Demonstrator Technologii
Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, inicjując projekt "Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym", wyznaczyło za cel wprowadzenie istotnych zmian w polskim sektorze energetycznym. Inicjatywa ta miała na celu przekształcenie tradycyjnych systemów opartych na paliwach kopalnych w nowoczesne, efektywne energetycznie i ekonomicznie rozwiązania, które dostarczają lokalnie wytwarzaną energię elektryczną, ciepło oraz ciepłą wodę użytkową, w co najmniej 80% bazując na odnawialnych źródłach energii. W ramach projektu opracowano dziesięć koncepcji budowy elektrociepłowni, z których najlepsza – stworzona przez konsorcjum, którego liderem jest spółka ECN – została wdrożona jako pełnoskalowy demonstrator technologii w Sokołowie Podlaskim.
Technologia Elektrociepłowni, zgodnie z założeniami przedsięwzięcia jest aktywnym elementem lokalnego systemu elektroenergetycznego, stabilizując pracę jednostek, które produkują energię z odnawialnych źródeł i borykają się z dobowym oraz sezonowym niedopasowaniem podaży i popytu. Dzięki zastosowaniu właściwej konfiguracji współpracy urządzeń Demonstratora Technologii osiągnięto udział OZE na poziomie 97% rocznie oraz niską wartość jednostkowej emisji CO2 na poziomie ok. 10 g/kWh odniesioną do wytworzonego ciepła i energii elektrycznej. Wartość ta jest około 40 razy mniejsza niż średnia w ciepłownictwie polskim.
Rys. 1 Demonstrator Technologii Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym (stacja wytwarzania ciepła)
Wybudowana Elektrociepłownia jest pełnoskalową instalacją demonstracyjną technologii wykorzystujących lokalnie dostępne, odnawialne źródła energii. Instalacja składa się biogazowni rolniczej o mocy wytwarzania 3,7 MW, stacji uzdatniania, uszlachetniania biogazu z kompresorem oraz zintegrowanego systemu wytwarzania ciepła składającego się z modułu kogeneracyjnego zasilanego biometanem o mocy 0,96 MWe i 1,037 MWt z zamontowanym ekonomizerem kondensującym, połączonych z układem wysokotemperaturowych pomp ciepła typu woda-woda o mocy 0,168 MWt współpracujących z magazynem ciepła o pojemności 40 m3 oraz pomp ciepła typu powietrze-woda o mocy 0,176 MWt. Dodatkowo szczytowo wykorzystywany jest kocioł zasilany biometanem o mocy 3MWt.
Rys 2. Komponenty technologiczne zastosowane w Elektrociepłowni
Demonstrator technologii został zlokalizowany w miejscowości Sokołów Podlaski. System dostarcza ciepło do 123 budynków o łącznej powierzchni ogrzewania wynoszącej ponad 91 tyś m2 i pokrywa około 40% potrzeb miejskiego systemu ciepłowniczego.
Rys. 3 Lokalizacja systemu demonstracyjnego Sokołów Podlaski
W opracowanej technologii Elektrociepłowni wykorzystano biogaz z biogazowni rolniczej zlokalizowanej w Grochowie Szlacheckim. Wytwarzany biogaz jest uzdatniany do biometanu, a następnie przesyłany do elektrociepłowni, gdzie wykorzystywany jest w silnikach kogeneracyjnych do produkcji ciepła i energii elektrycznej. Urządzenia kogeneracyjne współpracują z trzema wysokotemperaturowymi pompami ciepła typu powietrze/woda oraz wysokotemperaturowej pompy ciepła typu woda/woda wykorzystującej ciepło odpadowe z obiegu chłodzenia systemu sprężania mieszanki silnika zespołu kogeneracyjnego oraz ekonomizerów kondensujących zabudowanych na wylocie spalin zespołu kogeneracyjnego.
Rys. 4 Schemat Pracy Demonstratora Technologii
Dzięki optymalnemu połączeniu technologii wytwórczych, możliwe było uzyskanie miksu wytwarzanej energii z blisko 100% udziałem OZE, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej sprawności wytwarzania, magazynowania, przetwarzania i transportu energii. Opracowany demonstrator stwarza możliwości nie tylko całkowitego uniezależnienie od paliw kopalnych, ale również od dostaw energii elektrycznej z krajowego systemu elektroenergetycznego. Różne możliwości konfiguracji pracy poszczególnych komponentów pozwalają na wysoką niezawodność techniczną dostawy ciepła do odbiorców. Przykładowo w okresie lata 100 % ciepła dla odbiorców można wytworzyć alternatywne z modułu kogeneracyjnego lub tylko pomp ciepła lub tylko kotła gazowego. Podobnie w okresie zimowym niezbędną ilość ciepła można wytworzyć łącznie z modułu kogeneracyjnego i pomp ciepła typu powietrze/woda lub alternatywnie ze szczytowego kotła gazowego i pomp ciepła typu powietrze/woda lub z modułu kogeneracyjnego i szczytowego kotła gazowego. Należy także nadmienić, że opracowany system demonstratora w połączniu z wysoką skutecznością oczyszczaniem biogazu podczas jego uszlachetnia do postaci biometanu nie generuje emisji pyłów i szkodliwych substancji aromatycznych w ramach tzw. niskiej emisji, mających bezpośredni wpływ na powstawanie i szkodliwość smogu.
Rys. 5 Biogazownia rolnicza oraz budynek stacji uzdatniania biogazu do biometanu w Grochowie Szlacheckim
Budowę Demonstratora Technologii przedsięwzięcia „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym” rozpoczęto w maju 2022 roku a zakończono w listopadzie 2023 roku. Co oznacza, że instalacja została zbudowana w 19 miesięcy.
Rys. 6 Powietrzne pompy ciepła
