Energetyka rozproszona, zwana także generacją rozproszoną to termin coraz częściej goszczący na ustach osób mających do czynienia z zagadnieniami energetycznymi w wymiarze eksperckim, strategicznym, czy też politycznym.
Wzrost znaczenia generacji rozproszonej w skali całej Unii Europejskiej ma aktualnie bardzo podatny grunt z racji silnego stymulowania rozwoju odnawialnych źródeł energii, które mają zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych i ograniczać jednostkowe emisje zanieczyszczeń. Generacja rozproszona wpływa na poprawę sprawności pozyskiwania użytecznych rodzajów energii. Jest promowana również, jako sposób ochrony konsumentów poprzez wzrost konkurencyjności rynku wytwarzania i dystrybucji energii oraz stwarzanie warunków do rozwoju lokalnych rynków energii. Energetyka rozproszona pomaga w lepszym zbilansowaniu energetycznym regionów i wreszcie jest jedną z metod zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego państwa poprzez ograniczanie zasięgu oddziaływania awarii zcentralizowanego systemu energetycznego (blackout) czy też zmniejszenie uzależnienia od zewnętrznych źródeł energii.
Powrót do generacji rozproszonych
Generacja rozproszona to system elektroenergetyczny oparty o wytwarzanie energii elektrycznej i/lub ciepła (zimna) w instalacjach o mocy wytwórczej do 150 MW. Zaspokaja ona potrzeby samego producenta, ewentualnie wiąże się z przekazywaniem nadwyżki do lokalnych odbiorców bezpośrednio lub z podłączeniem do rozdzielczej sieci energetycznej. Energetyka rozproszona tak naprawdę jest znana od zarania energetyki, bo właśnie w takim systemie wytwarzano i wykorzystywano od zawsze najpierw ciepło a potem energię elektryczną. Dzięki Thomasowi Edisonowi, który w 1882 roku w Nowym Yorku uruchomił pierwszą miejską sieć elektryczną mogła zacząć rozwijać się elektroenergetyka zcentralizowana. Budowanie coraz większych i sprawniejszych elektrowni ulokowanych w pobliżu złóż węgla dawało efekt ekonomii skali i wpływało na obniżenie jednostkowego kosztu energii dla odbiorców.
Jednak po stuletnim panowaniu energetyki zcentralizowanej jesteśmy aktualnie świadkami zataczania przez historię koła i obserwujemy trendy powrotu do generacji rozproszonej. Dobitnym tego przykładem może być charakterystyka niemieckiego rynku wytwarzania energii elektrycznej, gdzie ze źródeł rozproszonych aktualnie pochodzi około 24%, a za cel na 2050 rok postawiono 80- cio procentowy udział źródeł rozproszonych.
Doradcy strategiczni w zakresie energe
tyki krajowej i unijnej widzą w generacji rozproszonej redukcję przepływów w Krajowym Systemie Energetycznym (KSE) co zmniejsza ograniczenia sieciowe, zwiększa możliwości przesyłowe połączeń́ transgranicznych. Energetyka rozproszona to poprawa pewności zasilania, uniknięcie nadmiernej mocy zainstalowanej i zmniejszenie obciążenia szczytowego. Pozwala również̇ uniknąć́ problemów z wprowadzeniem energii elektrycznej do sieci operatorów przesyłowych i dystrybucyjnych, co wpływa na redukcję związanych z tym kosztów. Przemysłowa generacja rozproszona odciąża energetykę̨ systemową także w zakresie koniecznych inwestycji dla zapewnienia wymaganej podaży inwestując w źródła energii środki własne, bądź́ przez nie pozyskane. W efekcie następuje zwiększenie mocy wytwórczych zainstalowanych w KSE, nie wywołuje w tym zakresie wzrostu cen energii elektrycznej.
Znaczenie paliw alternatywnych
Energetyka rozproszona może wykorzystywać konwencjonalne nośniki energii pierwotnej jak węgiel, gaz ziemny, ropa, choć przede wszystkim oczywiście kojarzy się ona z odnawialnymi źródłami energii. Coraz większej wagi dla rozwoju generacji rozproszonej nabierają paliwa alternatywne, czyli uzyskane w procesie odzysku odpadów posiadających wartość opałową.
