Lokalne elektrociepłownie i magazyny energii OZE to przyszłość. NCBR pomaga zmieniać energetykę w duchu Green Deal

Strategia Europejskiego Zielonego Ładu wyznacza dwa główne cele: osiągnięcie przez państwa Wspólnoty neutralności klimatycznej oraz uniezależnienie ich wzrostu gospodarczego od zużycia surowców naturalnych. Żeby to osiągnąć, konieczna jest transformacja energetyki. Wizję energetyki przyszłości w duchu Green Deal przekuwa na praktyczne rozwiązania Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, które prowadzi serię przedsięwzięć finansowanych z Funduszy Europejskich w ramach Programu Inteligentny Rozwój. Kluczowe w kontekście dążenia do bezemisyjności – a także z perspektywy polskich portfeli – są projekty „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym” i „Magazynowanie energii elektrycznej”.

Osiągnięcie przez całą Unię Europejską neutralności klimatycznej to ogromne przedsięwzięcie i wydatek, który według założeń „Polityki energetycznej Polski do 2040 r.” (PEP2040) ma kosztować nasz kraj co najmniej 1,6 bln zł. Powyższy dokument to jedna z dziewięciu strategii zintegrowanych, wynikających ze „Strategii na rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju”. PEP2040 ma być kompasem dla przedsiębiorców, samorządów i obywateli w zakresie transformacji polskiej gospodarki w kierunku niskoemisyjnym.

Wiedząc, że energia elektryczna pozyskiwana z odnawialnych źródeł jest kluczem do sukcesu transformacji, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju zainicjowało serię przedsięwzięć finansowanych z Funduszy Europejskich, w tym komplementarne względem siebie projekty: „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym” oraz „Magazynowanie energii elektrycznej”.

Od ich realizacji zależy także zasobność Polaków, zwłaszcza że w ostatnich miesiącach obserwujemy, jak instalacje wykorzystujące paliwa kopalne borykają się z dostępnością surowców, a przede wszystkim z rosnącymi kosztami uprawnień do emisji dwutlenku węgla. W efekcie powoduje to spadek rentowności m.in. elektrociepłowni. W listopadzie 2021 r. cena tony CO2 przebiła barierę 70 euro, a w grudniu – aż 90 euro, co oznacza, że w ciągu minionego roku cena ta wzrosła niemal trzykrotnie! Przejście na odnawialne źródła energii jest w tym kontekście koniecznością i takich praktycznych rozwiązań poszukują dziś przedsiębiorstwa nie tylko z tego sektora.

– To najwyższy czas, żeby zatroszczyć się o nowe technologie OZE w polskiej energetyce. Rozpoczęte już prace nad nowoczesnymi elektrociepłowniami oraz magazynami energii elektrycznej pomagają nam zrealizować Fundusze Europejskie. Pozwoli to zmniejszyć obciążenia środowiskowe oraz stawić czoło ogromnym wyzwaniom społeczno-gospodarczym, które stawia przed nami nadchodząca przyszłość. W realizowanych przedsięwzięciach wyciągamy rękę do rynku: wskazaliśmy konkretne problemy badawcze, dla których rozwiązań szukają wykonawcy realizujący prace B+R. Chcemy zmienić system produkcji energii elektrycznej w kraju, tak aby pozytywne zmiany odczuli wszyscy Polacy. W dalszej perspektywie przyczyni się to również do zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego przyszłym pokoleniom – mówi dr inż. Wojciech Kamieniecki, dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

Podstawa nowego systemu – elektrociepłownia OZE

Cały sektor energetyczny i okołoenergetyczny boryka się obecnie z problemem wynikającym z faktu, że choć efekt działalności przedsiębiorstw elektrociepłowniczych jest pożyteczny (dostarczane jest ciepło, produkowana jest użyteczna energia elektryczna), to jednocześnie powstaje mnóstwo efektów ubocznych, negatywnych dla człowieka i środowiska. Stąd konieczny jest zwrot w kierunku gospodarki obiegu zamkniętego, rekomendowany przez strategię Green Deal.

Dlatego w przedsięwzięciu „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym” kluczowym elementem opracowywanej technologii ma być układ kogeneracyjny wytwarzający prąd ze zmagazynowanej „zielonej” energii, przy równoczesnym pozyskiwaniu ciepła w kogeneratorze OZE.

CZYTAJ WIĘCEJ

Co jest istotą tej rewolucyjnej zmiany? Tradycyjne układy kogeneracyjne polegają na wytwarzaniu energii elektrycznej przy okazji produkowania ciepła, czyli energia elektryczna jest wytwarzana niejako przy okazji wytwarzania ciepła. W praktyce oznacza to, że jest wytwarzana, gdy nie jest najbardziej potrzebna. Nowatorska idea kogeneracji działa odwrotnie. Energia jest produkowana wtedy, gdy potrzebny jest prąd, tzn. w momencie, gdy spada możliwość jego uzyskania z wiatru i słońca; ciepło natomiast jest produkowane przy okazji i magazynowane na czas, kiedy będzie potrzebne. Takie założenie jest znacznie tańszą substytucją magazynowania energii elektrycznej w systemie elektroenergetycznym. Ponieważ istotą rozwiązania są sezonowe magazyny ciepła sprzężone z układem pomp ciepła, mogą one gromadzić energię cieplną wytwarzaną z nadwyżek produkcyjnych OZE latem i zimą oraz energii słonecznej produkowanej przez kolektory słoneczne latem.

