Polityka energetyczna (2) – źródła niskoemisyjne

W ramach polityki propagowania technologii energooszczędnych, wysokosprawnych i niskoemisyjnych, Unia Europejska w szeregu różnych programów dotuje inwestowanie w te technologie.

Inną formą nakłaniania do inwestowania w te technologie są natomiast dopłaty do produkowanej przez nie energii. I tu jest prawdziwy problem. Ponieważ o ile pierwsza forma może być pomocą przy propagowaniu nowych, drogich jeszcze technologii, ale dających tanią energię, o tyle druga z założenia nakłania do inwestowanie w technologie trwale deficytowe.

Gdyby nie dopłaty do produkowanej energii, w formie certyfikatów zielonych, niebieskich, żółtych, etc., żaden inwestor nawet budując z pomocą dotacji, nie podjąłby ryzyka budowy źródeł ciepła lub energii elektrycznej, która jest droższa niż występujące na rynku.

Jaki jest efekt takiej polityki energetycznej? Firmy energetyczne mając prawny obowiązek wykupują wyprodukowaną drogą energię z certyfikatami. Dla producentów energii jest to jedyny sposób aby „nie dołożyć do interesu” i osiągnąć zysk, dla dystrybutorów jest to przymus. W efekcie łącząc koszty energii tradycyjnej (taniej) oraz „zielonej, żółtej i niebieskiej” (drogiej), koncerny energetyczne sprzedają odbiorcom energię droższą, niż byłaby bez forsowanych w imię redukcji CO₂ form energii.

 

Jakie to są źródła energii redukujące emisje CO₂ ?

 Biogaz z oczyszczalni ścieków lub składowisk odpadów. Jako, że jest to produkt odpadowy, nie wymagający nakładów eksploatacyjnych a jedynie inwestycyjne w infrastrukturę w celu późniejszego pozyskiwania go, energia cieplna lub elektryczna wyprodukowana z niego jest jedną z niewielu „ekologicznych” energii, które nie są deficytowe. Certyfikaty za wyprodukowaną energię gwarantują dodatkowe zyski operatorom.

 Biogazownie. Produkują biogaz na bazie specjalnie uprawianych kultur roślin, np.: kukurydzy. Finansowo opłacalne jedynie dzięki dotowaniu produkowanej tam energii. Mimo ambitnych planów i zapowiedzi, w Polsce obecnie istnieje około dziesięciu czynnych biogazowi. Głównym czynnikiem stopującym ich budowę jest niejasne prawo, zwłaszcza prawo o odpadach. Produktem poprodukcyjnym biogazowi jest pozostałość pofermentacyjna o bardzo wysokiej wartości nawozowej. W krajach zachodniej Europy jest ona sprzedawana rolnikom dostarczającym substraty do biogazowi. W Polsce prawo traktuje ją jako odpad, uniemożliwiając zarówno handel nią jak i wywożenie na obce pola. Można ją natomiast wywozić na własne pole. Niestety, z przyczyn praktycznych żaden z dotychczasowych inwestorów biogazowi nie jest równocześnie właścicielem pól uprawnych dostarczających substraty do biogazowi. Czytelnikom, wśród których rodzi się pytanie, co w takim razie istniejące biogazownie robią z produktem pofermentacyjnym, proponuję odpowiedzieć: rozwiązują je w sposób „polski”.

Silniki gazowe (ew. turbiny gazowe) – produkują energię elektryczną na bazie gazu ziemnego, skroplonego lub biogazów. Inwestycje na ich bazie cechuje wysoki stosunek kosztu/zamontowanej mocy. Energia elektryczna (oraz cieplna, która jest w tym wypadku energią odpadową) jest droższa od energii sieciowej. Sens ekonomiczny budowy takich źródeł jest jedynie dla miejsc, do których nie dociera sieć energetyczna, lub nie ma technicznych możliwości podłączenia nowych odbiorników. Mocno rozpropagowane we współpracy z biogazowniami – dzięki temu dla inwestorów opłacalny staje się również ich montaż na terenach tradycyjnie zasilanych z konwencjonalnych źródeł. Miejsce montażu ograniczają tylko możliwości lokalizacji biogazowi lub możliwość podłączenia do GPZów (sieci). Plusem dla sieci energetycznych jest ich ciągła (ok. 8000 godzin rocznie) i stabilna praca ze stałą mocą.