Zgodnie z obowiązującymi przepisami każde przedsiębiorstwo, którego specyfika działania może wiązać się z powstawaniem odpadów, powinno w pierwszym rzędzie zapobiegać́ powstawaniu odpadów. Jeśli nie jest to możliwe przedsiębiorstwo powinno dążyć do zapewnienia zgodnego z zasadami ochrony środowiska odzysku surowców z powstałych odpadów. Najczęściej jednak, firmy decydują się na powierzanie odpowiedzialności za unieszkodliwianie ich odpadów wyspecjalizowanym, uprawnionym podmiotom. Droga ta jest oczywiście dopuszczalna pomimo ustawowemu obowiązkowi poddawania odzyskowi lub unieszkodliwiania odpadów w pierwszej kolejności w miejscu ich powstawania.
W związku z tymi przepisami oraz w związku z coraz bardziej restrykcyjnymi normami nakazującymi konieczność ograniczania składowania odpadów, których unieszkodliwienie lub z których odzysk surowców nie jest możliwy, droga ta staje się coraz bardziej kosztowna dla wytwórcy odpadu. Określone dyrektywą unijną docelowe kwoty dla składowisk odpadów zmuszają do przechodzenia na bardziej zrównoważone metody zarządzania odpadami – recykling i przetwarzanie odpadów na energię. W zakresie gospodarki odpadami prym wiodą Niemcy, Holandia, Belgia i Szwecja, które wysyłają na składowiska tylko około 1% odpadów i jednocześnie poddają recyklingowi i przetwarzaniu ponad 50%.
Ogólnie 15 krajów UE wprowadziło szczególne zakazy i sankcje dotyczące wysypisk śmieci. Nie jest tajemnicą, że polskie przepisy regulujące gospodarowanie odpadami nadal muszą zostać dopasowane do wymogów unijnych i jest tylko kwestią czasu, kiedy to nastąpi.
Artykuł 3 ramowej dyrektywy o odpadach definiuje odzysk jako „proces, którego głównym wynikiem jest to, aby odpady służyły użytecznemu zastosowaniu, poprzez zastąpienie innych materiałów, które w przeciwnym wypadku zostałyby użyte do spełnienia danej funkcji, lub w wyniku którego odpady są przygotowywane do spełnienia takiej funkcji w danym zakładzie lub w szerszej gospodarce”. Dyrektywa ta załączniku II jednocześnie wskazuje, że odpadów należy używać głównie, jako paliwa (lub innego środka generowania energii). Pozyskiwanie energii w drodze przetwarzania odpadów to jeden z kamieni węgielnych każdego efektywnego systemu zarządzania odpadami oraz sposób na zabezpieczenie dostaw energii na przyszłość. Odpady są przetwarzane w przyjazną energię z korzyścią dla ludzi i środowiska.
Energia z własnych odpadów
Podjęcie decyzji o samodzielnym odzyskiwaniu energii z własnych odpadów nie jest oczywiście proste. W procesie decyzyjnym należy uwzględnić uzyskanie szeregu zezwoleń (poza standardowymi: opinią środowiskową, pozwoleniem na budowę i pozwoleniem na eksploatację trzeba min. uwzględnić zezwolenie na odzysk odpadów, koncesję o ile nadwyżka wyprodukowanej energii miałaby być odsprzedawana, zgłoszenie akcyzowe, o ile moc zainstalowana przekroczy 1 MW). Ważnym aspektem jest analiza podaży odpadów pod kątem ich rodzaju, ilości i ciągłości. Należy poddać weryfikacji skalę ewentualnej produkcji energii i ciepła (zimna) w kontekście własnego zapotrzebowania, możliwości magazynowania lub odsprzedania w bezpośrednim sąsiedztwie bez udziału sieci dystrybucyjnych, czy też w końcu odsprzedawania do lokalnie działających dystrybutorów.
