OZE i magazyny ciepła – Optymalizacja systemu ciepłowniczego z wykorzystaniem „digital twin” i modelowania TRNSYS

Przyjęcie właściwej strategii rozwoju będzie kluczowe dla tych przedsiębiorstw ciepłowniczych, które będą chciały oferować mniej emisyjne ciepło po konkurencyjnych na rynku cenach. Jakie narzędzia i modele pomogą ciepłownikom najlepiej przygotować procesy inwestycyjne, podpowiada najnowszy raport Instytutu Energetyki Odnawialnej.

Ciepłownicy w Polsce w najbliższych latach będą mogli skorzystać z kilku nowych technologii ciepłowniczych, w tym pogodozależnych OZE i magazynów ciepła, i wielu szans na pozyskanie finansowania na modernizację systemów i zmniejszenia ich emisyjności. Wobec rosnącej złożoności problemu i niespotykanej wcześniej dynamiki zmian, dla przyjęcia właściwej strategii rozwoju będzie konieczne skorzystanie z najlepszych, najbardziej efektywnych narzędzi do przygotowania procesów inwestycyjnych w ciepłownictwie.

Instytut Energetyki Odnawialnej (IEO), na podstawie doświadczeń z wykorzystaniem narzędzi informatycznych, procedur i baz danych technologii przy przygotowaniu kilku inwestycji ciepłowniczych, opracował raport Projektowanie i optymalizacja systemu ciepłowniczego z OZE i magazynami ciepła. Wykorzystanie metodologii „digital twin” i modelowania TRNSYS.

Raport jest poradnikiem przedstawiającym ścieżkę uniwersalnego sposobu działania, z której może skorzystać każda ciepłownia. Jego najważniejszą częścią jest połączenie trzech wpływających na siebie elementów: modelu cyfrowego ciepłowni (digital twin), ukierunkowanych na inwestycje analiz przestrzennych i lokalizacyjnych (tzw. warunki brzegowe) oraz dostosowanych do rynku ciepłowniczego analiz ekonomicznych. Proponowana procedura przygotowania, optymalizacji i realizacji inwestycji wymaga ściślej współpracy z zarządem przedsiębiorstwa energetyki cieplnej (PEC).

Dysponując raz wykonanym, opartym na rzeczywistych danych i uwzględniającym realne ograniczenia, modelem zmodernizowanego systemu, możliwe jest szybkie wprowadzanie zmian i uzyskanie optymalnych rozwiązań. Cały proces decyzyjny zamyka się wtedy w paru scenariuszach, a przedsiębiorstwo ciepłownicze wybiera z nich ten, który będzie dla niego odpowiedni.

Raport w przystępny sposób pokazuje, jak z wykorzystaniem programu TRNSYS w racjonalny sposób zaprojektować i zoptymalizować system ciepłowniczy z odnawialnymi źródłami energii i magazynem ciepła. Raport poszerza wiedzę o tym, jak mechanizmy prawne i systemy wsparcia oraz narzędzia informatyczne będą wytyczały kierunki rozwoju branży ciepłowniczej w najbliższych latach.

Oprogramowanie (środowisko) TRNSYS to narzędzie przydatne dla ciepłowników, pozwalające na dokładne zwymiarowanie i zaprojektowanie systemu ciepłowniczego z OZE oraz ustalanie tzw. hierarchii źródeł wytwórczych.

– Dzięki proponowanej procedurze wspartej modelem cyfrowym ciepłowni i symulacjami, trudne i skomplikowane zadania transformacji energetycznej ciepłowni można i zoptymalizować, i uprościć oraz zmniejszyć ryzyka techniczne i ekonomiczne na etapie prac nad koncepcją i podejmowania decyzji – wyjaśnia Grzegorz Wiśniewski, Prezes Instytutu Energetyki Odnawialnej (IEO). – Symulacje potwierdzają ostatecznie, że pomimo korzystania z pogodozależnych OZE, dzięki magazynom ciepła odbiorcy ciepła w każdej chwili dostaną odpowiednią ilość zdekarbonizowanego ciepła o wymaganej temperaturze i po koszcie nie wyższym niż obecnie.

Jednym z pierwszych przedsiębiorstw ciepłowniczych, które poszukiwało sposobu na wiarygodny plan przejścia z węgla na zeroemisyjne OZE i uniknięcia nadmiernej ekspozycji na ryzyka związane z cenami tzw. paliw przejściowych (gaz, odpady, biomasa), jest PEC Końskie. Jako pionier w planowaniu ambitnej transformacji ciepłownictwa nie mogło, przynajmniej na początku, korzystać z systemów wsparcia ani z takich narzędzi, jak model cyfrowy ciepłowni. Tomasz Szatkowski, Prezes PEC Końskie, po zapoznaniu się z tezami raportu, stwierdził, że planując wprowadzenie pojedynczych OZE do systemu ciepłowniczego, nie wiedział jeszcze, na czym w szczegółach polegać może przeskok z ciepłowni II do IV-V generacji.

– Najpierw dostrzegłem, że – dążąc do zwiększania udziałów OZE – potrzebuję magazynu ciepła, potem – że najbardziej przyda się magazyn sezonowy, który daje największe możliwości, a potem – że V generacja ciepłowni nie polega na tym, że zastępuje się jedno drożejące źródło ciepła, drugim – najlepiej  tańszym – podkreśla Prezes Tomasz Szatkowski. – Muszę też wkalkulować zmienność pogody, dynamikę zmian regulacji i cen paliw, inteligentny system sterowania itp., a tego nie da się zrobić bez elastycznego modelu cyfrowego całej ciepłowni i symulacji pracy każdego źródła.

W sprawie wyboru najtańszych OZE jako źródeł ciepła, Grzegorz Wiśniewski zwraca uwagę, że w obliczaniu kosztów ciepła dla odbiorców, same nakłady inwestycyjne CAPEX mają często mniejsze znacznie niż koszty operacyjne OPEX, w tym ceny paliw i uprawnień do emisji CO₂, i ryzyka z nimi związane. Na rysunku przedstawiono wpływ CAPEX i OPEX dla wybranych technologii na prognozowane koszty produkcji ciepła LCoH.

Na kształt ostatecznego rozwiązania będą też wpływać np. prognozy cen paliw i energii, uzyskane oferty (ceny) na urządzenia w danej technologii, dostępność do odnawialnych zasobów energii i odpowiednich gruntów pod inwestycje czy warunki związane z pozyskaniem finansowania prywatnego, bankowego i dotacji.

– Opracowane na podstawie proponowanej procedury studium wykonalności i biznesplan pozwalają na aplikowanie i elastyczne korzystanie z różnych źródeł finansowania, w tym z nowych programów NFOŚiGW, których elementem są zeroemisyjne OZE i magazyny ciepła, takich jak: „OZE – źródło ciepła dla ciepłownictwa”, „Digitalizacja sieci ciepłowniczych” czy „Kogeneracja powiatowa” – dodaje Prezes IEO.

Pełna wersja raportu jest dostępna na stronie 

Źródło: EC BREC Instytut Energetyki Odnawialnej Sp. z o.o.