Węgiel to przeszłość. Oto nowoczesne technologie, które go zastąpią

W naszej serii publikacji „Czas na zielone ciepło” krok po kroku przeanalizowaliśmy sytuację polskiej branży ciepłowniczej. Opisaliśmy wyzwania, przed którymi stoi, a największe z nich to dekarbonizacja i wypełnienie wymogów unijnego pakietu klimatycznego „Fit for 55”.

W przedostatniej odsłonie naszego cyklu zerkniemy w przyszłość. Zastanowimy się, które nowoczesne technologie zdominują te obecne i pozwolą zrezygnować ze spalania węgla.  

Czym zastąpić „czarne złoto”?

Polskie Towarzystwo Energetyki Cieplnej (PTEC) w raporcie „Wpływ regulacji UE na transformację sektora ciepłownictwa systemowego w Polsce” wskazuje na technologie przyszłości.

To biomasa, źródła geotermalne, wielkoskalowe pompy ciepła, kotły elektrodowe zasilane energią elektryczną z OZE. A w przyszłości również zielony wodór lub biometan, ciepło odpadowe i magazyny ciepła. W grę wchodzą nawet mikroreaktory jądrowe. Wykorzystanie energii atomowej do produkcji ciepła mogłoby stanowić stabilne źródło energii, niezależne od warunków pogodowych.

– Dekarbonizacja to nie tylko konieczność, ale także ogromna szansa na rozwój nowoczesnych technologii w ciepłownictwie. Czołowe przedsiębiorstwa sektora już dziś realizują ambitne programy inwestycyjne. Celem jest jak najszybsze zastąpienie węgla źródłami zero- i niskoemisyjnymi. Chodzi o biomasę, wysokosprawną kogenerację opalaną m.in. gazem ziemnym oraz technologie Power to Heat współpracujące z magazynami ciepła. Te ostatnie są jednocześnie kluczowe dla efektywnego zarządzania nadwyżkami energii z OZE. Transformacja ciepłownictwa wymaga synergii między różnymi źródłami energii, a także rozwoju infrastruktury magazynowania energii – podkreśla Andrzej Pacuk, wiceprezes zarządu Polskiego Towarzystwa Energetyki Cieplnej.

Przeczytaj: Ekologicznie, ale tanio. Co zrobić, żeby ceny ogrzewania nie uderzyły po kieszeni

Power to Heat. Żeby nie marnować energii

Według opisanego w raporcie „Scenariusza wyzwań” w miksie paliwowym stopniowo będzie wzrastał udział źródeł Power to Heat (P2H).

P2H to technologia umożliwiająca przekształcanie energii elektrycznej w ciepło. W tym również energii pochodzącej z odnawialnych źródeł energii (OZE). Ciepło to może być również magazynowane i wykorzystywane w systemach ciepłowniczych.

Nadwyżki energii elektrycznej występują często w systemach opartych na OZE, takich jak elektrownie wiatrowe czy fotowoltaiczne. Ich produkcja jest zależna od warunków pogodowych. W sytuacji, gdy produkcja energii przewyższa zapotrzebowanie, możliwe jest wykorzystanie jej do zasilania urządzeń P2H, takich jak pompy ciepła czy elektryczne kotły grzewcze. Energia ta jest konwertowana na ciepło. A to może być bezpośrednio wykorzystane lub zmagazynowane w akumulatorach ciepła, takich jak zbiorniki gorącej wody.

Pompy ciepła, kotły elektrodowe i gazy zdekarbonizowane

Duże znaczenie będzie miało też zastosowanie pomp ciepła i kotłów elektrodowych wraz z magazynami ciepła, które zapewnią właściwą optymalizację ich pracy. ­ Udział biomasy również będzie wzrastał. Powód? Stopniowe zwiększanie udziału OZE w wymaganiach regulacji pakietu „Fit for 55”.

