O struji u Srbiji i Evropi (3): kogeneracijom do jeftinijeg grejanja i manje zagađenja

Energetska tranzicija u Evropi, započeta prvo izgradnjom vetroturbina i solarnih panela, nastavljena je poslednjih godina intenzivnom izgradnjom znatno efikasnijih termocentrala na ugalj koje istovremeno ispuštaju manje štetnih gasova, a sada je u toku proces ka intenzivnijem uvođenju kogeneracije – kombinovane proizvodnje struje i upotrebljive toplotne energije za zagrevanje prostorija – kojom se dodatno uvećava efikasnost u korišćenju uglja i smanjuju zagađenja koja nastaju njegovim sagorevanjem.

Energetska tranzicija u Evropi: energetska efikasnost i manje zagađenja u proizvodnji struje

Energetska tranzicija u Evropi se, u cilju smanjivanja karbonskih gasova i ostalih zagađenja koja utiću na promene klime na Zemlji, usmerila prvo na na što veću proizvodnju ‘zelene energije’, odnosno struje iz čistih i obnovljivih izvora (vetra, sunca i hidropotencijala) – ali je danas već postalo jasno da ovaj pravac energetske tranzicije ima svoja ograničenja.

Isprekidanost u proizvodnji struje iz vetroturbina i solarnih panela (zbog naglog slabljenja vetra i pojave oblačnosti) zahteva interventno ukljucenje struje iz termocentrala, pa je to dovelo do svojevrsnog paradoksa:

U Nemačkoj, naprimer, koja danas dobija više od 25% struje iz obnovljivih izvora, potrošnja uglja u toku prethodnih nekoliko godina je porasla do najvišeg nivoa za poslednjih dvadeset godina, a povećava se i ispuštanje gasova sa efektom staklene bašte (GHG – greenhouse gases). I cena struje za domaćinstva u Nemačkoj se nalazi u evropskom vrhu. (2)

Iako evropski mediji skoro isključivo javljaju o gašenju termocentrala na ugalj, tamo se u isto vreme grade nove termoelektrane – pa je kapacitet novoizgrađenih termocentrala kod njih (posebno u Nemačkoj) zapravo dva puta veći od onih starijih koje se gase.

Politika snižavanja velikoprodajnih cena struje iz termocentrala u Nemačkoj, dovodi samo do gašenja starih termocentrala sa manjom efikasnošću, koje u još većem broju zamenjuju nove, mnogo efikasnije termocentrale na ugalj, a koje u isto vreme ispuštaju manje štetnih gasova.

Radi se zapravo o zameni tehnologije, odnosno o uvođenju novih i efikasnijih tehnologija – a ne o isljučenju uglja kao energenta. Vek trajanja ovih novih termocentrala je planiran do 2050-te godine!

Mada ove nove termocentrale na ugalj imaju visoku efikasnost konverzije toplotne energije u struju (oko 40%), skoro dve trećine ove energije ostaje neiskorišćeno, prosto se baci – iako postoji mogucnost da se ova već proizvedena toplotna energija (u formi vrele vode) bolje iskoristi. 

Da bi se bolje razumela situacija sa energijom u Evropskoj uniji, treba navesti neke podatke: (x)

-       Evropska unija uvozi 53% energije koju utroši, pri čemu svaki Evropljanin troši preko dva evra dnevno na uvoz fosilnih goriva;

-       Energetska zavisnost Evrope odnosi se na naftu (uvozi skoro 90%), prirodni gas (uvozi 66%), čvrsta goriva (uvozi 42%), i nuklearno gorivo (uvozi 40%), prema navodima Evropske komisije;

-       Zavisnost od uvoza energije koštala je EU u 2012. godini 545 milijardi evra.

