Ograniczanie emisji gazów cieplarnianych oraz efektywniejsze wykorzystywanie paliw jest priorytetem w polityce Unii Europejskiej, a potwierdzeniem tego może być tekst dyrektywy 2004/8/WE w sprawie wspierania kogeneracji w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło użytkowe na rynku wewnętrznym energii.

Celem tej dyrektywy jest zwiększenie efektywności energetycznej i poprawa bezpieczeństwa dostaw energii.

Co to jest kogeneracja

Wytwarzanie podstawowych nośników energii, a więc ciepła i energii elektrycznej, opiera się głównie na procesach cieplnych z wykorzystaniem energii chemicznej lub jądrowej paliw. Ze względu na ochronę środowiska oraz wyczerpywanie się zasobów paliw kopalnych, coraz większą uwagę poświęca się efektywniejszemu wykorzystaniu energii chemicznej zawartej w paliwach. Sprzyja temu produkcja energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu, czyli kogeneracji. Proces ten polega na konwersji termodynamicznej energii chemicznej paliwa do postaci nośników użytecznych- ciepła, zimna, energii elektrycznej lub mechanicznej, realizowany w pojedynczym urządzeniu lub w grupie urządzeń wzajemnie połączonych ze sobą. Produkcja nośników energii w skojarzeniu może być realizowana zarówno w dużych elektrociepłowniach zawodowych, jak i w rozproszonych układach mniejszych mocy, tzw. Układach CHP – z ang. Combined Heat and Power.

Bardzo ważnym wskaźnikiem określenia efektywności produkcji energii elektrycznej i cieplnej jest sprawność energetyczna układu. W układach kogeneracyjnych można wyróżnić trzy podstawowe wskaźniki:

  • sprawność wytwarzania ciepła
  • sprawność wytwarzania energii elektrycznej
  • sprawność całkowita układu

Istotnym elementem charakteryzującym agregaty kogeneracyjne jest także wskaźnik skojarzenia σ (wg dyrektywy- współczynnik mocy do ciepła), czyli stosunek wytwarzanej w układzie skojarzonym mocy elektrycznej do mocy cieplnej.

Produkcja dwóch nośników energii w jednym procesie energetycznym może być realizowana:

  • w elektrociepłowniach z turbinami parowymi lub gazowo-parowymi
  • w elektrociepłowniach z turbinami gazowymi
  • w agregatach z silnikami tłokowymi

Ekologiczne aspekty kogeneracji

W energetyce zawodowej sprawności osiągane w produkcji energii elektrycznej sięgają zaledwie 40 %, w wytwarzaniu ciepła są osiągalne sprawności powyżej 85%. Aby poprawić wykorzystanie energii pierwotnej przy produkcji energii elektrycznej, wykorzystuje się ciepło, które w elektrowni jest rozpraszane w środowisku. I stąd wynika oszczędność energii pierwotnej paliwa.

W skojarzonych układach gazowych w porównaniu z węglem,  jest mniejsza emisja CO2, na jednostkę mocy. Przy wykorzystaniu biopaliw, biogazu, gazu wysypiskowego, ze względu na powstawanie tego paliwa z surowców organicznych, ogólny bilans emisji CO2 jest zerowy. Pozytywnym efektem jest też zagospodarowanie metanu, który ulatniając się chociażby ze składowisk odpadów, wykazuje 21 razy większy potencjał cieplarniany niż CO2.

Kogeneracja w Polsce

Skojarzone wytwarzanie energii w energetyce zawodowej nie jest rzeczą nową w Polsce. Około 50% ciepła dostarczanego w większych miastach jest produkowane z kogeneracji w elektrociepłowniach. Są to duże jednostki oparte na turbinach parowych, bądź w niektórych przypadkach napędzane turbinami gazowymi. Skojarzona produkcja energii jest również popularna w zakładach przemysłowych, w których występuje jednoczesne zapotrzebowanie na ciepło i energię elektryczną. Jedynym ograniczeniem w stosowaniu skojarzonej produkcji energii może być wielkość zapotrzebowania na ciepło. Dlatego jest możliwy, a nawet wskazany rozwój tej dziedziny energetyki.

Pomimo, że całkiem sporo ciepła jest wytwarzanego w skojarzeniu, to jednak w ciągu ostatnich lat można zauważyć rosnące zainteresowanie budową układów skojarzonych małej i średniej mocy zasilanych paliwami gazowymi. Są to urządzenia oparte na silnikach spalinowych, bądź turbinach gazowych. Układy te często zasilane są różnymi biogazami, przede wszystkim gazem wysypiskom. Biogazowni rolniczych, pomimo że w Polsce istnieje duży potencjał produkcji energii w sektorze rolnictwa, jest zaledwie kilka. Idealnym paliwem do zasilania agregatu jest również gaz z odmetanowania kopalń, który u nas jest jeszcze w dużym stopniu niewykorzystywany energetycznie.

W celu realizacji postanowień dyrektywy 2004/8/WE w Polsce wprowadzono świadectwa pochodzenia z kogeneracji. Są to dokumenty poświadczające, że energia elektryczna została wyprodukowana w wysokosprawnej kogeneracji, czyli takiej, która pozwoli zaoszczędzić minimum 10% energii pierwotnej w porównaniu z gospodarką rozdzieloną. Warunek oszczędności energii na poziomie minimum 10% nie musi być spełniony w układach kogeneracyjnych o mocy elektrycznej poniżej 1 MW. Świadectwo Pochodzenia energii z kogeneracji, zwane również czerwonym certyfikatem, może zostać wydane przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki na wniosek wytwórcy. Ilość wyprodukowanej energii, na którą zostanie wydany certyfikat, musi być poświadczona przez operatora systemu elektroenergetycznego. Handel certyfikatami odbywa się na Towarowej Giełdzie Energii S.A (TGE S.A.).

Idealnym wsparciem dla niewielkich wytwórców produkujących energię w skojarzeniu z odnawialnych źródeł energii, byłoby uzyskanie zarówno czerwonego certyfikatu, jak i zielonego, za tą samą ilość wytworzonej energii. Niestety łączenie tych dwóch świadectw pochodzenia nie jest możliwe. Korzystniejsze dla nich jest uzyskanie zielonego certyfikatu, który osiąga wyższe ceny na TGE S.A.. (…)

Grzegorz Pełka, GLOBEnergia


Cały artykuł – GLOBEnergia 2/2009

kogeneracja