Techniczno - ekonomiczne aspekty gazowej gospodarki skojarzonej cz. 1 Autor: Agata Podziemska* („Nowoczesne Gazownictwo” – nr 4/2005) Artykuł jest pierwszą częścią szerszej prezentacji tematyki skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej w oparciu o paliwo gazowe. Niniejsza, pierwsza część artykułu, zawiera krótkie omówienie technicznych aspektów gazowej gospodarki skojarzonej w formie przeglądu zastosowań w Polsce oraz przykładów zastosowań w Europie i na Świecie. W drugiej części artykułu, która ukaże się w następnym numerze czasopisma omówione będą zagadnienia ekonomiczne. Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła najczęściej definiuje się jako proces, w którym energia pierwotna zawarta w paliwie jest jednocześnie zamieniana na dwa produkty: energię elektryczną i ciepło. Gospodarka skojarzona to termin znany polskiej technice i stosowany od dość dawna w elektrociepłowniach, w scentralizowanym wytwarzaniu ciepła i energii elektrycznej. Jedną z głównych korzyści wynikających z funkcjonowania układów skojarzonych była, potwierdzona praktyką, oszczędność paliwa w porównaniu z układami rozdzielonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Obecnie dodatkowo nabrały znaczenia również takie elementy jak ograniczenie emisji szkodliwych substancji, w szczególności gazów cieplarnianych, a także pozytywny wpływ na bezpieczeństwo dostaw energii, wynikające z efektywnego użytkowania energii. Ciepło i energia elektryczna wytwarzane w sposób skojarzony dla miast czy dzielnic w Polsce były jednak do niedawna oparte niemal w 100% o energię pierwotną zawartą w węglu. Dzisiaj sytuacja ulega zmianie głównie, jak sądzę, z trzech powodów. Po pierwsze, Europa i Świat z powodów ekonomicznych i politycznych zainteresowały się decentralizacją wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. Już nie centralna produkcja energii dla miast lub wielkich skupisk ludzkich czy odbiorców przemysłowych, lecz także rozproszone wytwarzanie dla pojedynczych odbiorców, takich jak szpitale, zespoły basenowo — rekreacyjne, szklarnie itp. Po drugie, rozwój myśli technicznej i postęp technologiczny pozwalają na uzyskiwanie wyższych sprawności procesów przetwarzania energii oraz rozszerzenie technologii skojarzenia poza ciepło i energię elektryczną — o chłód. Po trzecie, inne spojrzenie na surowce energetyczne kieruje obecnie oparcie tych technologii głównie o ekologiczne paliwo, którym jest gaz ziemny. Nazwa gospodarka skojarzona (energetyka skojarzona) coraz częściej zastępowana jest nazwą kogeneracja (od angielskiego cogeneration) i opisywana skrótem CHP (combined heating power generation) lub nazwą trigeneracja (trójgeneracja) opisywana skrótem CHCP (combined heating cooling and power generation). W przypadku CHP (kogeneracji) mamy do czynienia z jednoczesnym wytwarzaniem ciepła i prądu elektrycznego, a w przypadku CHCP (trigeneracji) mamy do czynienia z jednoczesnym wytwarzaniem ciepła, prądu i

chłodu. Techniczne aspekty gazowej gospodarki skojarzonej Bez energii nie byłoby cywilizacji, bez jej produkcji nie byłoby rozwoju. Technika jest podstawowym środkiem, który zwykle zaspokaja te wyzwania. Ponieważ ciągle rosną potrzeby cywilizacyjne ludzkości, ponieważ rozwój konsumpcji społeczeństw jest coraz bardziej dynamiczny i ponieważ zasoby energii pierwotnej w postaci paliw kopalnych są ograniczone, technika stara się obecnie w równie dynamiczny sposób antycypować rozwiązania w energetyce. Rozwiązania, które będą odpowiedzią na pojawiające się w tej dziedzinie wyzwania. Jednym z takich rozwiązań wydaje się być energetyka skojarzona. Zasady funkcjonowania Podstawowa zasada, na której oparto gospodarkę (energetykę) skojarzona, jest połączenie (skojarzenie) dwóch, a w sprzyjających okolicznościach trzech rodzajów produktów, na które oczekuje konsument energii, w jeden proces technologiczny w wyniku którego one powstają. Takie połączenie daje kilka korzyści w porównaniu z tradycyjnym, rozdzielonym sposobem wytwarzania tych produktów, czyli ciepła, energii elektrycznej i ewentualnie chłodu. Jedną z tych korzyści jest większa sprawność skojarzonego wytwarzania energii w porównaniu z technologia wytwarzania rozdzielonego, prowadząca do zmniejszenia zużycia paliw pierwotnych. Drugą jest wyjście naprzeciw oczekiwaniom wymagań ekologicznych. Trzecią jest zwiększenie bezpieczeństwa i niezawodności zasilania odbiorców. W praktyce oszczędności paliwa dochodzą do 25-30 %, w porównaniu z procesami rozdzielonymi. Sprawność ogólna procesu skojarzonego wynosi w przedstawionym przykładzie 85%, zaś procesów rozdzielonych łącznie 57 %. Najczęstszymi użytkownikami układów skojarzonych są zakłady przemysłowe (spożywcze, piwowarskie, papiernicze, chemiczne, kopalnie itp.), oczyszczalnie ścieków i składowiska odpadów, szpitale i ośrodki edukacyjne (szkoły, uniwersytety), obiekty sportowe (sale, baseny itp.), lotniska, dworce kolejowe, hotele, biurowce, duże obiekty handlowe, obiekty użyteczności publicznej, szklarnie i wiele innych.

