Osiągnięcie przez całą Unię Europejską neutralności klimatycznej to ogromne przedsięwzięcie i wydatek, który według założeń „Polityki energetycznej Polski do 2040 r.” (PEP2040) ma kosztować nasz kraj co najmniej 1,6 bln zł. Powyższy dokument to jedna z dziewięciu strategii zintegrowanych, wynikających ze „Strategii na rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju”. PEP2040 ma być kompasem dla przedsiębiorców, samorządów i obywateli w zakresie transformacji polskiej gospodarki w kierunku niskoemisyjnym.

Wiedząc, że energia elektryczna pozyskiwana z odnawialnych źródeł jest kluczem do sukcesu transformacji, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju zainicjowało serię przedsięwzięć finansowanych z Funduszy Europejskich, w tym komplementarne względem siebie projekty: „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym” oraz „Magazynowanie energii elektrycznej”.

Od ich realizacji zależy także zasobność Polaków, zwłaszcza że w ostatnich miesiącach obserwujemy, jak instalacje wykorzystujące paliwa kopalne borykają się z dostępnością surowców, a przede wszystkim z rosnącymi kosztami uprawnień do emisji dwutlenku węgla. W efekcie powoduje to spadek rentowności m.in. elektrociepłowni. W listopadzie 2021 r. cena tony CO2 przebiła barierę 70 euro, a w grudniu – aż 90 euro, co oznacza, że w ciągu minionego roku cena ta wzrosła niemal trzykrotnie! Przejście na odnawialne źródła energii jest w tym kontekście koniecznością i takich praktycznych rozwiązań poszukują dziś przedsiębiorstwa nie tylko z tego sektora.

– To najwyższy czas, żeby zatroszczyć się o nowe technologie OZE w polskiej energetyce. Rozpoczęte już prace nad nowoczesnymi elektrociepłowniami oraz magazynami energii elektrycznej pomagają nam zrealizować Fundusze Europejskie. Pozwoli to zmniejszyć obciążenia środowiskowe oraz stawić czoło ogromnym wyzwaniom społeczno-gospodarczym, które stawia przed nami nadchodząca przyszłość. W realizowanych przedsięwzięciach wyciągamy rękę do rynku: wskazaliśmy konkretne problemy badawcze, dla których rozwiązań szukają wykonawcy realizujący prace B+R. Chcemy zmienić system produkcji energii elektrycznej w kraju, tak aby pozytywne zmiany odczuli wszyscy Polacy. W dalszej perspektywie przyczyni się to również do zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego przyszłym pokoleniom – mówi dr inż. Wojciech Kamieniecki, Dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

Cały sektor energetyczny i okołoenergetyczny boryka się obecnie z problemem wynikającym z faktu, że choć efekt działalności przedsiębiorstw elektrociepłowniczych jest pożyteczny (dostarczane jest ciepło, produkowana jest użyteczna energia elektryczna), to jednocześnie powstaje mnóstwo efektów ubocznych, negatywnych dla człowieka i środowiska. Stąd konieczny jest zwrot w kierunku gospodarki obiegu zamkniętego, rekomendowany przez strategię Green Deal.

Dlatego w przedsięwzięciu „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym” kluczowym elementem opracowywanej technologii ma być układ kogeneracyjny wytwarzający prąd ze zmagazynowanej „zielonej” energii, przy równoczesnym pozyskiwaniu ciepła w kogeneratorze OZE.

Co jest istotą tej rewolucyjnej zmiany? Tradycyjne układy kogeneracyjne polegają na wytwarzaniu energii elektrycznej przy okazji produkowania ciepła, czyli energia elektryczna jest wytwarzana niejako przy okazji wytwarzania ciepła. W praktyce oznacza to, że jest wytwarzana, gdy nie jest najbardziej potrzebna. Nowatorska idea kogeneracji działa odwrotnie. Energia jest produkowana wtedy, gdy potrzebny jest prąd, tzn. w momencie, gdy spada możliwość jego uzyskania z wiatru i słońca; ciepło natomiast jest produkowane przy okazji i magazynowane na czas, kiedy będzie potrzebne. Takie założenie jest znacznie tańszą substytucją magazynowania energii elektrycznej w systemie elektroenergetycznym. Ponieważ istotą rozwiązania są sezonowe magazyny ciepła sprzężone z układem pomp ciepła, mogą one gromadzić energię cieplną wytwarzaną z nadwyżek produkcyjnych OZE latem i zimą oraz energii słonecznej produkowanej przez kolektory słoneczne latem.

Kogeneracja będzie realizowana w 100% nie wskutek procesów spalania, ale dzięki odnawialnym źródłom, z wykorzystaniem np. biogazu lub „zielonego” wodoru. Minimum 80%, a może nawet 100% energii zasilającej elektrociepłownię będzie pochodziło ze słońca, wiatru, płytkiej geotermii, aerotermii, substratów pochodzenia rolniczego wykorzystywanych do produkcji biogazu, lub z zakupu energii – ale tylko również pochodzącej z OZE. Warto dodać, że w przedsięwzięciu wykluczone jest spalanie biomasy.

