Partnerzy
serwisu

BOŚ Bank logo Instytut Polityki Energetycznej logo

Partnerzy
Merytoryczni

IGEOS logo
Samowystarczalność energetyczna_Ferox
fot. Ferox Energy Systems

Materiał promocyjny

Czy możemy stać się samowystarczalni energetycznie?

To na pozór proste tytułowe pytanie jest naprawdę neutralne, a jednak staje się czasem dla niektórych osób prowokacyjne i reagują na nie jak na „Bajki z mchu i paproci” lub próbę poszukiwania „Świętego Graala”. Nie wdając się w skrajne wydźwięki, postaramy się przeanalizować możliwości optymalizacji konsumpcji energii oraz stworzenia naprawdę niezależnych od systemu centralnego jednostek produkcji energii.

Efektywność energetyczna

W dobie rosnącego zapotrzebowania na energię oraz dynamicznie zmieniających się cen jej nośników, konieczne staje się przyspieszenie działań w zakresie optymalizacji gospodarki energetycznej. Każda inicjatywa, która ma na celu poprawię efektywności energetycznej, jest godna uwagi i rozważenia. Jednak jej ewentualne wdrożenie musi uwzględniać wpływ modernizacji w danym punkcie na pozostałą część systemu energetycznego. Mając to na uwadze, niniejszy artykuł ma na celu wskazanie zarówno potencjalnych zysków, jak i zagrożeń wynikających z działań modernizacyjnych, a także przedstawienie kilku możliwych rozwiązań.

System energetyczny

W celu ułatwienia analizy tematu przyjmijmy, opisaną poniżej, najbardziej uproszczoną strukturę systemu, niezależnie czy elektroenergetycznego czy ciepłowniczego:

  • źródło energii – miejsce, w którym następuje produkcja energii, należy tu uwzględnić m.in. elektrociepłownie, ciepłownie, OZE, kogenerację czy pompy ciepła,
  • sieć przesyłowa – zespół urządzeń i infrastruktury służącej do przemysłu wyprodukowanej energii do odbiorcy, np. sieci ciepłownicze czy elektroenergetyczne,
  • odbiorca – miejsce odbioru energii, np. użytkownik prywatny, przedsiębiorstwo, obiekty administracji publicznej.
System energetyczny
Schemat dystrybucji energii, fot. Ferox Energy Systems

Modernizacja instalacji energetycznych (optymalizacja pracy)

Podstawowymi działaniami mającymi na celu poprawę efektywności energetycznej są modernizacja instalacji odbiorczych, sieci przesyłowych oraz źródeł ciepła. Dodatkowo należy przyspieszyć decentralizację systemu, polegającą na budowie lokalnych źródeł energii, w celu poprawy efektywności systemu przez ograniczenie m.in. strat przesyłowych. Należy jednak zawsze brać pod uwagę złożoność systemów energetycznych, elektrycznych oraz cieplnych i do zagadnienia poprawy efektywności podchodzić rozważnie, z uwzględnieniem związków przyczynowo-skutkowych m.in. wpływu działań w danym punkcie na pozostałą część układu. Przykładowo, ocieplenie budynków powoduje spadek zapotrzebowania na moc, co jest korzystne z punktu widzenia mieszkańców, ale niestety może powodować zaburzenia w pracy sieci ciepłowniczych do których są one przyłączone.

Podsumowując, konieczne do przeprowadzenia modernizacje powinny być realizowane według kompleksowego planu, który będzie obejmował zależności występujące pomiędzy źródłami ciepła, sieciami przesyłowymi i instalacjami odbiorców energii.

Na poniższym rysunku przedstawiono schematycznie przykładową ideę rozbudowy współpracy pomiędzy źródłami energii, a odbiorcami.

Samowystarczalność energetyczna
fot. Ferox Energy Systems

Jak zasygnalizowano powyżej, system energetyczny można optymalizować poprzez wprowadzenie do układu dodatkowych źródeł energii, np. układów kogeneracyjnych, pomp ciepła, układów fotowoltaicznych, wiatraków.

W systemie przewidziano wykorzystanie energii nie tylko ze źródła centralnego, ale również z lokalnego oraz z instalacji zabudowanych w obrębie źródeł odbiorców. W takim przypadku odbiorcy mogą stać się zarówno odbiorcami, jak i wytwórcami energii (na schemacie – Odbiorca 2). Polega to na tym, że energia produkowana w obrębie instalacji zlokalizowanych u odbiorcy, jest konsumowana w zakresie jego potrzeb, a nadwyżka może być kierowana do sieci. W celu stabilizacji takiego systemu, może wystąpić potrzeba zainstalowania akumulatora energii. Zrealizowany w ten sposób system zapewnia liczne korzyści, takie jak:

  • zmniejszenie strat przesyłowych m.in. poprzez produkcję energii u odbiorców,
  • w przypadku zastosowania układów kogeneracyjnych, zapewnienie potrzeb związanych z energią elektryczną niezależnie od dostarczania energii z sieci centralnej,
  • w przypadku zastosowania pomp ciepła, możliwość wykorzystania energii odnawialnej (powietrze, grunt itp.) oraz odpadowej z procesów produkcyjnych.