Kogeneracja Zgodnie z definicją przytoczoną we wstępie, kogeneracja (gospodarka skojarzona, energetyka skojarzona), w skrócie CHP to proces, w którym energia pierwotna zawarta w paliwie jest jednocześnie zamieniana na dwa produkty: energię elektryczną i ciepło. W literaturze można spotkać także inne definicje, np. kogeneracja to skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej przy maksymalnym ograniczeniu strat przesyłu i transformacji.

Wykorzystywanie procesu o wysokiej sprawności przemiany energii chemicznej paliwa w energię użytkową wpływa na obniżenie kosztów zakupu paliwa przy jednoczesnym zredukowaniu emisji dwutlenku węgla i innych zanieczyszczeń towarzyszących spalaniu. Układy kogeneracyjne mogą pracować bezpośrednio na potrzeby obiektu, w którym zostały zainstalowane, bądź jako elektrociepłownie zawodowe. Energia elektryczna generowana w skojarzeniu może być w całości zużyta w obiekcie, jak też w całości lub w części sprzedana do sieci lub innym odbiorcom. Dodatkowymi cechami wyróżniającymi mały układ skojarzony jest jego zwarta budowa, pozwalająca zazwyczaj na dostarczenie kompletnego urządzenia gotowego do instalacji i uruchomienia. Do urządzeń realizujących założenia kogeneracji zaliczają się głównie układy parowe dużych mocy, elektrociepłownie z turbinami gazowymi w przypadku średnich mocy oraz silnikami spalinowymi w przypadku małych mocy. Z analiz Instytutu Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach popartych dotychczasowymi doświadczeniami wynika, że stawiane założenia w zakresie małych układów skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej najlepiej realizują układy kogeneracyjne oparte o gazowe silniki tłokowe. Trigeneracja Trigeneracja (trójgeneracja), określana skrótem CHCP, to rozszerzona kogeneracja. Rozszerzona o uzyskiwanie w jednym procesie technologicznym dodatkowo chłodu. Część ekspertów zajmujących się tymi zagadnieniami uważa, ze pojecie trigeneracji mieści się także w pojęciu gospodarki skojarzonej (kogeneracji). Wszędzie tam, gdzie występuje zapotrzebowanie na energię elektryczną, ciepło i zimno celowa jest instalacja układu CHP połączonego z urządzeniem chłodniczym. W układach CHP instaluje się najczęściej chłodziarki absorpcyjne zasilane ciepłem odbieranym ze spalin i

układu chłodzenia silnika. Dzięki zastosowaniu chłodziarek absorpcyjnych możliwe jest bardzo efektywne wykorzystanie ciepła generowanego w układzie (np. w sezonie grzewczym do produkcji ciepła a w sezonie letnim do celów klimatyzacyjnych). Stosuje się również układy wyposażone w chłodziarki sprężarkowe, ale wtedy wykorzystanie ciepła z układu pozostaje zazwyczaj na niezmienionym poziomie.

Gospodarka skojarzona scentralizowana i rozproszona Jak wspomniano we wstępie, scentralizowana gospodarka (energetyka) skojarzona, jest od dość dawna znana na świecie i stosowana także w Polsce. Można powiedzieć, że w Polsce nawet łatwiej się wprowadziła, gdyż paradoksalnie zniszczenia wojenne, np. w Warszawie dopomogły w jej powszechnym zastosowaniu, ponieważ ułatwiły przy odbudowie ulic i obiektów bezkolizyjne poprowadzenie sieci ciepłowniczych rozprowadzających ciepło. Gospodarka ta, jak też już wspomniano, opierała się na paliwie pierwotnym w postaci węgla, czy miału węglowego, dostępnego w Polsce stosunkowo łatwo. Co interesujące, główną przesłanką stosowania scentralizowanej gospodarki skojarzonej z zastosowaniem centralnych elektrociepłowni, była jej przewagą nad produkcją rozproszoną (szczególnie ciepła) w indywidualnych gospodarstwach domowych ze względów ekonomicznych. Obecnie, po znaczącym rozwoju technologii i rozwiązaniu szeregu wymagań technicznych, po wprowadzeniu paliwa pierwotnego w postaci gazu ziemnego, powraca się do modelu gospodarki rozproszonej. Gospodarka ta oprócz rożnych innych zalet posiada jedną, główną w obecnych czasach, którą jest zapewnienie większego bezpieczeństwa energetycznego. Zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego, rozpatrywanego choćby w kontekście natężenia terroryzmu światowego, możliwości łatwego zniszczenia centralnych źródeł ciepła i prądu, decydujących o funkcjonowaniu innych dziedzin gospodarek państwowych. Energetyka scentralizowana, to moc wytwórcza rzędu nawet kilkuset MW, przy mocy poszczególnych jednostek (silników, turbin) rzędu kilku MW. Energetyka rozproszona, to zazwyczaj małe moce wytwórcze rzędu kilku tysięcy kWc (kilku MWe) dla małych układów i do kilkudziesięciu tysięcy kWe (kilkudziesięciu MWe) dla tzw. układów średnich. Niektórzy eksperci określają jako graniczną moc wytwórczą układów

