Wysokosprawna kogeneracja - systemy wsparcia

Jakub Kowalczuk
główny inżynier ekolog

Wysokosprawna kogeneracja (ang. Combined Heat and Power, CHP) interesuje wielu przedsiębiorców planujących lub prowadzących działalność z zakresu wytwarzania energii elektrycznej. Jednakże, ze względu na jej koszty, wymaga wsparcia finansowego, które od grudnia 2018 roku, jest możliwe w postaci premii gwarantowanej lub kogeneracyjnej oraz poprzez gwarancje pochodzenia energii elektrycznej.

Wysokosprawna kogeneracja - podstawowe informacje i definicje

W elektrowniach konwencjonalnych silnik spalinowy, czy to otwartego czy zamkniętego spalania, nie jest w stanie przekształcić całej energii pierwotnej zawartej w paliwie w energię elektryczną. Ponad połowa energii tracona jest w postaci ciepła spalin oraz poprzez proces nagrzewania się i chłodzenia samego silnika (sprawności <50%). W celu poprawy efektywności energetycznej i ekonomicznej procesu w elektrociepłowniach stosuje się skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej, czyli właśnie kogenerację.

Zgodnie z definicją podaną w ustawie Prawo energetyczne¹ kogeneracja, zwana inaczej skojarzoną produkcją energii, to „równoczesne wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej lub mechanicznej w trakcie tego samego procesu technologicznego”. Proces ten odbywa się w tzw. jednostkach kogeneracyjnych definiowanych jako „wyodrębniony zespół urządzeń, który może wytwarzać energię elektryczną w kogeneracji, opisany poprzez dane techniczne”, przy czym zależnie od skali instalacji możemy mieć do czynienia z układami:

• małymi opartymi o silniki cieplne (np. tłokowe lub Stirlinga) lub
• dużymi stosowanymi w przemyśle i energetyce zawodowej, zwanymi także blokami kogeneracyjnymi, opartymi o np.  o turbiny parowe, układy gazowo-parowe lub turbiny gazowe z kotłem odzyskowym.

Ustawa Prawo energetyczne definiuje energię elektryczną z kogeneracji jako:

1. całkowitą roczną produkcję energii elektrycznej w jednostce kogeneracji w roku kalendarzowym, wytworzoną ze średnioroczną sprawnością przemiany energii chemicznej paliwa w energię elektryczną lub mechaniczną i ciepło użytkowe w kogeneracji, co najmniej równą sprawności granicznej:
   • 75% dla jednostki kogeneracji z urządzeniami typu: turbina parowa przeciwprężna, turbina gazowa z odzyskiem ciepła, silnik spalinowy, mikroturbina, silnik Stirlinga, ogniwo paliwowe albo
   • 80% dla jednostki kogeneracji z urządzeniami typu: układ gazowo-parowy z odzyskiem ciepła, turbina parowa upustowo-kondensacyjna, albo
2. iloczyn współczynnika i rocznej ilości ciepła użytkowego w kogeneracji wytworzonego ze średnioroczną sprawnością przemiany energii chemicznej paliwa w energię elektryczną lub mechaniczną i ciepło użytkowe w kogeneracji niższą niż sprawności graniczne, o których mowa w lit. a; współczynnik ten jest obliczany na podstawie pomiarów parametrów technologicznych jednostki kogeneracji, dla danego przedziału czasowego, i określa stosunek energii elektrycznej z kogeneracji do ciepła użytkowego w kogeneracji.

Dzięki kogeneracji energia pierwotna zawarta w paliwie jest lepiej wykorzystywana niż w przypadku produkcji rozdzielnej w źródłach konwencjonalnych, np. dla agregatów kogeneracyjnych zasilanych gazem ziemnym, sumaryczna sprawność układu kogeneracyjnego przekracza nierzadko 90%.

Kryteria uznania kogeneracji za wysokosprawną także zostały zdefiniowane w Prawie energetycznym jako „wytwarzanie energii elektrycznej lub mechanicznej i ciepła użytkowego w kogeneracji, które zapewnia oszczędność energii pierwotnej zużywanej w:

1. jednostce kogeneracji w wysokości nie mniejszej niż 10% w porównaniu z wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła w układach rozdzielonych o referencyjnych wartościach sprawności dla wytwarzania rozdzielonego lub
2. jednostce kogeneracji o mocy zainstalowanej elektrycznej poniżej 1 MW w porównaniu z wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła w układach rozdzielonych o referencyjnych wartościach sprawności dla wytwarzania rozdzielonego”.

Technologicznym rozszerzeniem kogeneracji jest tzw. trigeneracja, w której to w sposób skojarzony technologicznie, wytwarzana jest energia cieplna, mechaniczna lub elektryczna oraz chłód użytkowy z wykorzystaniem ciepła odpadowego w chłodnicy absorpcyjnej. Może mieć ona praktyczne zastosowanie w zakładach przemysłowych np. przetwórstwa spożywczego lub innych obiektach, w których niezbędne jest stabilne źródło ciepła technologicznego (para), chłodu technologicznego (woda lodowa) oraz energii elektrycznej np. szpitalach.