Kogeneracja będzie realizowana w 100 proc. nie wskutek procesów spalania, ale dzięki odnawialnym źródłom, z wykorzystaniem np. biogazu lub „zielonego” wodoru. Minimum 80 proc., a może nawet 100 proc. energii zasilającej elektrociepłownię będzie pochodziło ze słońca, wiatru, płytkiej geotermii, aerotermii, substratów pochodzenia rolniczego wykorzystywanych do produkcji biogazu, lub z zakupu energii – ale tylko również pochodzącej z OZE. Warto dodać, że w przedsięwzięciu wykluczone jest spalanie biomasy.

Proces kogeneracji, w ramach którego jednocześnie produkowane są ciepło oraz energia elektryczna, jest optymalny także z ekonomicznego punktu widzenia. Wiąże się bowiem z najmniejszymi stratami: ponieważ to, co jest odpadem w produkcji, może zostać wykorzystane w inny sposób. Przede wszystkim zaś kogenerator OZE bazujący na zmagazynowanym paliwie OZE stanie się elementem stabilizującym lokalny system energetyczny: jak wspomniano, będzie produkował prąd wtedy, gdy będzie on najdroższy – czyli gdy brak jest słońca lub wiatru, a ciepło będzie produkował niejako przy okazji i magazynował je, aż będzie potrzebne.

Klucz do sukcesu nowego systemu – magazynowanie energii

Magazynowanie energii elektrycznej jest fundamentem przyszłego systemu energetycznego zarówno w Polsce, jak i na świecie. Niedawno media obiegła informacja, że w Australii uruchomiono właśnie największy magazyn energii elektrycznej, jaki kiedykolwiek zbudowano: ma on pojemność 450 MWh. Magazyny energii elektrycznej potrzebne są wszędzie, ponieważ prąd, zgodnie z dyrektywą o integracji sektorów, stanie się podstawowym nośnikiem energii dla wszystkich sektorów gospodarki, w tym dla transportu i dla ciepłownictwa.

Popyt na produkty „zielonej” energetyki i ciepłownictwa nie musi być największy wtedy, kiedy jest możliwa produkcja. Należy brać pod uwagę zmienność generacji źródeł OZE w cyklu dobowym czy sezonowym – np. okresy, kiedy wieje silny wiatr lub bezwietrzne, miesiące o wysokim/niskim nasłonecznieniu. Stąd energetyka musi się nauczyć, w jaki sposób wykorzystywać nadwyżkową produkcję i przechowywać ją w celu późniejszego wykorzystania czy zastosowania – a Narodowe Centrum Badań i Rozwoju wie, jak jej w tym pomóc.

Dzięki przedsięwzięciu „Magazynowanie energii elektrycznej” zostanie rozwiązany problem znacznego zapotrzebowania na akumulację energii dla zastosowań domowych i przemysłowych, co spowodowane jest jej nierównomierną produkcją z OZE. Co ważne, opracowana technologia oprócz zasilania domu w energię będzie mogła być wykorzystana także np. do ładowania samochodu. Z opracowanych rozwiązań ogromne korzyści będą czerpać także instytucje i przedsiębiorcy, np. szpitale czy hotele, ze względu na zapewnienie stabilności ich pracy i wzrost poziomu samowystarczalności energetycznej. Technologia ta może być znaczącym wsparciem również dla farm fotowoltaicznych i wiatrowych, które dzięki niej ustabilizują swój system.

W ramach prowadzonego przedsięwzięcia powstanie magazyn chemiczny oraz element sterujący i elektrotechniczny niezbędny do podłączenia do sieci. Istotną informacją jest również to, że będzie on bazował na surowcach dostępnych w Polsce.

Priorytety Unii Europejskiej i polski interes

Wspomniane przedsięwzięcia, prowadzone w trybie zamówień przedkomercyjnych, przyczynią się do osiągnięcia priorytetowych celów stawianych przez UE w strategii Europejskiego Zielonego Ładu. Jest to plan mający na celu przekształcenie Unii w nowoczesną i konkurencyjną gospodarkę, która w 2050 r. osiągnie m.in. zerowy poziom emisji gazów cieplarnianych. Projekty te adresują zarazem potrzeby społeczno-gospodarcze naszego kraju. W ramach „zielonej” transformacji pod skrzydłami NCBR w serii przedsięwzięć, które weszły już w fazę realizacji prac badawczo-rozwojowych, opracowane mają być ponadto – wraz z demonstratorami – ciepłownie przyszłości, innowacyjne biogazownie, technologie magazynowania ciepła i chłodu, budynki efektywne energetycznie i procesowo, wentylacja dla szkół i domów, oczyszczalnie przyszłości oraz technologie domowej retencji. Projekty, nad którymi pracują już wykonawcy, to szansa dla Polski na czystsze środowisko, zdrowsze społeczeństwo i nowoczesną, konkurencyjną gospodarkę.

Przedsięwzięcie: „Magazynowanie energii elektrycznej” jest realizowane w ramach projektu pozakonkursowego pn. Podniesienie poziomu innowacyjności gospodarki poprzez realizację przedsięwzięć badawczych w trybie innowacyjnych zamówień publicznych w celu wsparcia realizacji strategii Europejskiego Zielonego Ładu (w ramach poddziałania 4.1.3 Innowacyjne metody zarządzania badaniami Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój).

Przedsięwzięcie: „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym” jest współfinansowane ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach poddziałania 4.1.3 Innowacyjne metody zarządzania badaniami Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020, w ramach projektu pn. Podniesienie poziomu innowacyjności gospodarki poprzez wdrożenie nowego modelu finansowania przełomowych projektów badawczych.

Projekty finansowane są ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

PODOBAŁO SIĘ? PODZIEL SIĘ NA FACEBOOKU