kogeneracyjnych małej mocy na 1 MW wprowadzając dodatkowo pojecie tzw. mikrokogeneracji opartej na silnikach małej mocy i na mikroturbinach o mocy rzędu kilkunastu do kilkuset kW. Przykłady zastosowania w Polsce - dane techniczne Rozwój gospodarki skojarzonej w Polsce przez długi okres był hamowany prawnymi regulacjami (a właściwie ich brakiem) w dziedzinie gazownictwa i elektroenergetyki. Taka sytuacja, odwrotna niż np. w USA czy w wielu krajach UE, spowodowała, iż do dzisiejszego dnia uruchomiono zaledwie kilkadziesiąt elektrociepłowni wykorzystujących technologię kogeneracji. Poniżej przedstawiono zrealizowane w Polsce układy kogeneracyjne. Przeglądowi poddane zostały przypadki, w których zainstalowano urządzenia mające za zadanie produkować energię elektryczną i ciepło w skojarzeniu z paliwa w postaci gazu ziemnego, z wykorzystaniem silników bądź turbin. Moc najmniejszych z opisanych turbin wynosi 1,43 MWe, natomiast największych 235 MWe (moc elektryczna) i 150 MWt (moc cieplna). Najmniejsze z opisanych silników mają moc elektryczną 5kWe i cieplną 12kWt, a silników największych — 2,7 MWe. Sumarycznie — w roku 2004 w Polsce znajdowało się 18 turbin oraz 40 silników produkujących ciepło i energię elektryczną w skojarzeniu z zastosowaniem gazu ziemnego. Skojarzone źródła energii elektrycznej i ciepła w poszczególnych spółkach gazowniczych w roku 2004 Karpacka Spółka Gazownictwa • 20 agregatów kogeneracyjnych (Cmolas, Grabownica k/Sanoka, Mełgiew k/Lublina, Przeworsk, Stężyca k/Lublina, Tuchów k/Tarnowa, Zakopane, Zgłobień k/Rzeszowa, Rzeszów), • 7 turbin (Lublin, Nowa Sarzyna, Rzeszów, Starachowice i Tarnów), Wielkopolska Spółka Gazownictwa • 6 agregatów kogeneracyjnych (Pogorzelica, Poznań, Szamotuły, Września i Wysogotowo), • 3 turbiny (Gorzów Wielkopolski, Ostrów Wielkopolski i Zielona Góra), Pomorska Spółka Gazownictwa: • 7 agregatów (Gdańsk, Hel, Kartuzy, Lidzbark Warmiński), • 2 turbiny (Władysławowo). Mazowiecka Spółka Gazownictwa • 5 agregatów (Baranowo k/Ostrołęki, Białystok, Winnica k/Pułtuska, Warszawa), • 3 turbiny (Siedlce i Wyszków), Dolnośląska Spółka Gazownictwa • 2 agregaty kogeneracyjne (Świebodzice) • 3 turbiny (Bolesławiec, Wrocław i Opole). Górnośląska Spółka Gazownictwa:

• 1 agregat kogeneracyjny (Tarnowskie Góry)

Parametry techniczne poszczególnych rozwiązań zrealizowanych w Polsce Agregaty kogeneracyjne z silnikami zasilanymi gazem ziemnym Kotłownie osiedlowe Hel Trzy agregaty kogeneracyjne Vitobloc firmy Viessmann (jeden z agregatów o mocy elektrycznej 225 kWe i cieplnej 360 kWt, dwa pozostałe o mocy elektrycznej 122 kWe i cieplnej 204 kWt każdy) od 11 listopada 2003 zasilają w ciepło i energię elektryczną dwa osiedla mieszkaniowe w Helu. Paliwem jest gaz ziemny skroplony (LNG). Całe przedsięwzięcie obejmuje także pompy ciepła i kolektory słoneczne. Gdańsk Gdańskie Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej w Gdańsku-Matarni zainstalowało dwa agregaty kogeneracyjne z silnikami Jenbacher J320-GS o mocy elektrycznej 1,037 MWe oraz cieplnej 1,249 MWt każdy.

Fot. 1. Agregaty kogeneracyjne firmy Vitobloc w elektrociepłowni osiedlowej, Hel

Starachowice Elektrociepłownia Bugaj w Starachowicach zainstalowała agregat kogeneracyjny z silnikiem Caterpillara CAT 3516 o mocy elektrycznej 1,03 MWe i mocy cieplnej 1,7 MWt.

