kogeneracja rozproszona oparta na odnawialnych źródłach energii

kogeneracja rozproszona oparta na odnawialnych źródłach energii

KOGENERACJA ROZPROSZONA OPARTA NA ODNAWIALNYCH
ŹRÓDŁACH ENERGII - NOWE KONCEPCJE
W. Włosiński
Wydział IV Nauk Technicznych PAN, Politechnika Warszawska
J. Kiciński
Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku
1. Uwagi wstępne
Kogeneracja rozproszona, a więc wytwarzanie ciepła i prądu w małych jednostkach
wytwórczych jest współczesną tendencją światową. Szczególnie przydatne w tego rodzaju
technologii są odnawialne źródła energii (OŹE). Dość dobrze odzwierciedla tą tendencję
wypowiedź Komisarza UE Philipsa Busquin – rys. 1.
Rys. 1. Kogeneracja rozproszona – definicje i tendencje.
Poruszane zagadnienie jest przedmiotem licznych badań i publikacji na całym świecie.
Proponowane są nowe technologie i konkretne rozwiązania techniczne. Nie sposób je
przedstawić w tak zwartym artykule. Niemniej jednak warto tu zaznaczyć pewne tendencje.
Przestawia je w sposób poglądowy rys.2.
Charakterystyczną cechą technologii opartych na OŹE jest jej uzależnienie od warunków
lokalnych panujących w danym kraju czy nawet regionie. Nie można pewnych rozwiązań
dobrze funkcjonujących w jednym kraju bezpośrednio przenosić do innego kraju np.: do Polski.
Oznacza to konieczność własnych badań i konieczność zdobywania własnych doświadczeń.
1
Rys. 2. Kogeneracja oparta na odnawialnych źródłach energii - zarys tendencji w aplikacjach
nowych technologii.
2. Sytuacja w Polsce – Propozycje działań
Analizując sytuację w naszym kraju w zakresie wykorzystania OŹE i kogeneracji
rozproszonej musimy stwierdzić kilka następujących faktów:
- posiadamy rozproszony potencjał badawczy i technologiczny oraz niekompletne i często
przestarzałe już laboratoria
- brak jest koordynacji działań i spójnych programów na różnych szczeblach
- brak jest odpowiednich instrumentów finansowych i prawnych
- brak jest spójnej sieci producentów roślin energetycznych
Trzeba też wyraźnie stwierdzić, że wdrożenie technologii OŹE w naszym kraju będzie
wymagało dopłat. Trudno oczekiwać tych dopłat wyłącznie z budżetu Państwa. Szansą są tu
fundusze Unii Europejskiej (fundusze strukturalne centralne i regionalne, programy operacyjne,
środki VII Programu Ramowego) oraz środki Banku Światowego.
Z drugiej strony rozwojem technologii otrzymywania tzw. „zielonego prądu”, a zwłaszcza
rozwojem zaplecza rolniczego dla pozyskiwania surowców (rośliny energetyczne, biomasa )
zainteresowane są duże koncerny energetyczne takie jak PKE czy grupa BOT. Krajowa
energetyka „przymuszona” jest do tych działań głównie dyrektywami UE i rozporządzeniami
ministerstwa gospodarki - rys. 1. Jak zatem połączyć interesy koncernów energetycznych,
producentów i plantatorów roślin energetycznych i biomasy z potrzebami wdrażania nowych
technologii i konsolidacji potencjału badawczego? Zagadnienie jest bardzo trudne i wymaga
skoordynowanych działań wielu podmiotów gospodarczych i administracyjnych.
Jeśli założymy, że kwestia rozwoju kogeneracji rozproszonej opartej na OŹE znajdzie
odpowiedni priorytet w polityce energetycznej Państwa, to zasadnym staje się opracowanie
spójnej koncepcji działań. Pewne kroki w tym zakresie zostały już poczynione. Są to:
2
- koncepcja utworzenia Centrum Badawczego PAN w Jabłonnej
- kompleksowa koncepcja wykorzystania OŹE w Polsce
2.1. Centrum Badawcze PAN
Z inicjatywy Przewodniczącego Wydziału IV Nauk Technicznych PAN, współautora
niniejszego artykułu, powołana została grupa inicjatywna do opracowania ekspertyzy dotyczącej
budowy Centrum Badawczego PAN w Jabłonnej o nazwie: „Konwersja energii i źródła
odnawialne” [1]. Prezydium PAN podjęło decyzję o przeznaczeniu gruntów w Jabłonnej ( ok. 60
ha) pod budowę takiego Centrum.
