austrian case studies
Transkrypt
austrian case studies
Promocja rozproszonych elektrociepłowni Frankfurt nad Menem (Niemcy) UJĘCIE OGÓLNE Frankfurt jest handlowym i finansowym sercem Niemiec. Niegdyś to wolne miasto, położone nad rzeką Men, na skrzyżowaniu europejskich szlaków handlowych, było miejscem koronacji cesarzy. TŁO PROJEKTU Lokalna agencja energetyczna Energiereferat we Frankfurcie utworzona w 1989 r. ma za zadanie promowanie redukcji emisji dwutlenku węgla oraz rozwijanie strategii oszczędzania energii na terenie miasta. Działania tej agencji koncentrują się na poprawie efektywności energetycznej i redukowaniu zużycia energii na wszystkich polach. W 1990 r. agencja Energiereferat rozpoczęła prowadzenie systematycznych badań, szukając obiektów odpowiednich do zainstalowania rozproszonych systemów kogeneracyjnych. Dla potrzeb projektu opracowano metodę oceny wykonalności technicznej i żywotności ekonomicznej. Badania uwzględniały także wpływ kogeneracji, a w niektórych przypadkach trójgeneracji na środowisko. Wykorzystanie kogeneracji dla potrzeb centralnego ogrzewania we Frankfurcie ma długą tradycję. Pierwsza elektrociepłownia powstała w 1926 r. i zaopatrywała w parę kompleks budynków Szpitala Uniwersyteckiego, biura w pobliskim porcie oraz mieszkania w mieście. W latach 1963-1964 rozszerzono zasięg centralnego ogrzewania obejmując nim ogromną nowo zabudowaną przestrzeń w północno-zachodniej części miasta, zaopatrując ją w parę pochodzącą ze spalarni odpadów. Do roku 1994 stopniowo zwiększano produkcję energii przesyłanej do sieci centralnego ogrzewania, tak że całkowita wydajność elektrociepłowni wynosi obecnie 1004 MW. Energie Cités 2003 PODJĘTE DZIAŁANIA W 1990 r. Rada Miasta zadecydowała, że rozproszona kogeneracja powinna stać się głównym elementem programu ochrony klimatu miasta. Zgodnie z uchwałami Rady Miasta agencja Energiereferat rozpoczęła prowadzenie systematycznych badań, szukając obiektów odpowiednich do zainstalowania rozproszonych systemów kogeneracyjnych. Na potrzeby projektu opracowano metodę oceny wykonalności technicznej i żywotności ekonomicznej. Badania uwzględniały także wpływ kogeneracji, a w niektórych przypadkach trójgeneracji na środowisko. Wybrano trzynaście obiektów charakteryzujących się dużym zapotrzebowaniem na ciepło i moc (szpitale, publiczne baseny, biura), które poddano ocenie wykonalności technicznej. Początkowo badania przeprowadzano tylko w obiektach znajdujących się poza obszarem objętym siecią centralnego ogrzewania, aby uniknąć współzawodnictwa między centralnym ogrzewaniem a kogeneracją. W studium tym główny nacisk położono na techniczną żywotność, nie biorąc pod uwagę ani stanu, w jakim znajdował się zainstalowany system grzewczy, ani gotowości zarządcy budynku do inwestowania w nową technologię. W rezultacie w wyniku przeprowadzenia tych badań tylko jeden projekt został zrealizowany. Instalacja w 1994 r. w szpitalu trójgeneracyjnego systemu, który działał przez ponad 8200 godzin rocznie w pierwszym roku funkcjonowania, okazała się dużym sukcesem. W świetle tych badań dokonano wyboru kolejnych obiektów, biorąc pod uwagę, oprócz kryteriów technicznych, aspekty ekonomiczne i emocjonalne. Przeprowadzono także dalsze badania niektórych wniosków, np. dotyczących domów spokojnej starości, schronisk czy warsztatów dla niepełnosprawnych. Do dnia dzisiejszego przygotowano ponad 140 studiów wykonalności dla szpitali, biur, domów spokojnej starości i innych obiektów charakteryzujących się dużym zużyciem ciepła i/lub energii elektrycznej. Oprócz oceny wykonalności technicznej dla nowych lub istniejących już budynków agencja Energiereferat przygotowuje także opracowania dotyczące wykorzystania alternatywnych sposobów dostarczania energii w nowych planach rozwoju miasta. Proces ten nazwano systematycznym planowaniem odkrywczym. W rezultacie tego procesu rozproszona produkcja energii cieplnej i elektrycznej w małych i średnich jednostkach w mieście wzrosła