Szamotuły Energetyka Poznańska SA we współpracy z Zarządem Miasta i Gminy Szamotuły zainstalowała w kotłowni osiedlowej w 2000 roku — w celu likwidacji dwóch wysłużonych kotłowni węglowych — silnik gazowy Zentec 230 HR o mocy elektrycznej 257 kWe i cieplnej 387 kWt, współpracujący z dwoma kotłami gazowymi. Przewidziano 10-letni okres zwrotu nakładów na inwestycją. Świebodzice Dolnośląski Zakład Termoenergetyczny z Wałbrzycha uruchomił w Świebodzicach w kwietniu 2001 roku elektrociepłownię wyposażoną w dwa silniki gazowe Jenbacher o mocy elektrycznej 2,7 MWe i cieplnej 2,8 MWt każdy. Współpracują z nimi akumulatory ciepła. Energię elektryczną zakupuje Wałbrzyski Zakład Energetyczny S.A. Sprawność elektrociepłowni wynosi ponad 84%. Tuchów k/Tarnowa Firma Polskie Elektrownie Gazowe Sp. z o. o., utworzona przez PGNiG oraz ESP zainstalowała agregat kogeneracyjny Tedom o mocy elektrycznej 66 kWe i cieplnej 106 kWt w kotłowni osiedlowej w Tuchowie k/Tarnowa. Przekazanie obiektu do eksploatacji odbyło się we wrześniu 2003r. Winnica k. Pułtuska Zakład Energetyczny Płock — Multiener-getyczne Przedsiębiorstwo Sieciowe (ZE-P-MPS) Sp. z o. o. uruchomiło 19 października 2001 r. we współpracy z Płockim Zakładem Energetycznym oraz Urzędem Gminy w Winnicy kotłownię osiedlową zasilaną gazem ziemnym, wyposażoną w dwa agregaty kogeneracyjne TEDOM. Moc elektryczna pojedynczego agregatu wynosi 22 kWe, natomiast cieplna 45,5 kWt. Wybudowana kotłownia zasila Urząd Gminy, szkołę oraz pobliskie osiedle bloków mieszkalnych. Zakopane Zakład Geotermii Podhalańskiej S. A. ogrzewający Zakopane jest wspomagany przez trzy silniki gazowe Jenbacher (moc elektryczna 543 kWe i cieplna 703 kWt każdy) pracujące w skojarzeniu. Obiekty biurowe Warszawa, Poznań Przykładem realizacji idei kogeneracji w małych obiektach biurowych jest miniblok kogeneracyjny Sachs-SenerTec zainstalowany zarówno w budynku Gazowni Warszawskiej jak i na stacji redukcyjnej w Gazowni Poznańskiej. Głównym celem montażu obu minibloków była promocja idei skojarzenia. Wysogotowo k/Poznania Piecobiogaz zainstalował agregat kogeneracyjny szwajcarskiej firmy Amman/Avesco A6100, z silnikiem gazowym Caterpillar (moc elektryczna 100 kWe oraz cieplna 180 kWt). Agregat jest zsynchronizowany z siecią energetyczną Poznania. Obiekty przemysłowe Baranowo k/Ostrołęki W zakładzie mleczarskim Hochland Polska Sp. z o.o. zainstalowano 16-cylindrowy silnik

gazowy Jenbacher (moc elektryczna 836 kWe, cieplna 1013 kWt). Od lutego 2003 r. nadwyżka produkowanej w skojarzeniu energii elektrycznej jest sprzedawana Zakładowi Energetycznemu. Białystok W Zakładach Biatel zainstalowano agregat kogeneracyjny yitobloc firmy Viessmann o mocy elektrycznej 22 kWe i cieplnej 45,5 kWt. Rozruch agregatu nastąpił w listopadzie 2001 r. Negocjacje w sprawie sprzedaży energii elektrycznej do sieci na razie nie dają żadnego rezultatu.

Cmolas k/Kolbuszowej Zakład przetwórstwa owoców „Cmolfrut" zainstalował agregat kogeneracyjny z silnikiem gazowym Jenbacher o mocy elektrycznej 580 kWe i cieplnej 700 kWt w celu zabezpieczenia przed przerwami w dostawach energii elektrycznej. Mełgiew k/Lublina Kopalnia Gazu Ziemnego Mełgiew k/Lublina w 2003 roku została wyposażona w dwa agregaty kogeneracyjne WAUKESHA- Zentec 630 (P48GLD) o mocy elektrycznej 629 kWe i cieplnej 956 kWt każdy. Szpitale Kartuzy Szpital został wyposażony w kotłownię zasilaną gazem ziemnym, w której zainstalowano agregat kogeneracyjny Vitobloc firmy Viessmann o mocy elektrycznej 43 kWe oraz cieplnej 72 kWt. Lidzbark Warmiński W Lidzbarku Warmińskim zainstalowano pompę ciepła i agregat kogeneracyjny Vitobloc firmy Viessmann. Agregat o mocy elektrycznej 43 kWe oraz cieplnej 72 kWt został przekazany do eksploatacji 30 marca br. Przeworsk Szpital w Przeworsku, który od czterech lat posiada dwa agregaty Wola pozwalające na uzyskiwanie znacznych korzyści ze skojarzonej produkcji prądu i ciepła. Agregaty te są włączane codziennie tylko w godzinach szczytu (ok. 7.00-13.00 i 15.00-19.00), kiedy prąd jest najdroższy. Gwarantuje to obniżkę kosztów własnych szpitala.