Centrum stanowiło by w istocie park i inkubator nowych i ekologicznych technologii
konwersji energii oraz wykorzystanie źródeł odnawialnych. Zakłada się współpracę naukową
placówek PAN, Szkolnictwa Wyższego i Instytutów Resortowych i współpracę biznesową
przedsiębiorstw, organizacji wspierających innowacyjność, władz lokalnych oraz banków.
Centrum stanowiło by też pre-inkubator dla firm typu spin-off i tym samym umożliwiało by
proces przekształcania się grup badawczych w przedsiębiorstwa o dużej innowacyjności z
udziałem lokalnego biznesu.
Centrum składać się będzie z zespołu kilku, tematycznie spójnych, laboratoriów badawczych
wraz z niezbędnym zapleczem hotelowo-seminaryjnym i infrastrukturą. Najważniejszym
elementem składowym potencjału laboratoryjnego Centrum będzie Energooszczędny Dom
Inteligentny (EDI) – rys. 3 - stanowiący w istocie jednostkę hotelową i seminaryjną o
wysokim standardzie wraz z zespołem wzajemnie skojarzonych i „inteligentnie” sterowanych
urządzeń zapewniających samowystarczalność energetyczną ze źródeł odnawialnych. Każde z
tych urządzeń zostanie tak zaprojektowane i zlokalizowane w obrębie jednostki hotelowej, że
może stanowić również odrębne stanowisko do prac badawczych. Energooszczędny Dom
Inteligentny będzie unikalnym w skali kraju kompleksem badawczym i demonstracyjnym.
W Centrum przewiduje się budowę w latach 2006-2011 następujących laboratoriów [1]:
w pierwszej kolejności
1. Laboratorium Konwersji i Akumulacji Energii w skład którego wejdą:
- Energooszczędny Dom Inteligentny (EDI) wraz z zespołem wzajemnie sprzężonych
urządzeń/stanowisk badawczych takich jak: mikrosiłownia parowa z ekologicznymi
kotłami, pompa ciepła, ogniwa foto-woltaiczne wraz z termokolektorem, siłownia
wiatrowa, magazyn energii skojarzony z basenem oraz własnym areałem pod uprawę
roślin energetycznych – rys. 3.
- Laboratorium Badań Polowych:
Układ 2 siłowni wiatrowych o mocy znamionowej 1,5-2 MW (praca "on grid")
Układ pompy (lub pomp ciepła z gruntowymi wymiennikami ciepła) - moc pomp
do 200 kW
Plantacji energetycznej o powierzchni ok. 5 – 10 ha
Stacji meteorologicznych - stałej i jednej przenośnej
Systemu do diagnostyki w podczerwieni strat ciepła
- Laboratorium Akumulacji Energii (badanie procesów akumulacji energii w różnych
formach – badania polowe oraz materiałowe –DSC )
2. Zintegrowane Laboratorium Technik Słonecznych
3. Laboratorium Kogeneracyjnych Mikrosiłowni i Kotłów Ekologicznych
(współspalanie paliw, biomasy i odpadów biodegradowalnych, wytwarzanie biokarbonu,
zgazowanie biomasy)
3
w dalszej kolejności
4. Laboratorium Oczyszczania Energetycznych Gazów Odlotowych
5. Laboratorium Detekcji Uszkodzeń Materiałowych
6. Laboratorium Technologii IT (Information Technology) w Energetyce
(sieci informatyczne, gniazda rozproszone, nonoserwery internetowe, systemy eksperckie,
systemy pozyskiwania i zarządzania wiedzą)
7. Laboratorium nowych Paliw i Materiałów
Legenda:
μSP – Mikrosiłownia Parowa, EF –
Elektrofiltry, TG – Turbogenerator,
KB – kocioł na biomasę, KO –
kocioł na odpadki, ME – Magazyn
Energii, PC – Pompa ciepła, WG –
Wymiennik gruntowy dla PC,
OF+TK – Ogniwo foto-woltaiczne
skojarzone z termokolektorem, SW
– Siłownia wiatrowa, ZB – Ziębnik
(woda
lodowa),
KL
–
Klimatyzator, WC1, WC2 –
Wymienniki ciepła do ogrzewania/
chłodzenia pomieszczeń
IS
–
moduł
inteligentnego
sterowania
energią , ISE –
podmoduł
sterowania
energią
elektryczną,
ISC – podmoduł
sterowania energią cieplną
Koncepcję EDI opracował: J. Mikielewicz,
J. Kiciński
Rys. 3. Szkic Energooszczędnego Domu Inteligentnego wraz z urządzeniami zapewniającymi
samowystarczalność energetyczną. Jednostka hotelowo – seminaryjna i jednocześnie największy
obiekt kompleksu laboratoryjnego Centrum [1].