w latach 1990-2002 od 0,1 MWel do 24,0 MWel (biura, szpitale, pływalnie itp.). W sumie uruchomionych zostało 70 elektrociepłowni o potencjale od 5 kWel (przedszkole) do 4000 kWel (bank German Federal). Wyniki badań przeprowadzonych we Frankfurcie wskazują na istnienie potencjału dla przyszłego rozwoju rozproszonych małych i średnich jednostek kogeneracyjnych o mocy przynajmniej 20 do 30 MW. 16 27 number of units 24 installed electrical power 14 cumulatet electrical power 21 12 18 10 15 8 12 6 9 4 6 2 3 0 cumulated electrical power output (MW) yearly installation (MW, number of units) 18 0 1991 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Rys. 1. Rozwój zdecentralizowanej kogeneracji we Frankfurcie nad Menem Energie Cités 2003 Zakłady kogeneracyjne są finansowane i obsługiwane albo przez właściciela budynku albo przez zakontraktowane firmy (np. lokalne zakłady, prywatne przedsiębiorstwa, firmy budowlane). Większość zakładów jest zasilana naturalnym gazem, co pozwala zredukować emisję tlenków węgla i azotu o 50% poniżej wymaganego poziomu. W niektórych zakładach używa się także oleju opałowego. W 1999 r. uruchomiono pierwszy zakład kogeneracyjny (440 kWel) wykorzystujący biogaz z kompostowni. Według nowego prawa niemieckiego (EEG) wysokość opłat za energię elektryczną, uzyskiwaną z energii odnawialnej, została określona na tak satysfakcjonującym poziomie, aby w przyszłości częściej powstawały zakłady kogeneracyjne wykorzystujące energię odnawialną (biogaz lub biopaliwa). Duża różnorodność miejsc, w których powstały zakłady kogeneracyjne, np. szpitale, szkoły, biura, małe systemy centralnego ogrzewania mieszkań, prywatne domy, pływalnie, ogród botaniczny oraz schroniska, dowodzi, że kogeneracja może znaleźć zastosowanie nie tylko w przemyśle. 16 Capacity in kWel 8000 Number of Installations 13 14 7000 6000 10 5000 10 9 4000 3000 2000 3 1000 4 3 4 Number of installtions Capacity 9000 el lin g Ba th m in g im D w te l s os H Sw Bu si ne s ho ol Sc os pi ta l In du st ry H O D th is er tri ct -H ea tin g O ffi ce 0 Rys. 2. Moc zainstalowanych elektrowni i liczba różnorodnie zlokalizowanych instalacji Narzędzia porównawcze Agencja Energiereferat przez ostatnie dziesięć lat wypracowała różnorodne narzędzia służące do technicznej, ekonomicznej i środowiskowej oceny projektów kogeneracyjnych. Należą do nich programy kalkulacyjne, pozwalające wyliczyć krzywą rocznego zapotrzebowania na ciepło w różnych przypadkach, programy umożliwiające oszacowanie liczby godzin pracy zakładu kogeneracyjnego oraz arkusze kalkulacyjne służące do porównań ekonomicznych stworzone w oparciu o wytyczne techniki niemieckiej (VDI 2067). Od 1994 r. agencja zwraca się z prośbą do europejskich dostawców energii o coroczne oszacowanie standardowych cen w celu zgromadzenia aktualnych informacji o cenach dostępnych jednostek kogeneracyjnych. W odpowiedzi na istniejące ogromne zapotrzebowanie, zwłaszcza ze strony doradców ds. planowania i inżynierii, agencja Energiereferat od 1995 r. rozpoczęła publikowanie podsumowania tych badań. W wydaniu z 2001 r. zebrano informacje na temat kosztów inwestycji i eksploatacji oraz cen kapitalnego remontu w ponad 250 jednostkach kogeneracyjnych wykorzystujących różnorodne paliwa (naturalny gaz, olej opałowy, biogaz i biopaliwo). Zestawienie to stanowi integralną część podręcznika inżynierii dla zakładów kogeneracyjnych i zostało także dołączone do programu komputerowego (BHKW-PLAN; ZSW Stuttgart) przeznaczonego do projektowania jednostek kogeneracyjnych i ich oceniania z punktu widzenia ekonomii. We współpracy z miastami Hanover i Frankfurt opracowane zostało również wyjątkowe narzędzie, służące do porównywania kosztów ciepła uzyskiwanego z pojedynczych kotłów gazowych z kosztami ciepła pochodzącego z centralnego ogrzewania wykorzystującego kogenerację. Narzędzie ma przede wszystkim służyć pomocą planistom zajmującym się rozwojem obszarów miejskich w sprawdzaniu alternatywnych sposobów