Tarnowskie Góry Górnośląskie Centrum Rehabilitacyjne Repty w Tarnowskich Górach wyposażono w agregat kogeneracyjny Tedom 400 CAT o mocy elektrycznej 255 kWe 0 i cieplnej 420 kWt. Energia elektryczna nie jest jeszcze dostarczana do sieci elektroenergetycznej (charakter wyspowy układu). Szklarnie Grabownica k/ Sanoka Gospodarstwo ogrodnicze, w którym po raz pierwszy w Polsce zastosowano kogenerację w rolnictwie. Jest to też przykład wykorzystania lokalnych zasobów gazu ziemnego. Od kilku lat pracują tam trzy silniki spalinowe polskiej produkcji zasilane gazem ziemnym pochodzącym z Kopalni Grabownica. Cały układ współpracuje z akumulatorem ciepła. Stężyca k/ Lublina Do dwóch gospodarstw szklarniowych gaz doprowadzany jest gazociągiem o 250 (6,7 km od ujęcia gazu ziemnego w pobliskiej kopalni) zbudowanym przez właścicieli na własny koszt. W jednym z gospodarstw uruchomiono agregat kogeneracyjny wyposażony w silnik hiszpańskiej firmy Guascor o mocy elektrycznej 0,93 MWe oraz mocy cieplnej 1,3 MWt. Agregat został wyposażony w katalizator, co pozwala dzięki systemowi komputerowemu CodiNOx, który steruje oczyszczaniem spalin, kierować C02 do atmosfery wewnątrz szklarni. Efektem końcowym spalania gazu ziemnego oprócz energii elektrycznej i cieplnej jest para wodna i tlen uzyskiwane w szklarni. W drugim gospodarstwie zainstalowano trzy agregaty kogeneracyjne ABB wyposażone w silniki gazowe firmy Caterpillar o mocy elektrycznej 1,03 MWe oraz mocy cieplnej 1,7 MWt każdy. Bardzo duży akumulator ciepła pozwala na elastyczną pracę zespołu agregatów kogeneracyjnych. Zgłobień k/ Rzeszowa Gospodarstwo szklarniowe w Zgłobieniu aktualnie dysponuje 3-ma agregatami: 20 kWe z agregatu z silnikiem Fiata Tipo oraz 2 razy po 100 kWe z dwóch agregatów z silnikami Iveco. Instalacja zużywa odpadowy gaz ziemny doprowadzany z kopalni ropy naftowej Nosówka odległej o 600 metrów.

Baseny i ośrodki wczasowe Poznań - pływalnia POSiR

W pływalni POSiR Uruchomiono w sierpniu 2000 r. dzięki Energetyce Poznańskiej SA silnik gazowy EMK 6/330 firmy G.A.S. Energietechnik GmbH (moc elektryczna 115 kWe, cieplna 195 kWt). Zużycie gazu wyniosło ponad 400 000 m3 /rok, a wynegocjowane ceny ciepła i energii elektrycznej mają zapewnić zwrot nakładów na inwestycję w ciągu 10 lat. Pogorzelica k/Rewala W prywatnym Ośrodku Wczasowym Mira — Mar pracuje agregat kogeneracyjny TEDOM o mocy elektrycznej 9 kWe i cieplnej 21 kWt. Całość produkowanej energii elektrycznej jest zużywana na własne potrzeby. Września Jest to pływalnia, na której zainstalowano układ kogeneracyjny z silnikiem MAN o mocy elektrycznej 110 kWe oraz cieplnej 180 kWt. Rozwiązanie ma charakter wyspowy; energia elektryczna nie jest dostarczana do sieci energetycznej, ponieważ niezbędna do tego celu umowa z energetyką nie została zawarta. Małe turbiny gazowe Bolesławiec W Zakładach Chemicznych Wizów SA zainstalowano turbinę firmy Solar Turbines model Centaur 50 producenta Turbomach wraz z kotłem odzysknicowym o wydajności 10,5 Mg/h i dwoma kotłami gazowo — olejowymi o wydajności 16 Mg/h pary każdy Turbina zasilana paliwem gazowym działa w sposób ciągły. Elektrociepłownia (moc elektryczna 4,1 MW i cieplna 28 MW) rozpoczęła pracę 9 lipca 1999 roku. Opole Firma Alstom zainstalowała w Opole Eco S.A. turbinę gazową z generatorem 7,4 MW wraz z kotłem odzysknicowym 14,2 MW i kotłem gazowym 25 MW. Turbina gazowa zużywa 3000 m-Vh gazu ziemnego GZ50 pod ciśnieniem 20 bar.

Ostrów Wielkopolski 26 października 2000 r. rozpoczęto eksploatację turbiny gazowej angielskiej firmy Centrax Rolls-Royce CX501 KJ37 o mocy 5,1 MW (identyczna jak stosowana do napędu samolotów transportowych Hercules) współpracującej z kotłem odzysknicowym firmy HKB z Holandii, co sprawia, że moc cieplna zespołu wynosi 11,6 MWt. Odzyskane ciepło ze spalin jest wykorzystywane na potrzeby komunalne: ciepłowni miejskiej, stacji uzdatniania wody, przepompowni i oczyszczalni ścieków. Siedlce

Na przełomie lat 2001/2002 Spółka - córka siedleckiego PEC uruchomiła dwie turbiny gazowe Taurus 70-T-10301S firmy Solar Turbines o mocy 7,3 MWe każda. Ciepło z gazów spalinowych odbierane w wodnych kotłach odzysknicowych o mocy 2 x 11,6 MW jest kierowane do sieci ciepłowniczej. Wybudowano też akumulator ciepła o objętości 480 m3. Starachowice Elektrociepłownia Bugaj przygotowuje się do jesiennego rozruchu zainstalowanych już dwóch turbin gazowych SOLAR Titan 130 o mocy elektrycznej 13,5 MWe każda. Władysławowo Pracuje tu elektrociepłownia produkująca energię elektryczną oraz ciepło w skojarzeniu zużywając jako paliwo gaz odpadowy wydobywany wraz z ropą naftową na bałtyckiej platformie wiertniczej Beta położonej 82,5 km od Władysławowa, należącej do Petrobal-ticu. Zainstalowano w tym celu 2 turbiny gazowe typ 501-KB7 firmy Rolls-Royce Allison (po 5,5 MWe). W czerwcu 2003 r. dokonano ich rozruchu. Wówczas rozpoczęła pracę instalacja przesyłu gazu z platformy wydobywczej na ląd. Wrocław W październiku 2000 r. uruchomiono turbinę gazową Solar Turbines model Centaur 40 (moc elektryczna 3,7 MW i cieplna 36,3 MW) w Polarze. Ze względu na doprowadzenie gazu pod średnim ciśnieniem turbina została wyposażona w 11-stopniową sprężarkę. Wyszków PEC Sp. z o. o. w Wyszkowie uruchomił 23 czerwca 2004 r. turbinę gazową Kawasaki o mocy elektrycznej 1,43 MWe i cieplnej 3,75 MWt. Turbina jest zasilana gazem ziemnym pod ciśnieniem 14,5 bar. Projekt został zrealizowany w ramach programu uzgodnionego pomiędzy naszym rządem a Bankiem Światowym.