Turbiny wiatrowe – jak wyżej. Opłacalność inwestycyjna jedynie dzięki uzyskiwanym certyfikatom (czyt.: dopłatom). Największe zyski inwestorom przynosi w rejonach silnie wietrznych (np.: tereny przybrzeżne). W pozostałych rejonach, w razie słabych wiatrów, nawet certyfikaty mogą nie wystarczyć do spłaty kosztu inwestycji. Olbrzymim minusem z punktu widzenia energetyki jest zmienność obciążenia i nieprzewidywalność produkcji turbin wiatrowych. Statystycznie siłownie wiatrowe pracują w roku ok. 30% czasu. Do tego nigdy nie wiadomo kiedy i z jaką mocą. Zakłady energetyczne a jednej strony są zmuszane przez prawo do podłączania siłowni wiatrowych, jako producentów „zielonej energii”. Z drugiej strony muszą zapewnić swoim systemom dostateczną moc rezerwową na chwile, gdy wiatr nie wieje oraz zdolność szybkiego zmniejszania produkowanej mocy przez źródła konwencjonalne dla momentów, gdy wiatr się wzmaga. To kolejny czynnik, obok konieczności wykupu certyfikatów, który powoduje zwyżkę cen energii elektrycznej.

 

Układy ORC – turbiny produkujące energie elektryczna w systemie Rankine’a. W Polsce istnieją obecnie dwa takie układy a kilka kolejnych jest w procedurze przetargowej. Jako dopracowana technologia istnieje od ok. 40 lat. Swój rozkwit natomiast ma od lat kilkunastu. Na całym świecie jest zaledwie kilku przemysłowych producentów technologii ORC, w tym w Europie zaledwie dwóch. Sprawność produkcji energii elektrycznej jest stosunkowo niska – ok. 16% (dla porównania: energie konwencjonalne produkują energie elektryczną ze sprawnością ok. 30% a silniki gazowe nawet 40%) ale wraz z produkcja cieplną osiągają sprawność całkowitą rzędu 70%. Podobnie jak silniki gazowe produkują ciepło niskotemperaturowe (ok. 90’C). Układy ORC można stosować tam, gdzie powinniśmy produkować energię elektryczna w układzie skojarzonym a nie dysponujemy parą wodną o parametrach energetycznych. Czynnikiem roboczym w turbinie ORC jest olej silikonowy. Czynnikiem go ogrzewającym może być para wodna o odpowiednich parametrach lub najczęściej olej termalny. Układy ORC nabierają sensu ekonomicznego praktycznie jedynie przy dotacji produkowanej przez nie energii. W tym celu montuje się je wespół z kotłami olejowymi na biomasę (rolniczą lub leśną). Z tego powodu silnym dla nich konkurentem o paliwo są lokalne kotłownie na biomasę oraz zwłaszcza kotły do współspalania zawodowej energetyki

Istnieją jeszcze układy ORC pracujące w tzw. obiegu Kalina, gdzie czynnikiem roboczym jest mieszanina wody oraz amoniaku. W Polsce nie występuje żaden taki obiekt, w Europie jest ich zaledwie chyba kilka. Ich minusem jest ciut niższa sprawność produkowanej energii elektrycznej oraz większy stosunek energii cieplnej/ energii elektrycznej układu oraz wyższy koszt inwestycyjny. Plusem jest natomiast możliwość pracy na zdecydowanie niższych parametrach medium pierwotnego obiegu, rzędu stu kilkudziesięciu stopni. Dzięki temu mając odpowiednie źródło geotermalne można postawić ekologiczną całkowicie bezemisyjną elektrociepłownię.

 

Kotłownie na biomasę – w Polsce istniały już od kilkudziesięciu lat. Nie licząc domowych kotłów na drewno, do połowy lat dziewięćdziesiątych były to praktycznie kotłownie zakładowe w zakładach produkujących głównie sklejki ale również płyty wiórowe. Od połowy lat 90-tych w Polsce zaczęły się również pojawiać, głównie drogą z Danii oraz Niemiec, kotły na słomę a później na tzw. pelet (prasowane wióry wielkości ołówków). Przykład rynku kotłów na słomę pokazuje problem stojący zarówno przed ciepłowniami i energetyką korzystającą z biomasy jak i przed biogazowniami. Pierwsze kotłownie na słomę korzystały z przywileju pierwszeństwa, tj. słoma dla nich była stosunkowo tania i łatwo dostępna, gdyż było wielu chętnych na jej sprzedanie. Biomasa a zwłaszcza słoma jest paliwem i dosyć dużej objętości przy niewielkiej energetyczności, stąd zapewnienie paliwa dla jednostek większej mocy wymaga dostarczania jej ze stosunkowo dużego terenu. Powstawanie kolejnych obiektów korzystających z „taniego” i ekologicznego paliwa powodowało kurczenie się bazy, z której paliwo mogło być dostarczane przy jednoczesnym podwyższaniu jej ceny przez producentów (rolników). W efekcie są w Polsce ciepłownie na słomę pobudowane z dotacji unijnych, które musiały pobudować dodatkowe tradycyjne kotły (np.: na miał) z powodu zbyt wysokich kosztów słomy lub jej braku.