Zato je evropski komesar za energiju, Andris Piebalgs, izjavio još 2008. godine da “sigurnost snabdevanja (energijom) počinje sa energetskom efikasnošću”. (1)

Kogeneracija – sistem objedinjene proizvodnje struje i grejanja (CHP)

Kada je u pitanju energetska efikasnost u sektoru električne energije, treba naglasiti da to nije isključivo pitanje štednje struje u potrošnji - već i pitanje efikasnijeg korišćenja energenata (uglja) u proizvodnji struje.

A ova vrsta uštede se u najvećoj meri ostvaruje kogeneracijom – kombinovanom proizvodnjom struje i toplote za zagrevanje prostorija u termocentralama (CHP – combined heat and power).

Drugim rečima, energetska efikasnost počinje još u elektrani – i tamo su moguće velike uštede u energentima. Kao i mogućnost za smanjenje štetnih gasova (GHG) iz proizvodnje struje. 

Kogeneracijom se smanjuje količina ispuštenih štetnih gasova (GHG) iz termoelektrana na ugalj – u odnosu na zbirno zagađenje koje dolazi iz odvojenih procesa konvencionalne proizvodnje struje u termoelektranama i proizvodnje tople vode za grejanje u gradskim toplanama – dok se istovremeno dobija veoma velika ušteda u korišćenju uglja kao energenta.   

Energetska efikasnost i kogeneracija su prihvaćene u uvodnom paragrafu Direktive Evropske zajednice iz 2004. godine – Cogeneration Directive 2004/08/EC.

Ova Direktiva podržava kogeneraciju i uspostavlja metod za obračun sposobnosti svake zemlje EU za kogeneraciju. (1)

Iako se proizvodnjom struje iz uglja ne dobija potpuno čista ‘zelena energija’, koja se inače proizvodi bez ispuštanja štetnih gasova – korišćenje visoko-efikasnih termocentrala uz dodatno uvođenje sistema kogeneracije, može značajno da smanji štetna zagađenja – i predstavlja korisno prelazno rešenje prema čistijim sistemima proizvodnje struje.      

Efikasnost kogeneracije

Današnje termocentrale na ugalj imaju prosečnu efikasnost konverzije u proizvodnji struje u iznosu 30-40%, što znači da skoro dve trećine toplotne energije u procesu proizvodnje struje, u formi tople vode, ostaje neiskorišćeno – praktično se baci.

Uvođenjem kogeneracije, odnosno objedinjene proizvodnje struje i grejanja (CHP) – efikasnost konverzije dostiže i do 80%.

Procenat iskorišćenosti je još veći ako se dodatno uvede i sistem trigeneracije (CCHP – combined cooling, heating and power) koji uključuje i dobijanje rashlađene vode za potrebe hlađenja prostorija (air conditioning) – gde se rashlađena voda dobija iz vrele vode korišćenjem toplotnih izmenjivača (absorption chiller or absorption refrigerator).

Time se osim još veće efikasnosti u korišćenju uglja i proizvodnji energije, ujedno obezbeđuje i stabilnost sistema, odnosno neprekinuto korišćenje (i zimi i leti) vrele vode iz termoelektrana.

Projekat uvođenja kogeneracije, posebno kada se radi o prilagođavanju (konverziji) postojećih termocentrala na CHP sistem, suočava se sa dva ključna ograničenja:

-       uvođenje kogeneracije ima visoke inicijalne troškove;

-       granica efikasnog prenosa vrele vode iz termocentrala do potrošača je oko trideset kilometara (zbog velikih gubitaka u toplovodu);

Projekat kogeneracije u Evropi

U Evropskoj uniji se trenutno oko 11% struje proizvodi u sistemu kogeneracije, iako su evropske ambicije znatno veće. Još tokom 2004. godine EU je donela planove u vezi promocije kogeneracije (Cogeneration Directive 2004/8/EC, koja je poznata i kao ‘Combined Heat and Power (CHP) Directive’) - a sve zemlje članice dužne su od tada da podnose godišnje izveštaje šta je kod njih u međuvremenu urađeno na planu promocije kogeneracije. (1, 7)

Proizvodnja struje u sklopu kogeneracije nejednako je razvijena u EU: od zemalja koje praktično nisu ni započele ovaj proces, do onih koje imaju veoma veliko ucešće kogeneracije u sistemu proizvodnje struje.