Najważniejszym czynnikiem podjęcia decyzji o zainwestowaniu we własne źródło energii dla każdego przedsiębiorstwa będzie oczywiście rachunek ekonomiczny. Należy pamiętać, że sprawność produkcji energii wiąże się wprost proporcjonalnie ze skalą wytwarzania, co stawia generację rozproszoną na gorszej pozycji. Z drugiej jednak strony należy uwzględnić, że przemysłowa generacja rozproszona oparta jest najczęściej o technologie kogeneracyjne, co niezaprzeczalnie podnosi jej efektywność ekonomiczną. Dodatkowo umożliwia ona produkcję energii (elektrycznej i cieplnej) w miejscu jej znacznego zużycia, co eliminuje kosztotwórcze straty przesyłowe i dystrybucyjne. Istotne dla sektora WTE (waste to energy) są również dyrektywa o odnawialnych źródłach energii, która narzuca interpretację, iż odpady biodegradowalne stanowią źródło energii odnawialnej, a także dyrektywa o kogeneracji, która promuje lokalne ogrzewanie/chłodzenie.
W konsekwencji zakład przetwarzający własne odpady może ubiegać się o wydanie certyfikatów (zielonych, żółtych, czerwonych lub fioletowych w zależności od źródła energii, skali wytwarzania i wykorzystywanej technologii). Odsprzedaż certyfikatów może być dodatkowym czynnikiem zwiększającym efektywność ekonomiczną zagospodarowania własnych odpadów na energię. Niestety jednak zmieniające się prawo i chwiejny rynek certyfikatów utrudnia w sposób jednoznaczny uwzględnienie tego czynnika w analizach przed podjęciem decyzji o inwestycji.
Aspekty generacji rozproszonej
Instalacja energetycznego przetwarzania odpadów może oferować kilka produktów: energię elektryczną, ogrzewanie lub chłodzenie, parę technologiczną dla instalacji przemysłowych a nawet odsoloną wodę morską. W ten sposób odpady, których nie sposób poddać ponownemu przetworzeniu w sposób opłacalny i przyjazny dla środowiska stają się wartościowym, lokalnym źródłem energii.
Co do zasady odpady można poddawać przekształceniu termicznemu albo w procesach biologicznych. Metody termiczne to wszystkie procesy wysokotemperaturowe poczynając od spalania, ale uwzględniając również te procesy, które są dużo przyjaźniejsze dla środowiska i bezpośredniego otoczenia: piroliza, odgazowanie, metody plazmowe. Z ustawowego punku widzenia mówimy wtedy najczęściej o odzysku energii z odpadów. Procesy biologiczne polegają natomiast na przetwarzaniu odpadów z wykorzystaniem procesów biochemicznych, których celem jest produkcja tzw. biogazu, który oczywiście zostaje wykorzystywany energetycznie. Te procesy z ustawowego punktu widzenia zaliczyć należy do recyklingu organicznego obejmującego obróbkę tlenową, w tym kompostowanie lub obróbkę beztlenową odpadów, które ulegają rozkładowi biologicznemu w kontrolowanych warunkach przy wykorzystaniu mikroorganizmów, w wyniku której powstaje materia organiczna lub metan czyli biogaz.
Przedsiębiorstwa zainteresowane utworzeniem własnej stacji odzysku energii z produktów ubocznych, odpadów (o ile przepisy pozwalają na termiczne wykorzystanie danego odpadu) lub stacji recyklingu odpadów do energii mogą skorzystać z szerokiej oferty urządzeń specyficznie dostosowanych do oczekiwań z punktu widzenia rodzaju i ilości wsadu, mocy zainstalowanej i oczekiwanych produktów. Reaktory termolityczne i pirolityczne mogą zapewnić bezemisyjne termiczne zgazowanie wsadu. Kontenerowe zasobniki do generowania biogazu pozwalają na elastyczne operowanie biogazowni o małej skali i zmiennej podaży wsadu. Małe i średnie układy wytwórcze energii elektrycznej i ciepła/chłodu, mogą mieć niski wpływ na środowisko i wysoką sprawność. Zaliczyć tu można mikroturbiny gazowe (o mocy 100 – 2000 kW), silniki ze spalaniem wewnętrznym (5-5000 kW), mikroturbiny parowe (2000-5000 kW), silniki Stirlinga (1-150 kW), siłownia z cyklem Rankine’a (400-2000 kW) czy też układy skojarzone wykorzystujące turbiny gazowe, silniki tłokowe, silniki Stirlinga i ogniwa paliwowe.