Rys. 4 przedstawia wstępny schemat organizacyjny przedsięwzięcia w postaci spółki z o.o.
2.2. Kompleksowa koncepcja wykorzystania OŹE w Polsce
Przedstawiona koncepcja budowy Centrum Badawczego PAN w Jabłonnej mogła by
stanowić jeden z elementów szerszego zamierzenia nakierowanego na rozwój kogeneracji
rozproszonej opartej na OŹE w Polsce. Centrum to spełniało by rolę generatora nowych
technologii i preinkubatora spółek o wysokiej innowacyjności. Zaspokajało by więc w znacznej
mierze potrzeby zarówno kogeneracji rozproszonej w regionach i gminach (lokalne gniazda
energetyczne) jak i potrzeby krajowej energetyki w zakresie produkcji „zielonego prądu”.
Ważnym elementem całej tej koncepcji są rynki hurtowe. Mają one wystarczający potencjał i
infrastrukturę aby stworzyć ogólnopolską sieć zbiorów i dystrybucji roślin energetycznych i
biomasy. Były by też one instytucją zrzeszającą drobnych producentów i plantatorów i
jednocześnie partnerem dla koncernów energetycznych i gmin. Aby tak zarysowana koncepcja
mogła być realizowana konieczne wydaje się stworzenie pewnego ogniwa scalającego wszystkie
te elementy. Kwestia ta jest szczególnie istotna w pierwszej tzw. „rozruchowej” fazie działań w
której trudno jest pozyskać środki komercyjne czy nawet unijne. W naszych warunkach
4
możliwości takie stwarza Projekt Badawczy Zamawiany, finansowany ze środków budżetu
państwa i oczywiście zgodny z priorytetami Krajowego Programu Ramowego.
Dalsze etapy zamierzenia (Centrum Badawcze, gniazda energetyczne, rynki hurtowe) mogły
by być już finansowane ze środków UE przy współudziale krajowej energetyki. Tak zarysowaną
koncepcję działań , wraz z celami głównymi nowego projektu badawczego zamawianego (PBZ),
przedstawia rys. 5. Rys.6 przedstawia natomiast potencjalne źródła finansowania całego
zamierzenia.
Rys. 4. Przykład realizacji koncepcji Centrum poprzez spółkę z o.o. i spółki typu „spin-off”.
3. Uwagi końcowe
Zarysowana wyżej koncepcja promocji i wdrożenia w Polsce kogeneracji rozproszonej
opartej na odnawialnych źródłach energii jest propozycją bardzo szerokich i kompleksowych
działań absorbujących wiele instytucji i ośrodków. Koncepcja ta wychodzi naprzeciw dość
powszechnej krytyce, że brak jest w kraju wzajemnie skoordynowanych prac w tym zakresie,
pomimo formalnego istnienia wielu instytucji i organizacji związanych tematycznie z tym
zagadnieniem. Kluczową rolę mogą tu odegrać wysiłki Polskiej Akademii Nauk, a zwłaszcza
Wydziału IV Nauk Technicznych oraz Instytutu Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku i
Politechniki Warszawskiej. Pewne wstępne kroki
związane z utworzeniem Centrum
Badawczego PAN w Jabłonnej oraz ustanowieniem nowego Projektu Badawczego
Zamawianego zostały już podjęte.
4. Literatura
[1] W. Włosiński, R. Domański, J. Kiciński, Centrum Badawcze PAN w Jabłonnej „Konwersja
energii i źródła odnawialne”, Ekspertyza, Warszawa-Gdańsk, grudzień 2005.
5
Rys. 5. Kompleksowa koncepcja wykorzystania OŹE w Polsce. Cele główne nowego Projektu
Badawczego Zamawianego integrującego pozostałe elementy koncepcji.
Rys. 6. Potencjalne źródła finansowania koncepcji przedstawionej na rys.5.
6