Tri zemlje sa najvećim ucešćem kogeneracije u svetu su Finska, Danska i Holandija, gde Finska naprimer, ima ucešće kogeneracije od oko 82%!

Osim Evrope koja energetsku efikasnost i kogeneraciju stavlja u vrh svoje energetske politike, i američko ministarstvo energije (USDoE) postavlja kao cilj dostizanje 20% ucešća kogeneracije do 2030. godine.

Kombinovani sistem proizvodnje struje i grejanja (kogeneracija) je inače bio intenzivno korišćen u zemljama bivšeg Sovjetskog saveza i Istocnog bloka.

Nemačka je još 2002. godine donela odluku da sa oko 12,5% struje proizvedene u sklopu kogeneracije, poveća taj procenat na 25% do 2020. godine. Oni procenjuju da u zemlji postoji mogućnost za proizvodnju oko 50% struje u sistemu kogeneracije. (1)

Termocentrale najnovije generacije u Nemačkoj već sada dostižu izuzetnih 45% efikasnosti konverzije u proizvodnji struje iz uglja, i emituju za 25% manje karbonskih gasova od starijih termocentrala (2) – ali bi se čak i ovakva efikasnost povećala dodatnim uvođenjem kogeneracije.

Korist od uvođenja sistema kogeneracije (CHP)

Evropski sajt za kogeneraciju www.cogeneration.eu pravi jasno poređenje između konvencionalne proizvodnje struje i grejanja - i prednosti sistema kogeneracije: (3)

-       konvencionalni sistem proizvodnje električne energije u termocentralama ima efikasnost konverzije oko 35% (ili nesto više) i ima 65% gubitaka;

-       CHP sistem ima i do 90% efikasnost konverzuje u proizvodnji struje i samo oko 10% gubitaka; ovaj sistem je podoban za korišćenje u industriji, za poslovne prostore kao i za grejanje i rashlađivanje stambenih prostorija;

U prilogu pod naslovom ‘Nema energetske tranzicije bez održivog sistema grejanja’ navodi se ključni podatak o neophodnosti kogeneracije:

‘Na grejanje i hlađenje odlazi skoro polovina ukupno utrošene energije u Evropskoj zajednici.” – (4)

Sajt www.cospp.com/cogeneration-chp.html – objavljuje veliki broj članaka koji se odnose na razne aspekte kogeneracije i njen razvoj u svetu. (5)

Među novijim prilozima treba svakako pomenuti članak ‘Savetnik procenjuje da ce se CHP sistem udvostruciti u Evropi do 2030-te godine’. (6)

Reč je o proceni savetnika britanske vlade za pitanje kogeneracije koji veruje da će 20-30% električne energije biti proizvedeno u sistemu visoko-efikasnog CHP za narednih petnaest godina. Ono što usporava ovaj proces, po njemu su – visoki inicijalni troškovi za uvođenje sistema kogeneracije.

Sajt britanske Asocijacije za kombinovanu proizvodnju struje i grejanja (The Combined Heat and Power Association – www.chpa.co.uk) daje preglednu i lako razumljivu listu informacija o prednostima kogeneracije. (8)  

U delu – ‘Zasto izabrati sistem CHP?’ – navedena je kratka lista prednosti koje se dobijaju uvođenjem kogeneracije:

- minimalna ušteda ukupne energije od 10%;

- smanjenje troškova je između 15% i 40% u odnosu na troškove kada se struja koristi iz mreže i grejanje iz lokalne toplane;

- minimalno smanjenje u ispuštanju ugljendioksida je 10%;

- visoka ukupna efikasnost – do 80% i više na mestu korišćenja;

- u pitanju je korišćenje pouzdane tehnologije koje je isprobana na velikom broju primera u dosadašnjoj praksi;         

Oni navode i podatak da je granica efikasnog prenosa toplovodima, od mesta proizvodnje do mesta potrošnje energije, danas oko 30 kilometara, ali da sama distributivna mreža može ukupno da bude duga stotinama kilometara.  