dostarczania energii na nowo rozwijających się terenach. Wymienione powyżej narzędzia pozwalają szybko, według standardów i w sposób możliwy do porównania przygotować studia wykonalności technicznej wybranych inwestycji. Doświadczenie praktyczne Od roku 1998 użytkownicy i obsługa jednostek kogeneracyjnych są regularnie zapraszani do udziału w dyskusji przy okrągłym stole na temat problemów związanych z działaniem, konserwacją i wydajnością. Na spotkaniu, które odbyło się w 2002 r., analizowano dane z 44 obiektów o łącznej liczbie 59 silników i o mocy produkcyjnej 9700 kW. Energie Cités 2003 6.196 Office (3) 4.715 Business (1) 6.700 Industry (1) 7.125 Hospital (2) 5.970 District heating (6) School (9) 5.372 Swimming bath (2) 6.939 Others (7) 5.135 Hostel (9) 5.825 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Rys. 3. Godziny pracy różnych zakładów kogeneracyjnych (2001) Liczba godzin pracy waha się od 800 do 8715 godzin rocznie, a przeciętna dostępność przekraczała 95%. Aktualne koszty eksploatacji wynoszą od 0,35 centów/kWh (wytwarzana moc 1000 kW) do 3,15 centów/kWh (wytwarzana moc: poniżej 30 kW). Techniki innowacyjne Energiereferat oprócz promowania instalacji standardowych obiektów do kogeneracji motorowej stara się wspólnie z lokalnymi zakładami oraz innymi współpracującymi partnerami demonstrować i testować innowacyjne i zmodernizowane systemy kogeneracyjne. Pierwszym z takich projektów był projekt demonstracyjny dotyczący niewielkiego systemu kogeneracyjnego dla Senertech-Dachs, o mocy 5,5 kW, sfinansowany przez władze Hesji wspólnie z regionalną agencją ds. energii oraz lokalnymi zakładami. Projekt okazał się wielkim sukcesem, a w jego wyniku powstało w początkach 1994 roku 15 obiektów (z czego 5 w samym Frankfurcie). Do dzisiejszego dnia niektóre z tych motorów przepracowały bez większej awarii ponad 50 tys. godzin. W roku 1998 zainstalowano system do kogeneracji, bazujący na ogniwach paliwowych (ONSI PC25; 200 kWel). Urządzenie zapewnia energię cieplną i elektryczną dla miejskiego basenu. Projet ten został zrealizowany przez lokalny zakład (MAINOVA AG) przy współfinansowaniu ze środków funduszu oszczędności energii uformowanego przez zakład macierzysty (E.ON). Ocena projektu została przeprowadzona przez zakład inżynierii Uniwersytetu we Frankfurcie. Zakłady MAINOVA AG zapoczątkowały także projekt pilotażowy z wykorzystaniem silnika Stirlinga o mocy 10 kWel. Umiejscowiony w hotelu system kogeneracyjny o mocy 50 kW został wzbogacony o dodatkowy wymiennik ciepła, by możliwe było wykorzystanie na terenie budynku do celów wstępnego podgrzewania ciepłej wody użytkowej ubocznego efektu w postaci ciepła wydzielanych gazów spalinopwych (wymiennik kondensacyjny). Instalacja ta okazała się niezwykle skuteczna, podnosząc całkowitą efektywność wykorzystania energii do ponad 95%. Prototypowe urządzenie absorbujące ciepło ze źródła o wysokiej temperaturze – gazów wydechowych – zostało dodane do systemu kogeneracyjnego w ogrodzie botanicznym. Funkcjonowanie urządzenia zostało przetestowane w rzeczywistych warunkach pracy. Podczas gdy dla standardowego wymiennika kondensacyjnego temperatura wejściowa jest ograniczona do 50°C, wspomniana konstrukcja umożliwia stosowanie temperatur do 90°C. Koszt tego dodatkowego urządzenia zwróci się w okresie krótszym niż cztery lata. Po uzyskaniu dla tej innowacyjnej techniki pozytywnych wyników testów, w Kolonii i Frankfurcie planuje się zainstalowanie kolejnych dwóch takich jednostek. W lipcu 2002 r. w obrębie miejskiego basenu krytego została zainstalowana mikroturbina gazowa dostarczająca energię cieplną i elektryczną, o mocy elektrycznej 100 kW. Energie Cités 2003 ZDOBYTA WIEDZA Doświadczenie Frankfurtu prezentuje, jak niewielkie obiekty kogeneracyjne wspierają lokalne społeczności w redukcji emisji CO2 i zwiększaniu efektywności wykorzystania energii. 