Alternatywnym rozwiązaniem dla obniżenia wolumenu spalanej biomasy na cele ciepłownictwa jest zastosowanie w przyszłości w obecnych instalacjach gazowych gazów zdekarbonizowanych. Tp pozwoli na wypełnienie wymogów regulacyjnych z wykorzystaniem już posiadanych aktywów.

Przeczytaj: W stronę czystego ciepła. Sektor ciepłowniczy wkracza na ścieżkę dekarbonizacji

Paliwa przyszłości

W przyszłości jednostki kogeneracji będą mogły być zasilane również zielonym wodorem lub biometanem. To jednak wymaga to jeszcze rozwinięcia rynku tych paliw w celu zapewnienia ich faktycznej podaży oraz odpowiedniej infrastruktury przesyłowej i dystrybucyjnej.

– Biomasa i gaz ziemny będą spełniać istotną funkcję jako paliwo przejściowe pozwalające sprostać wymogom pakietu „Fit for 55” i całej unijnej polityki klimatyczno-energetycznej. W dalszej perspektywie ważną rolę odgrywać będzie wykorzystanie gazów zdekarbonizowanych w ciepłownictwie, wykorzystujących funkcjonującą infrastrukturę wytwórczą przy konieczności jedynie jej niskokosztowej modernizacji. Rynek zielonych gazów dopiero się rozwija – ważne, aby ten proces przyspieszył. Kluczowe byłoby stworzenie polskiej strategii biometanowej, na wzór tej dedykowanej dla wodoru. Bez znaczącego zwiększenia wykorzystania gazów zdekarbonizowanych w systemach ciepłowniczych trudno będzie systemom ciepłowniczym po 2040 r. spełnić kryterium efektywnego systemu ciepłowniczego – wskazuje Andrzej Gajewski, członek zarządu PTEC. 

Wykorzystanie ciepła odpadowego podobnie może stanowić jeden ze sposobów na transformację sektora. Przemysł generuje ogromne ilości ciepła odpadowego, które do tej pory często pozostawało niewykorzystane. Modernizacja systemów ciepłowniczych poprzez integrację technologii odzysku ciepła pozwala na wykorzystanie tego potencjału. Systemy rekuperacji ciepła, instalowane w obiektach przemysłowych i miejskich, umożliwiają efektywne odzyskiwanie energii, która następnie może zostać przekierowana do sieci ciepłowniczych. Trzeba jednak pamiętać, że jego dostępność jest zróżnicowana w zależności od lokalizacji.

– Ważną technologią w procesie transformacji, którą warto będzie dalej rozwijać, jest technologia magazynów ciepła, która przynosi wymierne korzyści, w tym wpływa na poprawę elastyczności pracy jednostek wytwórczych – sumują autorzy raportu PTEC.

Według ekspertów kogeneracja gazowa odegra rolę przejściową do 2044 r. Aktywa węglowe mają być wygaszone do roku 2030.

Artykuł powstał na zlecenie PTEC

Główne wnioski

1. Dekarbonizacja ciepłownictwa to nie tylko konieczność, ale szansa na rozwój. Przejście na źródła zero- i niskoemisyjne, takie jak biomasa, kogeneracja gazowa, Power to Heat i magazyny ciepła, pozwolą uniezależnić się od węgla i spełnić wymogi unijne.
2. Nowoczesne technologie stanowią klucz do transformacji sektora. Przyszłość ciepłownictwa to rozwój geotermii, pomp ciepła, kotłów elektrodowych oraz wdrażanie zielonych gazów, takich jak biometan i wodór, które mogą zastąpić paliwa kopalne.
3. Synergia różnych źródeł energii i magazynowanie ciepła są niezbędne. Aby efektywnie zarządzać nadwyżkami energii z OZE i zapewnić stabilność dostaw, kluczowe będzie wykorzystanie magazynów ciepła oraz integracja technologii odzysku ciepła odpadowego.

Partner serii Czas na Zielone Ciepło

Czytaj więcej artykułów z serii