Tarnów Zainstalowano tu turbinę gazową CX 501 firmy Centrax o mocy elektrycznej 3,75 MWe i cieplnej 10 MWt. 20 maja 2003 r. odbyło się przekazanie obiektu do eksploatacji.

Turbiny gazowe o mocy powyżej 40 MW Gorzów Wielkopolski EC Gorzów to pierwsze w Polsce zastosowanie gazu ziemnego do produkcji energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu na wielką skalę. 29 stycznia 1999 r. w EC Gorzów SA uruchomiono blok gazowo — parowy, którego serce stanowi turbina gazowa trójstopniowa typu GT8C produkcji ABB Zamech Ltd. z generatorem (moc elektryczna 54,5 MW). Paliwem dla turbiny jest gaz ziemny zaazo-towany pochodzący z kopalni gazu ziemnego k/Dębna Lubuskiego odległej o 40 km. Lublin — dwie turbiny oraz dwa generatory W Elektrociepłowni Lublin - Wrotków w kwietniu 2002 r. uruchomiono blok gazowo-parowy o mocy elektrycznej 235 MWe i cieplnej 150 MWt. Na blok składa się turbina gazowa oraz turbina parowa — obie z generatorem prądu oraz kocioł odzysknicowy. Nowa Sarzyna — elektrociepłownia firmy Enron Elektrociepłownia zużywająca gaz ziemny w celu produkcji skojarzonej energii elektrycznej i cieplnej zbudowana za 130mln USD. Moc elektryczna elektrociepłowni wynosi 116 MWe, a moc cieplna 70 MWt. Produkcja jest realizowana przez dwa turbogeneratory gazowe holenderskiej firmy Thomassen Int. na licencji General Electric. Mają one moc 43,4 MWe każdy, dwa kotły odzysknicowe HRSG produkcji SEFAKO S.A, turbinę parową firmy GHH Bor-sing Turbomaschinen GmbH o mocy 44,8 MW oraz pięć kotłów firmy Hocon Kesselbau HKB Venlo Holland. Rozruch nastąpił 1 czerwca 2000; zużycie gazu wynosi 180 mln m3 gazu ziemnego rocznie. Zakład jest wyposażony w magazyn oleju opałowego lekkiego w rezerwie. Rzeszów — dwie turbiny, jeden generator W kwietniu 2001 r. rozpoczęto budowę bloku gazowo-parowego w Elektrociepłowni Rzeszów. Moc elektryczna bloku 95 MWe i cieplna 75 MWt. Zużycie gazu ziemnego: 20 000 m3/h. Na blok gazowo-parowy składają się: turbina gazowa, turbina parowa ciepłowniczo — kondensacyjna, generator prądu sprzężony z obiema turbinami, kocioł odzysknicowy do produkcji pary i podgrzewania wody (odbierający ciepło ze spalin turbiny gazowej). Turbinę gazową V64.3A wyprodukowano we Włoszech i w grudniu 2002r. rozpoczęto jej rozruch. 115 tonową turbinę parową zbudowała firma Turbo Man Borsing. Na wiosnę 2003 r. nastąpiło przekazanie obiektu do eksploatacji. Zielona Góra W EC Zielona Góra zainstalowano blok gazowo — parowy o mocy elektrycznej 190 MWe oraz cieplnej 95 MWt. Poszczególne obiekty bloku to: turbozespół gazowy do produkcji energii elektrycznej, kocioł odzysknicowy wykorzystujący ciepło spalin z turbiny gazowej do produkcji pary, turbozespół parowy zasilany parą z kotła odzysknicowego również wytwarzający energię elektryczną. Paliwem dla Bloku jest gaz ziemny zaazotowany w ilości ok. 370 mln m3 rocznie dostarczany z kopalni Kościan — Brońsko odległej o 80 km. Przykłady zastosowania w Europie i na Świecie Rozwój gospodarki skojarzonej w UE i na Świecie Na świecie znajduje się ponad 60 000 układów CHP (najwięcej w Niemczech i Wielkiej Brytanii). Gaz ziemny może być wielkim sojusznikiem energetyków, ponieważ energia elektryczna i ciepło produkowane w skojarzeniu na bazie gazu ziemnego uwzględniają