Podobny problem realnie już zaczyna występować w przypadku w przypadku rynku kotłów na biomasę oraz kotłów energetycznych na współspalanie. Jak znam polskie realia, przy rozruszaniu się wreszcie budowy biogazowi ten sam problem wystąpi również u nich.

Pompy ciepła – pracujące na zasadzie „odwróconej lodówki”. Produkują ciepło niskotemperaturowe, o temperaturze rzędu 30…40’C. Nadają się głównie do wstępnego podgrzewania zimnej wody, do ogrzewania basenów, instalacji grzewczych podłogowych lub ściennych, ew. odpowiednio rozbudowanych instalacji grzejnikowych. A także ewentualnie do niektórych instalacji wentylacyjnych. Pompy ciepła odzyskują ciepło z powietrza (do polskiego klimatu praktycznie się nie nadają, mają najniższą sprawność), wody (z rzek lub jezior – polskie prawodawstwo bardzo rzadko pozwala na ich zastosowanie, mają najwyższą sprawność) oraz tzw. solankowe (gruntowe lub głębinowe odwierty, niezła sprawność). Ze względu na parametry grzewcze, cenę i moce nadają się dla odbiorców indywidualnych oraz instytucjonalnych o niewielkim zapotrzebowaniu na moc (do kilkuset kW). W przeciwieństwie do kolektorów solarnych mogą dostarczać mniej więcej stałą moc cieplną o stałych parametrach przez cały rok. Z praktycznych powodów – dla zapewnienia tzw. regeneracji gruntu – pompy ciepła intensywnie wykorzystuje się jedynie w okresie grzewczym. Niewłaściwie zaprojektowane i wykonane instalacje pomp ciepła mogą spowodować tzw. przemrożenie gruntu. Skutkuje to z jednej strony spadkiem sprawności układu (wyższy koszt pracy instalacji z powodu większego zużycia prądu) z drugiej zaś nawet uszkodzeniem samej instalacji tzw. dolnego źródła ciepła.

Pompy ciepła zalecane są dla wszystkich nieco bogatszych użytkowników domków jednorodzinnych, o zacięciu ekologicznym, posiadającym większą działkę, o odpowiednim gruncie i stosunkach wodnych, bez dostępu do sieci cieplnej oraz gazu sieciowego, za to z przyłączem energetycznym lub własnym źródłem prądu, nielubiących dokładać paliwa do pieców lub kominków. W Polsce pompy ciepła są dla świadomych inwestorów lub pasjonatów. W przeciwieństwie do np.: Niemiec, nie ma u nas programów dotujących pompy ciepła dla odbiorców indywidualnych. Mogą być natomiast dotowane w ramach niektórych programów unijnych dla użytkowników instytucjonalnych. Ciepło przez nie produkowane nie jest certyfikowane.

Dotowanie instalowania technologii niskoemisyjnych lub beze misyjnych oraz dotowanie produkowanej przez nie energii, powoduje mniejsze zużycie paliw kopalnych oraz zmniejszenie emisji CO₂. Z drugiej jednak strony bilans kosztów pokazuje, że z punktu widzenia ekonomicznego jest to postępowanie całkowicie nieopłacalne. Z punktu widzenia geoekonomii jest to natomiast strzałem we własną europejską stopę.

O geotermii parę słów było wczoraj. Na deser pozostały jeszcze kolektory solarne (o tym w najbliższych dniach), na przykładzie których podam wyliczenia pokazujące nieopłacalność (w pewnych okolicznościach niewielka opłacalność) stosowania tej technologii zarówno przez użytkowników indywidualnych jak i z punktu widzenia dotujących je Europy.