70 takich systemów, działających w obrębie Frankfurtu, zmniejsza poziom emisji o ponad 68 tys. ton rocznie. Pokaźna liczba zrealizowanych projektów dotyczących kogeneracji oraz długa lista lokalizacji sprzyjających kogeneracji wydatnie ukazuje, iż wciąż istnieje znaczny potencjał do wykorzystania tej formy generacji ciepła i energii elektrycznej, a szczególnie do wytwarzania energii elektrycznej w miejscu wykorzystania, tak by stało się to integralnym elementem dostaw energii we Frankfurcie i w Europie. Doświadczenie Frankfurtu może być przekazane i wdrożone w innych ośrodkach Europy. Potencjał zawarty w małych obiektach kogeneracyjnych, wraz z towarzyszącym im 30-procentowym zredukowaniem podstawowego popytu na energię, jest bardzo znaczący i może wnieść istotny wkład w zmniejszenie poziomu emisji CO2 – relatywnie szybko, nawet nawet w sytuacji zliberalizowanych warunków rynkowych. Głównym czynnikiem wpływającym na sukces szeroko zakrojonej promocji takich rozwiązań jest zaangażowanie niezależnych konsultantów lokalnych w akcję promowania oraz systematycznego wyszukiwania lokalizacji odpowiednich dla niewielkich jednostek kogeneracyjnych. Decyzja władz Frankfurtu o subsydiowaniu energii z opisywanych źródeł w kwocie 7 centów/kWh tworzyła dobre warunki rozwoju dla małych i średnich obiektów kogeneracyjnych. Jednak ta forma wsparcia została wstrzymana w roku 2000 w wyniku liberalizacji rynku. WNIOSKI DLA POLITYKÓW Zliberalizowany rynek energii elektrycznej wpłynął na pogorszenie warunków funkcjonowania ciepłowni kogeneracyjnych. Wynika to z niższych cen energii elektrycznej i obniżenia dopłat w ramach taryf. Jednak wszyscy twórcy polityki na poziomie poszczególnych państw i Europy wyrażają wolę promowania ciepłowni kogeneracyjnych jako środka do uzyskania redukcji poziomu emisji gazów cieplarnianych. Dlatego też konieczne jest rozwinięcie mechanizmów na wszyskich poziomach – od państwowego do europejskiego – w celu poprawy ekonomicznych warunków stosowania tego jednego z najbardziej skutecznych sposobów redukcji CO2. Wprowadzona w roku 2002 nowa niemiecka regulacja prawna, dotycząca ciepłowni kogeneracyjnych, ustanawiająca model „bonusowy”, stanowi jedynie niewielki zachęcający impuls skierowany w stronę środowisk przemysłowych. Model ten funkcjonuje jedynie w przypadku energii elektrycznej pochodzącej z kogeneracji, wprowadzonej do sieci energetycznej. Wciąż jednak istnieją przeszkody na drodze wykorzystania energii elektrycznej z kogeneracji – np. zakłady energetyczne nie dopuszczają sprzedaży takiej energii bezpośrednio mieszkańcom. Komisja Europejska ustanowiła dyrektywę wstępną dla promowania energii elektrycznej z kogeneracji, jednak dyrektywa ta nie określa ani celów, ani zaleceń dla struktur europejskich lub narodowych, które pomogłyby wykorzystać ogromny potencjał ciepłowni kogeneracyjnych. Istnieją dwie możliwe struktury wspierające kogenerację energii: • system certyfikacyjny w połączeniu z wymaganiem rosnącego (określonego na poziomie państwowym) udziału energii elektrycznej z kogeneracji w łącznej ofercie każdego dostawcy (i oczywiście skuteczne formy kar w przypadku niespełnienia wymagań), • ustalona dopłata do opłat (niezależna od standardowych przychodów jednostki) uzależniona od rozmiaru obiektu – podobna do tej, jaka funkcjonuje w rozwiązaniach prawnych Niemiec i Austrii w zastosowaniu do energii ze źródeł odnawialnych. Takie rozwiązanie zostało ostanio zaproponowane przez niemieckie stowarzyszenie ciepłowni kogeneracyjnych (BKWK). Energie Cités 2003 DODATKOWE INFORMACJE Miasto Frankfurt nad Menem Energiereferat – Municipal Energy Agency Dr. Werner NEUMANN Galvanistraße 28 DE-60486 Frankfurt am Main E-mail: [email protected] Opracowanie zostało przygotowane przez Graz Energy Agency jako część Zadania 9 w ramach International Energy Agency DSM Implementing Agreement, Municipalities and Energy Efficiency in a Liberalised System, dzięki współpracy z agencją Energiereferat we Frankfurcie nad Menem. Tłumaczenie przy wsparciu Francuskiego Ministerstwa Spraw Zagranicznych. Energie Cités 2003