 

Energetyka rozproszona (decentralizacja)

Produkcja energii w miejscu wykorzystania jest najefektywniejszym rozwiązaniem od strony ekonomicznej oraz wpływu na środowisko. Minimalizujemy m.in. straty przesyłowe w sieciach energetycznych, a tym samym zwiększamy stopień wykorzystania paliwa.

Rysunek przedstawiony poniżej obrazuje kierunek, w którym powinny zmierzać plany modernizacyjne w obrębie systemów energetycznych.

Samowystarczalność energetyczna
fot. Ferox Energy Systems

Jak zasygnalizowano powyżej, konsumenci energii oraz jej wytwórcy połączeni są ze sobą w systemie zamkniętym. Układ jest dwukierunkowy, dlatego niezależnie od lokalizacji w systemie energia może być w dowolny sposób przekazywana pomiędzy użytkownikami systemu.

Idea lokalnego źródła energii

Jak wynika ze schematu przedstawionego w poprzednim punkcie, jako lokalne źródło energii możemy traktować instalacje przyłączone w dowolnym miejscu systemu, wyposażone m.in. w:

  • układy kogeneracyjne,
  • układy oparte na pompach ciepła,
  • instalacje fotowoltaiczne,
  • wiatraki.

 

Lokalne źródło energii może pracować bezpośrednio na potrzeby sieci, a także pośrednio, tj. w celu zapewnienia potrzeb użytkownika, który takie źródło posiada, gdzie nadwyżki produkowanej energii mogą być kierowane do sieci.

Podstawę w źródle lokalnym mogą stanowić jednostki CHP (układy kogeneracyjne bazujące na silnikach gazowych) oraz HP (pompy ciepła), których praca jest stabilna, niezależna od warunków zewnętrznych. Dodatkowo, wykorzystując energię pochodzącą ze źródeł odnawialnych (np. wiatru, słońca), których praca uzależniona jest od warunków zewnętrznych, mamy możliwość stworzenia optymalnej jednostki wytwórczej.

Należy jednak, jak już wspomniano, zawsze brać pod uwagę złożoność systemów energetycznych i do zagadnienia podchodzić rozważnie, z uwzględnieniem związków przyczynowo-skutkowych, czyli wpływu działań w danym punkcie na pozostałą część układu. Wynika z tego konieczność przygotowywania projektów uwzględniających występujące zależności.

Przykłady zastosowań (instalacji)

Naprzeciw opisanym powyżej wyzwaniom związanym z koniecznością decentralizacji systemu energetycznego, wychodzą rozwiązania bazujące na układach kogeneracyjnych wyposażonych w silniki spalające gaz (CHP) oraz pompy ciepła (HP). Są to rozwiązania przeznaczone do zabudowy budynkowej oraz kontenerowej. Poniżej znajduje się kilka przykładów tego typu aplikacji.

1. Układ elektrociepłowni współpracującej z miejską siecią ciepłowniczą, bazujący na dwóch silnikach Jenbacher J620 o mocy elektrycznej 3356 kW i mocy cieplnej 3200 kW każdy. Zasilany jest gazem ziemnym i przeznaczony do instalacji w budynku.

Parametry techniczne układu:

  • moc elektryczna (całkowita) – 6712 kW,
  • moc cieplna (całkowita) – 6400 kW,
  • sprawność elektryczna przy pełnej mocy powyżej 44%,
  • ogólna sprawność przy pełnej mocy 87,3%.
Samowystarczalność energetyczna_Ferox
fot. Ferox Energy Systems

2. Układ elektrociepłowni pracującej na potrzeby zakładu produkcyjnego, bazujący na czterech silnikach Jenbacher J612 o mocy elektrycznej 2004 kW i mocy cieplnej 2170 kW każdy. Zasilany gazem LNG oraz ziemnym i przeznaczony do instalacji w budynku.

Parametry techniczne układu:

  • moc elektryczna (całkowita) – 8016 kW,
  • moc cieplna (całkowita) – 8680 kW,
  • sprawność elektryczna przy pełnej mocy 44,2%,
  • sprawność cieplna przy pełnej mocy 47,8%,
  • ogólna sprawność przy pełnej mocy 92%.
Samowystarczalność energetyczna_Ferox
fot. Ferox Energy Systems

3. Układ elektrociepłowni pracującej na potrzeby gospodarstwa ogrodniczego, bazujący na silniku Jenbacher J420 o mocy elektrycznej 1497 kW i mocy cieplnej 1600 kW. Zasilany gazem ziemnym i przeznaczony do instalacji w kontenerze.

