W związku z postępującą dekarbonizacją sektor ciepłowniczy przechodzi radykalne zmiany.
W związku z postępującą dekarbonizacją, sektor ciepłownictwa systemowego przechodzi radykalne zmiany. Taka transformacja niesie ze sobą zarówno wyzwania, jak i szanse. Podczas niedawnej prezentacji w ramach Kongresu Euroheat and Power Igor Petryk, Dyrektor ds. Rozwoju Rynku, przedstawił, w jaki sposób nowe modele biznesowe mogą przynieść korzyści zarówno operatorom systemów ciepłowniczych jak i konsumentom, jednocześnie pozytywnie wpływając na systemy elektroenergetyczne.
Transformaca w sektorze energetycznym
Sektor energetyczny przechodzi transformacę. Rosnący udział niestabilnych odnawialnych źródeł energii w systemach elektroenergetycznych rodzi pytanie o wdrożenie odpowiednich rozwiązań bilansujących zmienność generacji z wiatru i słońca. Ciepłownictwo systemowe ma potencjał, by stać się największym źródłem elastyczności dla systemów elektroenergetycznych, jednocześnie czerpiąc korzyści ze zmienności cen na rynkach energii elektrycznej oraz usług systemowych. To zjawisko nazywane jest sector couplingiem.
Współpraca sektorów energii elektrycznej i ciepłownictwa zakłada, że systemy ciepłownicze będą wykorzystywać nadwyżki energii odnawialnej do produkcji zielonego ciepła, a także będą mogły oddawać energię bilansującą z powrotem do sieci. Takie podejście stwarza możliwości tworzenia finansowo opłacalnych modeli biznesowych.
Wybór odpowiednich technologii ma jednak kluczowe znaczenie dla powodzenia każdego modelu, a brak identyfikacji rozwiązań odpornych na zmiany w przyszłości może kosztować miliardy. Gdy niemiecki koncern energetyczny uruchomił dwa duże bloki w Bawarii w 2011 roku, turbiny gazowe CCGT były najlepszą dostępną technologią, odpowiadającą ówczesnemu profilowi pracy. Kilka lat później odnawialne źródła energii zmieniły rynek energii elektrycznej w Niemczech, a wysoka zmienność cen zaczęła wypierać mało elastyczne moce. Właściciele zdecydowali się na zamknięcie bloków z powodu „braku perspektyw ekonomicznych”.
Ten przykład podkreśla znaczenie uwzględniania dynamiki rynku oraz potencjału szybkich zmian w sektorze energetycznym. Ale w jaki sposób koncerny energetyczne mógłą zabezpieczyć się przed niekorzystnymi scenariuszami?
Znaczenie modelowania systemów elektroenergetycznych i analizy scenariuszy
Modelowanie systemów elektroenergetycznych za pomocą zaawansowanego oprogramowania to potężne narzędzie do analizy potencjalnych scenariuszy. Firma Wärtsilä Energy przeprowadziła modelowanie ponad 190 systemów energetycznych, aby znaleźć kosztowo optymalną ścieżkę dojścia do systemów w pełni zdekarbonizowanych. Wyniki modelowania jednoznacznie pokazują, że budowa całkowicie zdekarbonizowanego systemu opartego wyłącznie na OZE i magazynach energii jest droższa niż alternatywne podejście dwuetapowe.
W pierwszym etapie rozbudowa odnawialnych źródeł energii jest wspierana przez wdrożenie najbardziej elastycznych technologii bilansujących: silnikowych elektrowni i elektrociepłowni gazowych oraz magazynów energii, które optymalizują wykorzystanie OZE. Pozwala to osiągnąć
około 75-80% dekarbonizacji energetyki – szybko i efektywnie kosztowo. Aby całkowicie zdekarbonizować produkcję energii elektrycznej, w drugim etapie można wdrożyć technologię Power-to-X, która przekształca nadwyżki energii odnawialnej w paliwa neutralne pod względem emisji CO₂, możliwe do wykorzystania w elektrowniach i elektrociepłowniach gazowych.
Podejście dwuetapowe jest efektywne kosztowo i odporne na zmiany w przyszłości: technologie wybrane na podstawie obiektywnego modelowania komputerowego zapewniają najniższy koszt produkcji energii elektrycznej, jednocześnie gwarantując ich przydatność w systemach wykorzystywanych w przyszłości.
Tymczasem te same elektrociepłownie gazowe mogą również produkować ciepło dla miast – w ten sposób wracamy do tematu łączenia sektorów.
W Skagen (Dania) korzyści płynące ze sprzężenia sektorów zostały już przetestowane i potwierdzone. System ciepłowniczy w Skagen skutecznie integruje różne technologie, w tym silniki tłokowe, pompy ciepła i kotły elektryczne. System działa elastycznie – kupuje energię elektryczną, gdy ceny są niskie i produkuje ją, gdy ceny są wysokie, maksymalizując tym samym zyski i obniżając taryfy za ciepło.
Takie operacje pomagają jednocześnie w bilansowaniu sieci elektroenergetycznej. Niskie ceny energii elektrycznej oznaczają nadmiar energii odnawialnej, natomiast wysokie ceny wskazują na jej niedobór w systemie. System ciepłowniczy w Skagen pomaga stabilizować te wahania.
Przykłady modelowania w Polsce i Czechach
W jednym z polskich miast przeprowadzono modelowanie systemu elektroenergetycznego, aby przeanalizować możliwe ścieżki dekarbonizacji ciepła i określić optymalny miks technologiczny zastępujący węgiel. Proces ten polegał na wspólnej optymalizacji produkcji ciepła i energii elektrycznej przy jednoczesnym zapewnieniu pokrycia zapotrzebowania na ciepło. Zoptymalizowane portfolio technologii, które miało zastąpić kocioł węglowy, obejmował elastyczną elektrociepłownię z silnikami tłokowymi (CHP), magazyn ciepła, pompę ciepła, kocioł elektryczny oraz kocioł gazowy. Inwestycja w ten miks pozwoliłaby na redukcję emisji o 42%, obniżenie taryf za ciepło o 20% oraz osiągnięcie wewnętrznej stopy zwrotu (IRR) na poziomie 10%.
To samo podejście modelowe zastosowano w przypadku przedsiębiorstwa ciepłowniczego w Czechach. Firma chciała zastąpić istniejącą elektrociepłownię węglową technologią turbin gazowych. Wyniki badania jednoznacznie wykazały, że uwzględnienie silników tłokowych w miksie mocy zapewnia niższy całkowity koszt produkcji ciepła oraz wyższe przychody ze sprzedaży energii elektrycznej. Wynika to z elastyczności elektrowni silnikowych i ich dynamicznych możliwości działania na rynku energii elektrycznej.
Kierunki rozwoju ciepłownictwa sieciowego
Odnawialne źródła energii będą definiować przyszłość naszych systemów energetycznych, a technologie elastyczne okażą się niezbędne w systemach opartych na wysokim udziale OZE. Ciepłownictwo systemowe może stać się największym źródłem elastyczności dla systemów elektroenergetycznych, wspierając integrację odnawialnych źródeł energii, dekarbonizację ciepła oraz bezpieczeństwo dostaw ciepła.
Aby zapewnić skuteczne i ekonomicznie opłacalne sprzężenie sektorów, należy wdrażać naprawdę elastyczne technologie ciepłownicze. To optymalna ścieżka ku zrównoważonej przyszłości energetycznej.