Promowanie wysokowydajnej kogeneracji (trigeneracji) w oparciu o zapotrzebowanie na ciepło użytkowe wpisuje się w politykę energetyczną Unii Europejskiej ze względu na związane z nią korzyści wynikające z oszczędności energii pierwotnej (paliwa), unikania strat sieciowych oraz ograniczania emisji szkodliwych substancji, w tym gazów cieplarnianych. W tym celu Parlament Europejski uchwalił szereg dyrektyw m.in. Dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2012/27/UE z dnia 25 października 2012 r. w sprawie efektywności energetycznej.²

Konieczność rozwoju wykorzystania kogeneracji została zaakcentowana także w dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2001 w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych (RED II),³ która kładzie nacisk na rozwój efektywnych systemów ciepłowniczych oraz produkcję ciepła i chłodu ze źródeł odnawialnych.

Ustawa o promowaniu energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji

Implementując do polskiego prawa m.in. wymienione akty prawa unijnego, 14 grudnia 2018 r.  Sejm RP uchwalił Ustawę o promowaniu energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji.⁴ Regulacja ta stanowiła swoistą rewolucję w systemie wsparcia dla kogeneracji i zastąpiła dotychczas obowiązujący system świadectw pochodzenia (tzw. Kolorowych certyfikatów) nowym w postaci premii:

• gwarantowanej
• gwarantowanej indywidulanej
• kogeneracyjnej
• kogeneracyjnej indywidualnej

oraz wydawania gwarancji pochodzenia energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji.

Ustawa wprowadziła także szereg definicji istotnych punktu widzenia ubiegania się o wymienione wyżej wsparcie, takich jak:

• moc zainstalowana elektryczna (dalej MEZ) – moc znamionowa czynna generatora lub ogniwa paliwowego wyrażona w [W] lub wielokrotnościach tej jednostki miary, osiąganą przy znamionowym współczynniku mocy cos φn;
• decyzja inwestycyjna – rozpoczęcie robót budowlanych związanych z inwestycją albo podjęcie wiążącego zobowiązania, które sprawia, że inwestycja staje się nieodwracalna, z wyłączeniem zakupu gruntów oraz prac przygotowawczych, polegających na uzyskiwaniu zezwoleń i wykonywaniu wstępnych studiów wykonalności, w zależności od tego, które zdarzenie nastąpi wcześniej;
• modernizacja – inwestycja odtworzeniowa lub rozwojowa w danej jednostce CHP w czasie, której zainstalowano urządzenia wyprodukowane w okresie 60 miesięcy przed dniem wytworzenia po raz pierwszy energii elektrycznej w zmodernizowanej jednostce kogeneracji, wiążący się z poniesieniem kosztów inwestycyjnych nie mniejszych niż 25%, ale nie większych niż 50% jak na nową porównywalną jednostkę kogeneracji;
• znaczna modernizacja – analogicznie jak powyżej, z wyjątkiem kosztów inwestycyjnych, które powinny wynieść powyżej 50% nakładów na nową porównywalną jednostkę CHP;
• mała jednostka kogeneracji – jednostka CHP o MEZ < 1 MW;
• istniejąca jednostka kogeneracji – jednostka CHP (w tym istniejąca mała jednostka kogeneracji), w której wytworzenie energii elektrycznej po raz pierwszy nastąpiło przed 1 stycznia 2019 r. i zostało potwierdzone wydanym świadectwem pochodzenia z kogeneracji;
• nowa jednostka kogeneracji – jednostka CHP, w czasie budowy, której zainstalowano wyłącznie urządzenia wyprodukowane w okresie 60 miesięcy przed dniem wytworzenia po raz pierwszy energii elektrycznej w tej jednostce, co do której decyzję inwestycyjną podjęto po dniu wygrania aukcji (1MW≤ MEZ< 50MW) lub po dniu wygrania naboru (MEZ≥ 50MW) lub w której wytworzenie energii elektrycznej po raz pierwszy nastąpiło nie wcześniej niż 1 stycznia 2019 r. (tzw. nowa mała jednostka kogeneracji);
• zmodernizowana jednostka kogeneracji – jednostka CHP (w tym zmodernizowana mała jednostka kogeneracji), która została poddana modernizacji i w której wytworzenie po raz pierwszy energii elektrycznej w zmodernizowanej jednostce nastąpiło nie wcześniej niż w 1 stycznia 2019 r.;
• znacznie zmodernizowana jednostka kogeneracji – jednostka CHP poddana znacznej modernizacji, co do której decyzję inwestycyjną podjęto po dniu wygrania aukcji (1MW≤ MEZ< 50MW) lub po dniu wygrania naboru (MEZ≥ 50MW) lub w której wytworzenie po raz pierwszy energii elektrycznej w znacznie zmodernizowanej jednostce nastąpiło nie wcześniej niż w 1 stycznia 2019 r. (tzw. znacznie zmodernizowana mała jednostka kogeneracji).

Rodzaj możliwego do uzyskania wsparcia w nowym systemie, uzależniony jest m.in. od mocy wytwórczej elektrycznej zainstalowanej danej jednostki CHP oraz modelu biznesowego funkcjonowania instalacji (sprzedaż energii na rynek, konsumpcja na własne potrzeby), a także jej stanu „technicznego” (nowa, istniejąca, zmodernizowana).

1. USTAWA z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne, Dz.U.2022.1385
2. DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY 2012/27/UE z dnia 25 października 2012 r. w sprawie efektywności energetycznej, zmiany dyrektyw 2009/125/WE i 2010/30/UE oraz uchylenia dyrektyw 2004/8/WE i 2006/32/WE,  Dz.U.UE.L.2012.315.1
3. Dz.U.UE.L.2018.328.82
4. Dz.U.2022.553