Parametry techniczne układu:

  • moc elektryczna (całkowita) – 1497 kW,
  • moc cieplna (całkowita) – 1600 kW,
  • sprawność elektryczna przy pełnej mocy powyżej 42%,
  • sprawność cieplna przy pełnej mocy powyżej 45%,
  • ogólna sprawność przy pełnej mocy powyżej 87%.
Samowystarczalność energetyczna_Ferox
fot. Ferox Energy Systems

4. Układ elektrociepłowni pracującej na potrzeby sieci ciepłowniczej, bazujący na silniku gazowym oraz pompie ciepła, dla których dolnym źródłem jest energia odpadowa powstająca w procesie oczyszczania ścieków. Łączna moc cieplna układu (kogeneracja oraz pompy ciepła) wynosi około 2,9 MW, natomiast moc elektryczna układu kogeneracji ma wartość ok. 1 MW.

Samowystarczalność energetyczna_Ferox
fot. Ferox Energy Systems

Przedstawione aplikacje stanowią jedynie wycinek realizacji!

Paliwa dla układu kogeneracji

Podstawowym paliwem wykorzystywanym w procesach produkcji energii, w skojarzeniu z wykorzystaniem silników, jest gaz ziemny. To paliwo, którego nie jesteśmy w stanie pozyskać z zasobów własnych, w ilości niezbędnej do pokrycia krajowego zapotrzebowania. Istnieją jednak paliwa alternatywne, które należy potraktować jako uzupełniające, np. gaz pochodzący z:

  • biogazowni,
  • odmetanowania kopalń,
  • wysypisk odpadów.

 

Ponadto, kolejnym paliwem, który nabiera znaczenia jest wodór.

Czy samowystarczalność energetyczna jest możliwa?

Wracamy tutaj do pytania postawionego na początku artykułu. Należy stwierdzić, że możemy być samowystarczalni w pewnym zakresie. Oczywiście nie ma możliwości zlikwidowania systemu centralnego, jednak pomysł wprowadzenia „wysp energetycznych”, które odciążą produkcję centralną jest jak najbardziej do zrealizowania.

Samowystarczalność energetyczna
fot. Ferox Energy Systems

Jak widzimy powyżej, istnieje możliwość budowy samowystarczalnego źródła energii – „wyspy energetycznej” bazującej na następujących rozwiązaniach:

  • układ kogeneracyjny bazujący na silnikach gazowych (CHP) – jak wspomniano wcześniej, obecnie podstawowym źródłem energii dla układów CHP jest gaz ziemny, jednak nic nie stoi na przeszkodzie, aby wykorzystać paliwa alternatywne, ponieważ zastosowanie, np. biogazu może układ całkowicie uniezależnić od dostaw gazu z centralnej sieci gazowej; patrząc w przyszłość, dla układów kogeneracyjnych z silnikami gazowymi docelowym paliwem stanie się wodór, który może być wytwarzany w miejscu zainstalowania elektrociepłowni, w procesie elektrolizy, z wykorzystaniem farm wiatrowych i/lub instalacji fotowoltaicznych;
  • układ pomp ciepła – pompa ciepła jest kolejną jednostką wytwórczą, która dzięki swojej zasadzie działania może pozyskiwać energię zarówno z otoczenia (powietrze, grunt itp.), jak i wykorzystywać praktycznie każdą energię odpadową powstającą w procesach przemysłowych, układach klimatyzacji, produkcji wody lodowej itp.

 

Podsumowanie

To co najważniejsze – należy zawsze brać pod uwagę złożoność systemów energetycznych i do zagadnień modernizacji czy rozbudowy podchodzić rozważnie, z uwzględnieniem związków przyczynowo-skutkowych, czyli wpływu działań w danym punkcie na pozostałą część układu. Wynika z tego konieczność przygotowywania projektów uwzględniających występujące zależności.

Ponadto, z uwagi na złożoność zagadnienia wykorzystania przedstawionych rozwiązań, proces koncepcyjny, projektowy oraz budowy, powinno się powierzać jednostkom wyspecjalizowanym w realizacji tego typu projektów.

 

Ferox logo
www.ferox.pl

Publikacja artykułu: listopad 2022 r.

Ocena:

4.3/5 - (7 ocen)

MOŻE CI SIĘ SPODOBAĆ

W POZOSTAŁYCH SERWISACH

hale przemysłowe plus

Serwis branżowy poświęcony zagadnieniom związanym z halami przemysłowymi, na które składają się m.in. budowa i wynajem, instalacje, automatyka i logistyka czy wyposażenie.