Tehnička literatura o kogeneraciji

Tehnička literatura o kogeneraciji (CHP) je veoma obimna. (9)

Ovde je posebno navedena jedna od novijih knjiga koja bi mogla da bude od interesa za našu sredinu – jer je u pitanju analiza mogućnosti uvođenja kogeneracije u već postojećim termocentralama na ugalj.

Reč je o knjizi dvojice poljskih strucnjaka (Poljska inače proizvodi preko 90% struje iz uglja) na temu uvođenja kogeneracije:

‘Konverzija termocentrala na ugalj na sistem kogeneracije i kobinovani ciklus – termalna i ekonomska efikasnost’, iz 2011-te godine - koja bi mogla da pomogne u boljem razumevanju kogeneracije u nasoj sredini. (10)  

U samom uvodu autori ukazuju na osnovne prednosti kogeneracije:

- “Kombinovana proizvodnja toplote za grejanje i proizvodnje struje predstavlja najefikasnije sredstvo za smanjenje potrošnje primarnog goriva kao i sredstvo za smanjenje emisije štetnih produkata iz njegovog sagorevanja.”

-“…Zemlje članice EU su u obavezi da sprovedu analizu mogućnosti za primenu kombinovane proizvodnje grejanja i električne energije i da analiziraju okvir za razvoj sistema CHP…”

Razlog zbog koga Evropa stavlja energetsku efikasnost i kogeneraciju u vrh svojih prioriteta jasan je iz navoda autora:

- “Već sada, zavisnost EU od uvoza primarnih goriva iznosi oko 50% njenih potreba, a projektovani porast uvoza do 2030. godine ide do 70% - ako se nastavi sadašnji trend.”

Reference:

1. – Cogeneration (CHP)

 http://en.wikipedia.org/wiki/Cogeneration

2. – Transforming Germany’s energy landšćape – Coal and the Energiewende

www.powerengineeringint.com/articles/print/volume-22/issue-5/power-gen-europe/transforming-germany-s-energy-landšćape-coal-and-the-energiewende.html

3. – www.cogeneration.eu/knowledge-centre_36.html

4. – No energy transition without sustainable heat

www.cogeneration.eu/no-energy-transition-without-sustainable-heat_635.html

5. – Cogeneration – CHP

www.cospp.com/cogeneration-chp.html

6. – Consultancy believes CHP can more than double in Europe by 2030

www.cospp.com/articles/2014/08/consultancy-believes-chp-can-more-than-double-in-europe-by-2030

7. – CHP Directive – http://en.wikipedia.org/wiki/CHP_Directive

8. – What is CHP? – www.chpa.co.uk/what-is-chp_15.html

- Why choose CHP? – www.chpa.co.uk/why-choose-chp_1605.html

- What is district heating? – www.chpa.co.uk/what-is-district-heating_191.html

9. – kao ilustraciju navodimo par slicnih knjiga, nesto starijih, kao sto su:

- Cogeneration: An Assessment of Technology, Application and Economics, by Richard H. McMahan (Aug 1986)

- Cogeneration – Combined Heat and Power (Chp): Thermodynamics and Economics, by J. H. Horlock (Jan 1997)

- Combined Production of Heat and Power (Cogeneration), by J. Sirchis (Sep 2003)

10. – Conversion of Coal-Fired Power Plants to Cogeneration and Combined-Cycle: Thermal and Economic Effectiveness, by Ryszard Bartnik and Zbigniew Buryn (jul 2011)

www.amazon.ca/conversion-coal-fired-plants-cogeneration-combined-cycle/dp/0857298550

x. – European Commission downplays renewables as key part of the solution in flawed energy security report

www.ewea.org/press-releases/detail/2014/05/28/European-commission-downplays-renewables-as-key-part-of-the-solution-in-flawed-energy-security-repor/