. Tymczase - jak wyjaśnia - nie był to koszt jedynie pomp ciepła, a całości instalacji: pomp, magazynu ciepła, farmy fotowoltaicznej i modernizacji lokalnego systemu ciepłowniczego. - Warto podkreślić, że analiza ekonomiczna powinna być wykonywana dla każdego z tych elementów oddzielnie tak, aby harmonogram ich pracy zapewniał efektywność kosztową - dodaje.
OZE w podstawie
W Lidzbarku zbudowano system oparty w 100 proc. na energii odnawialnej, bo takie było założenie projektu. Chodziło o sprawdzenie rozwiązań i demonstrację technologii. Jednak miasta i firmy ciepłownicze, które szukają alternatyw dla węgla, wcale nie muszą tworzyć dokładnie takich systemów.
Walczak przekonuje, że dzięki doświadczenie z Ciepłowni Przyszłości pozwoliło nauczyć się, jak w sposób efektywny ekonomicznie wdrażać OZE jako element systemów ciepłowniczych. Ale nie element uzupełniający, który jest dodatkiem do ciepłowni węglowej lub gazowej, lecz przeciwnie - z OZE działającym w podstawie. To znaczy, że źródła odnawialne pokrywałyby zapotrzebowanie na ciepło stabilnie, przez większość roku, ale nie w 100 procentach.
- A zimą, kiedy OZE są mniej efektywne, większą rolę może odgrywać inne źródło, które je uzupełnia. Dlaczego w ten sposób? Bo celem jest wyprodukowanie jak największej części energii ze źródeł bezemisyjnych, których koszty inwestycyjne są wyższe niż dla standardowych źródeł gazowych czy węglowych, ale koszty operacyjne są niższe. Im więcej godzin w roku pracuje OZE, tym tańsze sumarycznie ciepło produkuje - co w efekcie pozwala obniżyć rachunki dla mieszkańców. Nawet jeśli tę brakującą część będzie uzupełniał węgiel, to spalimy go znacznie mniej
- argumentuje Walczak. Według jego kalkulacji w obecnych warunkach ciepło z OZE działającego w podstawie może być tańsze od gazu ziemnego, który "wielu uważa za naturalne następstwo węgla w ciepłownictwie". - I dotyczy to nakładów inwestycyjnych, finansowych oraz kosztów eksploatacji - podkreśla.
Jak ogrzać Polskę?
Polska ma kilkaset sieci ciepłowniczych i drugi, po Niemczech, największy rynek ciepła systemowego w Unii. Źródłem ciepła są paliwa kopalne, w dużej mierze węgiel. Ten "zapomniany sektor" - jak piszą o nim analitycy - bardzo potrzebuje transformacji. Odejście od węgla jest potrzebne nie tylko ze względu na ograniczenie zanieczyszczeń i cele klimatyczne. Ciepłownie to często stare instalacje, które docierają do końca okresu użytkowania. Korzystanie z paliw kopalnych oznacza też rosnące koszty i naraża odbiorców na szoki cenowe, jak ten po inwazji Rosji na Ukrainę.
Jednak nie ma oczywistych, uniwersalnych rozwiązań. Niektóre firmy chcą zamienić bloki węglowe na gaz. Jednak to wciąż paliwo kopalne, obarczone niektórymi z tych samych problemów co węgiel. Emisje CO2 z gazu mogą być niższe, zalety ma też produkowanie w tych samych jednostkach ciepła i elektryczności. Ale docelowo powinniśmy odejść także od gazu.
Innym rozwiązaniem, które zyskuje popularność, jest spalanie biomasy - pozostałości z tartaków, biomasy rolniczej lub z innych źródeł. Na przykład ciepłownia ENGIE w Złotowie odchodzi od węgla i w tym roku zastąpi go spalaniem biomasy. To - jak wylicza firma - pozwoli na zmniejszenie emisji CO2 o około 90 proc., a także ograniczy konieczność zakupu uprawnień do emisji.
Ale zdaniem Tomasza Walczaka z Euros Energy biomasy zwyczajnie nie wystarczy nam do zastąpienia setek ciepłowni wykorzystujących dziś węgiel. - Chyba że chcemy, żeby pochodziła z wycinek lasów w Amazonii lub Afryce. A to nie tylko oznacza wpływ na środowisko, ale też uzależnienie od dostaw z zewnątrz - podkreśla. Jego zdaniem biomasa może za to uzupełniać system, którego podstawą są zelektryfikowane źródła odnawialne:
-Wtedy korzystamy z niej tylko przez ograniczony czas, w okresach niższej temperatury i potrzeba jej o wiele mniej. Do tego niektóre z popularnych kotłów na węgiel w ciepłowniach można stosunkowo niewielkim kosztem przerobić, by nadawały się do spalania biomasy.