Proces kogeneracji, w ramach którego jednocześnie produkowane są ciepło oraz energia elektryczna, jest optymalny także z ekonomicznego punktu widzenia. Wiąże się bowiem z najmniejszymi stratami: ponieważ to, co jest odpadem w produkcji, może zostać wykorzystane w inny sposób. Przede wszystkim zaś kogenerator OZE bazujący na zmagazynowanym paliwie OZE stanie się elementem stabilizującym lokalny system energetyczny: jak wspomniano, będzie produkował prąd wtedy, gdy będzie on najdroższy – czyli gdy brak jest słońca lub wiatru, a ciepło będzie produkował niejako przy okazji i magazynował je, aż będzie potrzebne.

Magazynowanie energii elektrycznej jest fundamentem przyszłego systemu energetycznego zarówno w Polsce, jak i na świecie. Niedawno media obiegła informacja, że w Australii uruchomiono właśnie największy magazyn energii elektrycznej, jaki kiedykolwiek zbudowano: ma on pojemność 450 MWh. Magazyny energii elektrycznej potrzebne są wszędzie, ponieważ prąd, zgodnie z dyrektywą o integracji sektorów, stanie się podstawowym nośnikiem energii dla wszystkich sektorów gospodarki, w tym dla transportu i dla ciepłownictwa.

Popyt na produkty „zielonej” energetyki i ciepłownictwa nie musi być największy wtedy, kiedy jest możliwa produkcja. Należy brać pod uwagę zmienność generacji źródeł OZE w cyklu dobowym czy sezonowym – np. okresy, kiedy wieje silny wiatr lub bezwietrzne, miesiące o wysokim/niskim nasłonecznieniu. Stąd energetyka musi się nauczyć, w jaki sposób wykorzystywać nadwyżkową produkcję i przechowywać ją w celu późniejszego wykorzystania czy zastosowania – a Narodowe Centrum Badań i Rozwoju wie, jak jej w tym pomóc.

Dzięki przedsięwzięciu „Magazynowanie energii elektrycznej” zostanie rozwiązany problem znacznego zapotrzebowania na akumulację energii dla zastosowań domowych i przemysłowych, co spowodowane jest jej nierównomierną produkcją z OZE. Co ważne, opracowana technologia oprócz zasilania domu w energię będzie mogła być wykorzystana także np. do ładowania samochodu. Z opracowanych rozwiązań ogromne korzyści będą czerpać także instytucje i przedsiębiorcy, np. szpitale czy hotele, ze względu na zapewnienie stabilności ich pracy i wzrost poziomu samowystarczalności energetycznej. Technologia ta może być znaczącym wsparciem również dla farm fotowoltaicznych i wiatrowych, które dzięki niej ustabilizują swój system.

W ramach prowadzonego przedsięwzięcia powstanie magazyn chemiczny oraz element sterujący i elektrotechniczny niezbędny do podłączenia do sieci. Istotną informacją jest również to, że będzie on bazował na surowcach dostępnych w Polsce.

Wspomniane przedsięwzięcia, prowadzone w trybie zamówień przedkomercyjnych, przyczynią się do osiągnięcia priorytetowych celów stawianych przez UE w strategii Europejskiego Zielonego Ładu. Jest to plan mający na celu przekształcenie Unii w nowoczesną i konkurencyjną gospodarkę, która w 2050 r. osiągnie m.in. zerowy poziom emisji gazów cieplarnianych. Projekty te adresują zarazem potrzeby społeczno-gospodarcze naszego kraju. W ramach „zielonej” transformacji pod skrzydłami NCBR w serii przedsięwzięć, które weszły już w fazę realizacji prac badawczo-rozwojowych, opracowane mają być ponadto – wraz z demonstratorami – ciepłownie przyszłości, innowacyjne biogazownie, technologie magazynowania ciepła i chłodu, budynki efektywne energetycznie i procesowo, wentylacja dla szkół i domów, oczyszczalnie przyszłości oraz technologie domowej retencji. Projekty, nad którymi pracują już wykonawcy, to szansa dla Polski na czystsze środowisko, zdrowsze społeczeństwo i nowoczesną, konkurencyjną gospodarkę.

Przedsięwzięcie: „Magazynowanie energii elektrycznej” jest realizowane w ramach projektu pozakonkursowego pn. Podniesienie poziomu innowacyjności gospodarki poprzez realizację przedsięwzięć badawczych w trybie innowacyjnych zamówień publicznych w celu wsparcia realizacji strategii Europejskiego Zielonego Ładu (w ramach poddziałania 4.1.3 Innowacyjne metody zarządzania badaniami Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój).

Przedsięwzięcie: „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym” jest współfinansowane ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach poddziałania 4.1.3 Innowacyjne metody zarządzania badaniami Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020, w ramach projektu pn. Podniesienie poziomu innowacyjności gospodarki poprzez wdrożenie nowego modelu finansowania przełomowych projektów badawczych.

Projekty finansowane są ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

Źródło: Narodowe Centrum Badań i Rozwoju