problem ekologii — problem, który w energetyce opartej na węglu jest trudny do rozwiązania. Warto zwrócić uwagę, że Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) zaleca promowanie skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła w programach energetycznych poszczególnych krajów. Rozwój kogeneracji w poszczególnych państwach jest zróżnicowany i zależy od warunków klimatycznych, struktury zagęszczenia ludności oraz oczywiście od realizowanych polityk i programów wspierających. Największy przyrost udziału kogeneracji miał miejsce w krajach, w których wprowadzono ambitne programy i cele ilościowe — w Finlandii, Danii, we Włoszech, Holandii i Hiszpanii. Jednakże postęp w innych krajach, pomimo zakładania ambitnych celów, takich jak Niemcy (20% do roku 2010) i Wielka Brytania (wzrost mocy zainstalowanej elektrociepłowni z 3 do 10 GW w latach 1994-2010), był mniejszy. Dane dotyczące roku 2001 wskazują, że udział kogeneracji w Unii Europejskiej spada od 1998 roku — największe załamanie zaobserwowano w Niemczech, Holandii i Wielkiej Brytanii. Tendencja malejąca była spowodowana wystąpieniem wzajemnie wiążących się ze sobą czynników: • wzrostem (do roku 2001) cen gazu ziemnego, który jest preferowanym źródłem energii w nowych elektrociepłowniach, • malejącymi cenami energii elektrycznej wynikającymi z liberalizacji i rosnącej konkurencji na rynku energii, które również wpłynęły niekorzystnie na konkurencyjność elektrociepłowni (zwłaszcza, że w cenie energii elektrycznej nie są uwzględnione koszty zewnętrzne),

• agresywną polityką cenową prowadzoną przez przedsiębiorstwa energetyczne chroniące własne rynki, • niepewnością przekształceń rynków energii w miarę postępu liberalizujących je zmian, prowadzącą do koncentrowania uwagi na decyzjach krótkookresowych. Znaczenie miały również utrudnienia administracyjne godzące zwłaszcza w kogenerację rozproszoną, takie jak zbyt niskie ceny za nadwyżkę energii elektrycznej przekazywanej do sieci przesyłowej, wysokie opłaty za przyłączenie do sieci, skomplikowane i wydłużone w czasie procedury. Unia Europejska podejmuje intensywne działania mające na celu stworzenie ram prawnych umożliwiających realizację celów znajdujących się na pograniczu polityk z zakresu energetyki, ochrony środowiska i trwałego rozwoju. Obecnie wielkość emisji gazów tzw. cieplarnianych z krajów Unii Europejskiej znajduje się na poziomie ustabilizowanym, zbliżonym do wielkości bazowych, podlegając jedynie niewielkim fluktuacjom. Wyniki te wskazują, że pewien postęp został poczyniony, chcąc jednak osiągnąć ambitne zamierzenia, Unia Europejska musi podjąć konkretne działania. Oczekuje się, że uchwalona 11.02.2004 r. Europejska Dyrektywa 2004/8/EC w sprawie promowania kogeneracji (tzw. Dyrektywa kogeneracyjna): • spowoduje poprawę bezpieczeństwa energetycznego, • będzie mieć wkład w ochronę środowiska i zapobieganie zmianom klimatu. Warto wreszcie zwrócić uwagę, że Parlament Europejski wprowadził ponadto jeszcze jedną poprawkę — narzucił państwom członkowskim cel ilościowy, zdefiniowany jako 18% udział

energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z ciepłem w 2010 r. Osiągnięcie tego celu oznacza ograniczenie emisji C02 co najmniej o 65 mln ton, oraz że funkcjonowanie jednolitego rynku gazu w Europie zapewne wymusi spadek cen tego surowca, a wówczas zmieni się opłacalność produkcji skojarzonej energii elektrycznej i ciepła. Nie znalazł się on w projekcie Komisji, mimo że był umieszczany we wcześniejszych dokumentach. Uwzględniając niewystarczający dotychczasowy postęp w rozwoju kogeneracji, Parlament podjął decyzję o przesunięciu terminu jego realizacji z 2010 na 2012 rok.

Ocena kogeneracji w poszczególnych krajach na świecie Kryzys energetyczny w USA w ostatnich latach, czyli tzw. kryzys kalifornijski ujawnił całą złożoność bezpieczeństwa energetycznego oraz odkrył fakt, że dywersyfikacja źródeł energii ma kapitalne znaczenie dla obecnych i następnych pokoleń. Skrupulatna ocena ośmiu awarii systemowych oraz czterech poważnych zakłóceń, które zdarzyły się latem 1999 roku w sześciu lokalizacjach USA dala możliwość sprecyzowania Zaleceń dla Sekretarza Energii. Raport Zespołu Studiów Awarii Systemowej (POST) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych precyzuje dwanaście zaleceń, pomocnych w zapobieganiu dalszych zdarzeń, prowadzących do naruszeń niezawodności. Zalecenia te, uszeregowane zgodnie z ważnością zawierają na wysokiej (trzeciej) pozycji zalecenie usunięcia barier dla rozproszonych zasobów energii wraz z następującym komentarzem: „występuje obecnie wielkie zainteresowanie technologiami generacji rozproszonej jako rozwiązania pomagającego przedsiębiorstwom energetycznym w szybkim reagowaniu na zwiększone zapotrzebowanie energii elektrycznej w obszarach, gdzie zapotrzebowanie już wcześniej było wysokie. Równocześnie przedsiębiorstwa starają się poprawić jakość energii dostarczanej odbiorcom. Istnieją poglądy, że rynkową akceptację technologii rozproszonych utrudnia istnienie barier". Dla rozwiązania problemu Raport POST sugeruje następujące działania: • wspieranie rozwoju standardów przyłączeń do sieci dla rozproszonych źródeł, • wspieranie wysiłków dla przezwyciężenia problemów regulacyjnych, blokujących zintegrowane rozwiązania łączące efekty zarządzania popytem i podażą, • zbadanie możliwości wykorzystania źródeł zasilania rezerwowego w celu obniżenia zapotrzebowania systemu w warunkach zagrożenia stanami awaryjnymi. Gospodarka amerykańska już radzi sobie z tym problemem i jest raczej pewne, że zastosowanie właśnie gazu ziemnego jako paliwa dla zakładów produkujących energię elektryczną i ciepło w skojarzeniu (np. w Denver) zdecydowanie pomogło w zażegnaniu kryzysu.