Zdaniem Walczaka można sobie wyobrazić strategię transformacji systemu ciepłowniczego obecnie opartego na węglu, w którym budujemy zelektryfikowaną instalację OZE do działania w podstawie jako pierwszy element, węgiel ją uzupełnia, a z czasem stopniowo jest zastępowany biomasą. - Świetnym uzupełnieniem jest też kogeneracja gazowa, z tym że nie powinna ona pracować cały czas jak robi się to dzisiaj a jedynie wtedy kiedy energii w sieci jest za mało i trzeba ją wesprzeć. To idealny duet - ocenia.
Stabilizacja systemu
Ciepłownictwo oparte na OZE i magazynach ciepła ma jeszcze jedną zaletę - może też stabilizować i uzupełniać cały system elektroenergetyczny. W tej chwili coraz większym problemem jest przymusowe wyłączanie źródeł odnawialnych, szczególnie fotowoltaiki, gdy w środku dnia mamy do czynienia z nadmiarem produkcji (więcej o tym zjawisku przeczytasz w tym artykule).
W jaki sposób przydaje się tu ciepłownictwo oparte o takie rozwiązania jak te w Lidzbarku? - W celu ładowania magazynów ciepła pobiera energię, gdy tej jest nadmiar, ponieważ wtedy jest najtańsza - mówi Walczak. Wtedy "ładowane" są magazyny ciepła i ciepłownia korzysta z niskich cen, a system - z zapotrzebowania na energię w okresie jej nadmiaru.
- W 2024 roku "straciliśmy" 700 gigawatogodzin energii elektrycznej przez tak zwane nierynkowe redysponowanie, czyli wyłączanie części produkcji. To można przeliczyć na 600 mln zł produkcji energii cieplnej. Korzystanie z tej energii przez zelektryfikowane systemy ciepłownicze, do ładowania magazynów ciepła, jest i opłacalne, i korzystne dla systemu. Tym bardziej że magazynowanie ciepła jest o co najmniej rząd wielkości tańsze od magazynów energii elektrycznej - komentuje Walczak.
Ciepło zmagazynowane na później
Ciepłownia OZE, poprzez sieć firmy Veolia, ogrzewa kilkanaście bloków, w których mieszka ok. 2 tys. osób. To 1/5 odbiorców podłączonych do sieci Veolii w Lidzbarku.
Opiera się ona o magazynowanie energii cieplnej oraz pompy ciepła. Znajdują się tam trzy magazyny energii. Wysokotemperaturowy, który pozwala magazynować ciepło w krótkim okresie, na bieżące potrzeby sieci. Drugi to magazyn średniotemperaturowy, tak zwany PTES.
PTES (z angielskiego pit thermal energy storage) to sztuczne jezioro, w którym wodę podgrzewa się do wysokiej temperatury. Później zgromadzoną energię cieplną wykorzystują pompy ciepła (jako dolne źródło, z którego pobierane jest ciepło). W zaizolowanym z każdej strony zbiorniku znajduje się 15 tys. m3 wody, czyli prawie tyle, co w sześciu basenach olimpijskich. Woda jest podgrzewana sezonowo: latem osiąga maksymalną temperaturę, a zgromadzone ciepło jest wykorzystywane zimą.
Trzeci sposób przechowywania ciepła to magazyn gruntowy - ziemia pod całą instalacją jest wygrzewany za pomocą odwiertów i wymienników ciepła. Temperatura jest tam niższa (5-20 stopni), ale magazyn ma bardzo dużą "pojemność". To znaczy, że zgromadzone w ziemi ciepło może być wykorzystywane w chłodniejszych miesiącach, podobnie jak magazyn wodny, jako źródło dla pomp ciepła.
Te duże magazyny są nagrzewane - lub "ładowane" - w ciepłych, słonecznych miesiącach, z wykorzystaniem paneli fotowoltaicznych i kolektorów słonecznych. Zimą zgromadzone ciepło jest "odzyskiwane" przez pompy ciepła i wysyłane do sieci, do podgrzewania wody i ogrzewania domów. Dzięki zmagazynowaniu ciepła pompy działają z małym udziałem energii elektrycznej z sieci w sezonie grzewczym. W ramach specjalnych kontraktów kupowana jest energia ze źródeł odnawialnych, dzięki czemu ciepłownia działa w 100 proc. na OZE.