Doskonałym przykładem zastosowania tego rodzaju rozwiązania jest instalacja do termicznego rozkładu w celu odzysku materiałowego (z pozyskaniem paliw alternatywnych) różnego typu odpadów organicznych (patrz ramka). W odróżnieniu od spalania procesy pirolityczne (a dla temperatury poniżej 500°C termolityczne) przebiegają bez znaczącego dostępu tlenu i nie emitują substancji w postaci spalin do atmosfery. Procesy te przebiegają pod umiarkowanym ciśnieniem do 0,2 MPa i nie wymagają zastosowania katalizatorów. Do zalet pirolizy, w tym termolizy, w porównaniu do spalania należy wymienić mniejszą objętość powstających spalin ze spalenia gazu pirolitycznego niż przy termicznym przekształcaniu w piecu/kotle rusztowym/fluidalnym oraz brak formowania dioksyn i furanów.
W wyniku procesu materiał (np. zużyte opony) poddany termolizie rozkłada się na proste związki organiczne – frakcję olejową, gazową oraz stałą pozostałość (w przypadku opon jest to drut stalowy – złom) oraz sadzę / popioły lotne (tzw. karbonizat). W wyniku zachodzącego procesu rozkładu termicznego wytwarzane są opary o charakterze olejowo-gazowym, które po wyjściu z reaktora przepuszczane są przez odpowiednie kolumny rektyfikacyjne. W wyniku tego procesu uzyskuje się olej i gaz poprocesowy. W ten sposób otrzymane paliwa zaliczają się do grupy paliw alternatywnych, a w przypadku wykorzystania jako wsadu produktów ubocznych pochodzenia organicznego (produkty odpadowe z rolnictwa, leśnictwa, przemysłu drzewnego i spożywczego oraz odpady komunalne i osady ściekowe) mogą zostać zaliczone do biopaliw. Paliwa te mogą oczywiście zostać wykorzystane na potrzeby firmy lub odsprzedane.
Z czego możemy otrzymać paliwa?
- elastomery – różnorodne odpady gumowe i zużyte produkty użytkowe w tym szczególnie opony,
- polimery – różnorodne odpady z tworzyw sztucznych oraz wykonane z nich zużyte produkty użytkowe, kompozyty polimerowe itp.,
- zużyty olej i inne odpady ropopochodne (szlamy, łupki, filtry, oleju, czyściwa zanieczyszczone olejami i smarami i innymi ropopochodnymi, opakowania z tworzyw sztucznych, zanieczyszczone substancjami ropopochodnymi itp.),
- inne odpady organiczne m.in. zmieszane odpady poprzemysłowe takie jak. polimery/elastomery/celuloza/metal itp. (np. opakowania po produktach spożywczych i chemicznych z gospodarstw domowych, opakowania wielomateriałowe i wielowarstwowe, opakowania typu TetraPak, odpady pogarbarniane i poeksploatacyjne itp.)
- biomasa, odpady drzewne i poużytkowe, drewno i materiały drewnopodobne, sklejki, również wyroby wielowarstwowe, połączone np. z polimerami,
- odpady poszpitalne w tym materiały niebezpieczne np. z możliwym występowaniem skażenia w odpadach wielomateriałowych (tkaniny – fartuchy, pościel itd., rękawice, strzykawki, igły, pojemniki wykonane z dowolnych polimerów, które obecnie zbierane są w szczelnych pojemnikach (wiaderka z pokrywą) itp.
- odpady z elektroniki i przemysłu elektrycznego, w tym sprzęt AGD/IT oraz z pojazdów wycofanych z eksploatacji