Wiele krajów, a zwłaszcza USA i Japonia rozwija trójgenerację tzn. produkcję prądu, ciepła i chłodu. Okazuje się bowiem, że wykorzystanie energii dla celów klimatyzacji daje dobre wyniki ekonomiczne zwłaszcza latem. W Niemczech 1 kwietnia 2002r. weszła w życie uchwalona przez niemiecki Bundestag na wiosnę tego roku ustawa „O konserwacji, modernizacji i rozwoju CHP". Oczekuje się, że dokument ten wraz z oczekiwaną Europejską Dyrektywą o Kogeneracji będzie mieć wkład w zapobieganie zmianom klimatu, spowoduje poprawę bezpieczeństwa energetycznego, oraz pozwoli stworzyć nowe miejsca pracy. W latach 90 rząd Wielkiej Brytanii położył nacisk na rozwój systemów skojarzonych przyjmując w roku 1994 strategię zrównoważonego rozwoju. Powołano do życia organizacje mające za zadanie wspieranie rozwoju układów kogeneracyjnych. Przyjęta przez rząd Wielkiej Brytanii strategia miała na celu osiągnięcie w 2010 roku mocy źródeł skojarzonych na poziomie 10 000 MW. Po korektach zwiększono moc do 17 000 MW. Potrzeby grzewcze sektora komunalnego określono na 203 000 MW. W Wielkiej Brytanii ocenia się kogenerację jako najtańszy sposób realizacji zobowiązań protokołu z Kyoto, natomiast Amerykańska Rada Efektywności Energetycznej (ACEE) wskazuje na kogenerację jako jedną z pięciu najbardziej efektywnych strategii w energetyce. Program „The Combined Heat and Power Challenge" zmierza do podwojenia udziału kogeneracji w energetyce zawodowej jak i rozproszonej. W Danii pierwsze uregulowania prawne wprowadzono już w 1976 roku. Poważnym bodźcem rozwojowym w tej klasie systemów kogeneracyjnych stała się decyzja parlamentu z roku 1986, stwarzająca warunki rozwoju źródeł małej skali, wykorzystujących lokalne zasoby paliwowe (gaz ziemny, odpady, biomasa) W 1996 roku opublikowano program polityki energetycznej „Energia 21", który zakładał zmniejszenie emisji C02 do 2005 roku o 20% w stosunku do roku 1988. Konsekwentna realizacja spójnej polityki energetycznej na poziomie narodowym i społeczności lokalnych otworzyła w Danii rozwiązania modelowe będące odniesieniem dla innych krajów. Powszechnie przyjętym miernikiem rozwoju gospodarki skojarzonej jest udział kogeneracji w produkcji energii elektrycznej. Wielokrotnie deklarowanym celem UE jest podwojenie do roku 2012 tego udziału z wartości 9 proc. na przełomie wieków do 18%. Na tym tle osiągnięcia duńskie są imponujące: niespełna 30 proc. w roku 1995 r., 50 proc. w roku 1999 i blisko 60 proc. aktualnie. Większość potencjału kogeneracyjnego Danii została już wykorzystana, ale wiedza i doświadczenie duńskich specjalistów sprawiają, że Dania wyraża chęć pozostania liderem na międzynarodowym rynku kogeneracyjnym, zwłaszcza, że „Finał Publishable Report" z maja 2001 opracowany między innymi przez Cogen Europe przewiduje duży potencjał kogeneracyjny w Europie. Na Węgrzech lokalni producenci energii budując obiekty kogeneracyjne o mocy elektrycznej do 20 MWe mają prawo sprzedawać prąd do sieci ogólnokrajowej, a relacja ceny prądu do ceny gazu na Węgrzech wskazuje na znacznie przychylniejszy niż w Polsce klimat dla rozwoju produkcji energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu na bazie gazu ziemnego.

Literatura [1] Bałut H.: W XXI wieku gaz ziemny źródłem prądu, ciepła i chłodu, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2/2003. [2] Cierpiał J., Gola S., Kucharczyk P.: Możliwości realizacyjne budowy gazowych źródeł kogeneracyjnych, w materiałach konferencji naukowo - technicznej „Gaz ziemny w energetyce", Zielona Góra, 17-18 II 2005. [3] Energobaltic Sp. z o. o. — Elektrociepłownia gazowa we Władysławowie, w materiałach konferencji naukowo - technicznej „Gaz ziemny w energetyce", Zielona Góra, 17-18 II 2005. [4] Podziemski T., Bałut H.: Kogeneracja gazowa w Polsce. Przegląd zrealizowanych projektów, w materiałach konferencji „Strategia wdrożeniowa gazowej gospodarki skojarzonej", Rzeszów, 3-4 XI 2005. [5] Skorek J., Kalina J.: Uwarunkowania efektywności ekonomicznej gazowych układów kogeneracyjnych w energetyce rozproszonej, w materiałach konferencji „Energooszczędne technologie użytkowania gazu ziemnego", Poznań, 21 VI 2005. * mgr inż. Agata Podziemska — adres do korespondencji: Zakład Inżynierii Gazownictwa, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa.