4/2016 Energetyka Cieplna i Zawodowa

T E M AT N U M E R U I N O W O C Z E S N E T E C H N O L O G I E

W (nie)dalekiej przyszłości pomysły na magazynowanie energii • kłopoty z OZE • paliwa przyszłości •

WIEJE CHŁODEM

> 14

CIEPŁO Z JAKOŚCIĄ > 74

PO PIERWSZE – SYMULACJA

> 77

SPIS TREŚCI

T E M AT N U M E RU N O W O C Z E S N E T E C H N O L O G I E 8 I DZIĘKI POWIETRZU

14

8 NOWOCZESNE TECHNOLOGIE

DZIĘKI POWIETRZU

Krzysztof Badyda, Piotr Krawczyk, Łukasz Szabłowski

I WIEJE CHŁODEM

Dariusz Butrymowicz, Jerzy Gagan, Kamil Śmierciew,

Henryk Kubiczek

Krzysztof Badyda, Piotr Krawczyk, Łukasz Szabłowski

22 I KŁOPOTY Z OZE

Andrzej Strupczewski

28 I CORAZ WIĘKSZE MOŻLIWOŚCI

Janusz A. Lasek, Jarosław Zuwała

34 I OSIĄGNĄĆ CEL: 3X20

Gerard Lipiński

40 I REWOLUCJA PO AMERYKAŃSKU Andrzej P. Sikora, Mateusz P. Sikora

Fot. 123rf

48 I ENERGIA… NA PÓŹNIEJ

Maciej Bujalski, Bartosz Starosielec

54 I NA KŁOPOTY Z ŁADOWANIEM

Wojciech Blew, Marek Foltynowicz, Tomasz Stendera,

Arkadiusz Wierciński

5 8 R oz m ow a z . . . .

ELEKTROENERGETYKA

MOCY WYSTARCZY

58 I MOCY WYSTARCZY

rozmowa z Erykiem Kłossowskim,

prezesem zarządu PSE SA

OCHRONA ŚRODOWISKA

rozmowa z Erykiem Kłossowskim, prezesem zarządu PSE SA

62 I JAK POGODZIĆ POTRZEBY ENERGETYCZNE

GOSPODARKI Z REDUKCJĄ EMISJI SPALIN?

Maciej Napieralski

CIEPŁOWNICTWO 64 I DOBRY SĄSIAD

Aldona Senczkowska-Soroka

66 I W ODPOWIEDZI NA POTRZEBY

Zygmunt Katolik, Dariusz Tomaszewski

Przemysław Płonka, Aldona Senczkowska-Soroka

74 I CIEPŁO Z JAKOŚCIĄ

Fot. PSE

70 I PYTANIA O POLSKIE CIEPŁO

Zygmunt Katolik

64 CIEPŁOWNICTWO

R E M O N T Y I U T R Z Y MA N I E R U C H U 77 I PO PIERWSZE – SYMULACJA

Leszek Trybus, Mateusz Subczak

80 I NOWA DEFINICJA ANTYKOROZJI… HEMPEL z życi a br a nży 82 I POMAGAMY WYŁAWIAĆ Z TŁUMU 84 I AUTOMATYKA W ELEKTROENERGETYCE oprac. Aldona Senczkowska-Soroka

FELIETON 86 I GRA O TRON!? FELIETON I JEGO SKUTECZNOŚĆ

SPOŁECZNA – JAK TO JEST?

Jerzy Łaskawiec

DOBRY SĄSIAD

fot. CEZ Skawina

Aldona Senczkowska-Soroka

ECiZ 4/2016 3

O D R E DA KC J I

Aldona Senczkowska-Soroka

Wydawca: BMP spółka z ograniczoną odpowiedzialnością spółka komandytowa KRS: 0000406244, REGON: 242 812 437 NIP: 639-20-03-478 ul. Morcinka 35 47-400 Racibórz tel./fax 32 415 97 74 tel.: 32 415 29 21, 32 415 97 93 energetyka@e-bmp.pl www.kierunekenergetyka.pl

redaktor wydania tel. 32 415 97 74 wew. 20 tel. kom. 792 809 881 e-mail: aldona.soroka@e-bmp.pl

Wyzwania P

rzechowywanie energii elektrycznej na dużą skalę i wykorzystywanie, gdy zachodzi taka potrzeba. Magazynowanie. To technologia-wyzwanie współczesnej energetyki. Jedno z wyzwań – bo jest ich o wiele więcej.

Ż

yjemy w dobie szybkiego rozwoju odnawialnych źródeł energii, które mają znaczny wpływ na zmiany podaży mocy. „Stwarza to istotne wymuszenia dla elektrowni systemowych – konieczności zmian dostosowujących obciążenie” – czytamy w artykule prof. Krzysztofa Badydy (dotyczącym instalacji magazynowania energii z wykorzystaniem powietrza). Z kolei prof. Andrzej Strupczewski zauważa, że „koszty utrzymywania mocy rezerwowej w ostatecznym rozrachunku ponoszą obywatele danego kraju”. Potrzeba znalezienia idealnej technologii magazynowania pozostaje więc nadal dużym wyzwaniem, ale też koniecznością. Magazynowanie nadwyżek energii z OZE pozwoliłoby także na jednoczesne ładowanie wielu samochodów typu plug-in. Na przykład w ramach Programu HESTOR badane są możliwości wykorzystania energii elektrycznej z OZE do celów magazynowania wodoru i jego późniejszego wykorzystania m.in. jako paliwa do transportu.

A

ntidotum na wykorzystanie istniejącego w nadmiarze w okresie letnim ciepła systemowego poszukuje ciepłownictwo. Tutaj idealnym rozwiązaniem jest produkowanie chłodu.

O układach chłodniczych strumienicowych – urządzeniach z przeszłości, ale i z przyszłością – piszą autorzy w artykule „Wieje chłodem”.

N

iezaprzeczalnym wyzwaniem dla branży jest sprostanie coraz ostrzejszym normom dot. ochrony środowiska. Na pierwszy plan idą spaliny. Fotokatalityczna redukcja NO w obecności propanu lub innych gazów redukcyjnych – choć na razie nierozwinięta w takim stopniu, aby można było zastosować ją w warunkach spalin rzeczywistych, jest potencjalnym sposobem na ograniczenie oddziaływania tlenków azotu emitowanych z procesów spalania (więcej w artykule na s. 28).

W

yzwań jest sporo, ale niech to nie zniechęca naukowców do tworzenia i wdrażania we współpracy z przemysłem kolejnych pomysłów.

Rada Programowa: prof. Jan Popczyk, przewodniczący Rady Programowej, Politechnika Śląska prof. Andrzej Błaszczyk, Politechnika Łódzka Wiesław Chmielowicz, prezes zarządu ECO SA Juliusz Jankowski, główny analityk biznesowy, Departament Regulacji i Relacji Zewnętrznych PGNiG TERMIKA dr hab. inż. Maria Jędrusik, prof. nadzw. PWr, Politechnika Wrocławska Mieczysław Kobylarz, dyrektor ENGIE Energia Polska S.A. prof. Janusz Lewandowski, Politechnika Warszawska prof. Stanisław Mańkowski, Politechnika Warszawska dr inż. Andrzej Sikora, prezes zarządu Instytutu Studiów Energetycznych Sp. z o.o., Akademia Górniczo-Hutnicza im St. Staszica w Krakowie Jerzy Łaskawiec, ekspert ds. energetyki Waldemar Szulc, członek zarządu Towarzystwa Gospodarczego Polskie Elektrownie prof. nzw. dr hab. inż. Krzysztof Wojdyga, Politechnika Warszawska

Prezes zarządu BMP Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp. k.

Adam Grzeszczuk Redaktor naczelny Przemysław Płonka Redakcja Aldona Senczkowska-Soroka Redakcja techniczna Maciej Rowiński, Marek Fichna Prenumerata, kolportaż Aneta Jaroszewicz Sprzedaż: Beata Fas, Magda Kozicka, Ewa Zygmunt, Jolanta Mikołajec, Małgorzata Pozimska, Magdalena Widrińska

Druk: FISCHER POLIGRAFIA Cena 1 egzemplarza – 23,15 zł + 8% VAT Wpłaty kierować należy na konto: Bank Spółdzielczy w Raciborzu Nr konta: 40 8475 0006 2001 0014 6825 0001 Prenumerata krajowa: Zamówienia na prenumeratę instytucjonalną przyjmuje firma Kolporter Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością S.K.A.. Informacje pod numerem infolinii 0801 40 40 44 lub na stronie internetowej http://dp.kolporter.com.pl/

Magazyn kierowany jest do prezesów, dyr. ds. technicznych i głównych specjalistów (mechaników, automatyków, energetyków) reprezentujących branżę energetyczną, organizatorów targów, sympozjów, imprez branżowych, urzędów, ministerstw, instytutów, wyższych uczelni oraz biur projektowych.

Redakcja nie odpowiada za treść reklam.

Niniejsze wydanie jest wersją pierwotną czasopisma Wykorzystywanie materiałów i publikowanie reklam opracowanych przez wydawcę wyłącznie za zgodą redakcji. Redakcja zastrzega sobie prawo do opracowywania nadesłanych tekstów oraz dokonywania ich skrótów, możliwości zmiany tytułów, wyróżnień i podkreśleń w tekstach.

Artykułów niezamówionych redakcja nie zwraca.

Fot. BMP. Fot na okładce: 123rf

4 ECiZ 4/2016

Z D J Ę C I E N U M E RU

ZACHÓD SŁOŃCA Elektrociepłownia EC4 o zachodzie słońca – jeden z dwóch zakładów produkcyjnych Veolii Energii Łódź.

Zdjęcie zdobyło I miejsce w konkursie „Mamy kota na punkcie ciepła” zorganizowanym przez portal kierunekenergetyka.pl.

Fot. Wojciech Nowicki

ECiZ 4/2016 5

kierunekenergetyk a . pl

Fortum zamontowało kocioł w nowej ciepłowni w Bytomiu Fortum kontynuuje wartą około 50 milionów złotych budowę nowego źródła ciepła dla Bytomia. W ramach prac w powstającej ciepłowni firma zamontowała kocioł, który już niebawem posłuży do produkcji ekologicznego ciepła dla mieszkańców.

Zgodnie z planem nowoczesne źródło o mocy nominalnej 25 MW będzie gotowe z końcem 2016 roku.

Nowy kocioł WR-25 spełnia rygorystyczne normy środowiskowe i został zaprojektowany tak, aby w przypadku dalszego zaostrzenia limitów emisyjnych w przyszłości, mógł zostać do nich dostosowany bez konieczności ingerencji w jego konstrukcję. Urządzenie waży około 135 ton, czyli mniej więcej tyle co duży samolot pasażerski lub iglica Stadionu Narodowego w Warszawie. Paliwo do kotła będzie dostarczane ponadstumetrowym mostem skośnego nawęglania. Prace przy budowie tej konstrukcji są zaawansowane.

– Nowa ciepłownia w Bytomiu będzie stanowiła odrębny kompleks obiektów zlokalizowanych w bezpośrednim sąsiedztwie istniejącej elektrociepłowni Fortum w Miechowicach.

Nowoczesny zakład zapewni bytomianom dostęp do konkurencyjnego cenowo ciepła sieciowego. Pragnę podkreślić, że zarówno dzisiaj, jak i w długiej perspektywie czasowej Fortum gwarantuje bytomianom bezpieczeństwo dostaw ciepła – mówi Adam Kampa, manager ds. rozwoju elektrociepłowni Fortum.

Nowa ciepłownia będzie stanowiła rezerwę dla istniejącej infrastruktury ciepłowniczej w Bytomiu, a także posłuży jako podstawowe źródło ciepła dla bytomian w okresie letnim. Jej budowa stanowi element szerokiego planu inwestycyjnego Fortum dla śląskich miast, którego podstawą jest powstanie nowoczesnej elektrociepłowni w Zabrzu. Źródło i fot.: Fortum

Jak powstaje nowoczesna elektrownia węglowa?

Film produkcji Discovery Channel w prosty sposób tłumaczy działanie nowoczesnej elektrowni węglowej i odpowiada na pytania: jak nowy blok Enei o mocy 1075 MW zamieni węgiel wydobywany m.in. w Bogdance na prąd elektryczny, który trafi do naszych domów? jak dzięki nowoczesnym technologiom można w ekologiczny sposób wytwarzać czystą energię z węgla kamiennego? Źródło: Enea

6 ECiZ 4/2016

Ekologiczna elektrociepłownia w Rudzie Śląskiej Elektrociepłownia ma powstać na 16-hektarowej działce przy DTŚ pomiędzy Nowym Bytomiem, Rudą Południową a Chebziem. – Ten obszar w planie zagospodarowania przestrzennego oznaczony jest symbolem 1PO – tłumaczy Krzysztof Mejer, wiceprezydent Rudy Śląskiej.

– Oznacza to, że jest to teren przeznaczony do zabudowy produkcyjnej i gospodarki odpadami. Stosowną uchwałę w tej sprawie podjęli we wrześniu 2015 roku rudzcy radni – dodaje K. Mejer.

Dzięki inwestycji w Rudzie Śląskiej ma powstać Ekologiczne Centrum Odzysku (ECO), czyli bezpieczne dla środowiska i wydajne źródło energii. Ma to być zaawansowana technologicznie elektrociepłownia pozwalająca na jednoczesne wytwarzanie w tzw. trigeneracji energii elektrycznej, ciepła i chłodu na bazie paliwa odnawialnego, pochodzącego z odpadów resztkowych i osadów. Źródło i fot.: www.rudaslaska.pl

C I E K AW O S T K I

Ile?

Nowa elektrociepłownia Fortum dla Zabrza i Bytomia będzie zaopatrywała w ciepło sieciowe blisko 70 tysięcy gospodarstw domowych w obu miastach. Całkowita wartość inwestycji wyniesie około 870 milionów złotych. Zakład ma zostać oddany do użytku pod koniec 2018 roku. Źrodło: Fortum

Fot. freeimages.com

Z P O R TA L U

Z P O R TA L U

NCBJ planuje budowę badawczego reaktora nowej generacji

RO Z M A I TO Ś C I

10 GJ745

Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) rozważają budowę nowego reaktora w Świerku. Podpisany list intencyjny pomiędzy brytyjskim konsorcjum U-Battery a NCBJ otwiera drogę do powstania pierwszego w Polsce badawczego reaktora wysokotemperaturowego (HTGR). Umowa jest jednym z owoców dwudniowej wizyty przedstawicieli Ministerstwa Energii w Wielkiej Brytanii.

Fot. 123rf

– Kogeneracja jądrowa to proces jednoczesnego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w reaktorach jądrowych, z której mogą korzystać, w sposób dedykowany, duże zakłady przemysłowe – podkreśla prof. Grzegorz Wrochna, przewodniczący europejskiej Inicjatywy Przemysłowej Kogeneracji Jądrowej (Nuclear Cogeneration Industrial Initiative – NC2I).

– tyle ciepła można wyprodukować z biomasy z choinek, która została zebrana w tym roku w Warszawie. Źródło: PGNiG TERMIKA

kierunekenergetyk a . pl

PGE EJ 1 uzyskała postanowienie o zakresie raportu oceny oddziaływania na środowisko dla dwóch lokalizacji Postanowienie o zakresie raportu oceny oddziaływania na środowisko, wydane przez GDOŚ, obejmuje wskazane przez spółkę warianty lokalizacji.

W styczniu br. PGE EJ 1, w oparciu o wyniki przeprowadzonych analiz, zawnioskowała do Generalnego Dyrektora Ochrony Środowiska (GDOŚ) o objęcie procedurą oceny oddziaływania na środowisko dwóch lokalizacji tj. „Lubiatowo -Kopalino” (gmina Choczewo, sołectwa Słajszewo, Jackowo) i „Żarnowiec” (gminy Krokowa i Gniewino), rezygnując tym samym z przeprowadzenia dalszych badań w lokalizacji „Choczewo” (gmina Choczewo).

Źródło: ©Narodowe Centrum Badań Jądrowych

7 pokus polskiej energetyki Raport PwC prezentuje 7 zagadnień, które stanowią wyzwanie nie tylko dla firm energetycznych, ale również dla państwa – jako kształtującego przyszłe warunki funkcjonowania branży. #Pokusa 1: Wycofanie się z rynku energetyki konwencjonalnej.

Jak prowadzić działalność, aby utrzymać rentowność produkcji w długim okresie oraz sfinansować inwestycje?

Jednym z czynników pozwalającym utrzymać równowagę na rynku są odpowiednie regulacje.

Ich właściwy kształt umożliwia utrzymanie rentowości aktywów, zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego, wybór optymalnego dla gospodarki miksu energetycznego oraz kosztu funkcjonowania systemu.

„

Bez wdrożenia na znaczną skalę nowych technologii związanych z magazynowaniem energii, nie możemy rezygnować ze źródeł konwencjonalnych, które jak na razie jako jedyne gwarantują stabilne dostawy energii – Eryk Kłossowski, prezes zarządu PSE SA

Decyzja o objęciu procedurą oceny oddziaływania na środowisko lokalizacji „Lubiatowo-Kopalino” i „Żarnowiec” zapadła po przeprowadzeniu przez spółkę szeregu analiz, między innymi w oparciu o przeprowadzoną w 2015 roku inwentaryzację siedliskową oraz badania hydrogeologiczne. Przyczyną rezygnacji z lokalizacji „Choczewo” jest stwierdzone wysokie prawdopodobieństwo znaczącego negatywnego oddziaływania na sąsiadujący obszar Natura 2000 Białogóra.

W związku z tym, w lokalizacjach „Lubiatowo-Kopalino” oraz „Żarnowiec” realizowane będą badania środowiskowe i lokalizacyjne w pełnym zakresie, na potrzeby opracowania Raportu Oceny Oddziaływania na Środowisko dla Generalnej Dyrekcji Ochrony Środowiska i na potrzeby opracowania Raportu Lokalizacyjnego. Źródło i fot.: PGE EJ 1 ECiZ 4/2016 7

T E M AT N U M E R U

I nowoczesne technologie

Dzięki powietrzu Instalacje magazynowania energii z wykorzystaniem powietrza prof. dr hab. inż. Krzysztof Badyda, dr inż. Piotr Krawczyk, dr inż. Łukasz Szabłowski Politechnika Warszawska

Technologie z wykorzystaniem powietrza do magazynowania energii upatrywane są jako jedne z możliwych sposobów poprawy efektywności współpracy odnawialnych źródeł energii (cechujących się małą stabilnością generacji) z systemami elektroenergetycznymi.

8 ECiZ 4/2016

T E M AT N U M E R U

I

nowoczesne technologie

Fot. 123rf.com

Z WIATRU Udział energii pozyskanej z elektrowni wiatrowych sięgał już w roku 2014 poziomu 5%. Dynamika podaży energii z wiatru cechuje się silną zmiennością.

Stwarza to istotne wymuszenia dla elektrowni systemowych – konieczności zmian dostosowujących obciążenie

ECiZ 4/2016 9

T E M AT N U M E R U

I nowoczesne technologie

RYS. 1 Zasada pracy oraz podstawowe elementy instalacji elektrowni z wykorzystaniem magazynowania powietrza do produkcji energii w szczycie – oddzielony układ napędu sprężarki i odbioru mocy

Z

apotrzebowanie systemu elektroenergetycznego na moc jest z naturalnych względów zmienne w czasie. Dotyczy to zarówno zmian krótkookresowych, wahań dobowych, weekendowych, jak i zmian o charakterze sezonowym. Do kategorii źródeł mających bardzo duży wpływ na zmiany podaży mocy zaliczyć należy przede wszystkim elektrownie wiatrowe i słoneczne. W Polsce w ostatnich latach nastąpił silny rozwój energetyki wiatrowej. Łączna moc zainstalowana w siłowniach wiatrowych sięgnęła na koniec roku 2015 poziomu 5 100 MW (tab. 1) przy mocy zainstalowanej w KSE w granicach 40 000 MW. Konsekwencją tego są rosnące trudności w zbilansowaniu podaży mocy z zapotrzebowaniem.

Jak jasno wynika z tab. 1, Polska dołączyła w ostatnich kilku latach do światowej czołówki krajów rozwijających energetykę wiatrową (obecnie 12 miejsce pod względem mocy zainstalowanej).

Nasz system elektroenergetyczny cechuje się silnie rosnącym udziałem energii z OZE w generacji energii elektrycznej (tab. 2). Udział energii pozyskanej z elektrowni wiatrowych sięgał już w roku 2014 poziomu 5%. Dynamika podaży energii z wiatru cechuje się silną zmiennością. Oddawana moc źródeł wiatrowych

RYS. 2 Sposoby magazynowania powietrza w zbiornikach podziemnych.

Z kompensacją hydrauliczną (p = const), w zbiornikach „mokrych”.

W zbiornikach „suchych” (V = const)

chwilami sięga poziomu 90% mocy w nich zainstalowanej (w roku bieżącym zdarzało się, że średniogodzinowa generacja ze źródeł wiatrowych zbliżała się do poziomu 5 000 MWh), ale również często wartości bliskiej zero [3], [4]. Stwarza to istotne wymuszenia dla elektrowni systemowych – konieczności zmian dostosowujących obciążenie.

Z uwagi na specyficzną strukturę wytwarzania, opartą w naszym kraju praktycznie na monokulturze węglowej, taki poziom zmian okazuje się bardzo dotkliwy. W dłuższym horyzoncie czasowym, przy narastającym udziale generacji ze źródeł odnawialnych, należy spodziewać się potrzeby rozbudowy majątku wytwórczego krajowej energetyki o instalacje, w tym elektrownie, cechujące się zdolnością magazynowania energii.

Pula stosowanych w świecie technologii magazynowania energii elektrycznej w dużej skali ogranicza się w zasadzie do elektrowni szczytowo-pompowych oraz magazynowania energii przy pomocy sprężonego powietrza – elektrownie typu CAES (Compressed Air Energy Storage).

Obecnie w wielu ośrodkach naukowych prowadzi się intensywne prace nad poszukiwaniem nowych technologii magazynowania energii. Dane na ten temat zbierane są na przykład w [5]. W artykule przedstawiono dwie kategorie technologii magazynowania energii stwarzających możliwość akumulacji w dużej skali, z wykorzystaniem do tego celu: sprężonego powietrza – CAES (Compressed Air Energy Storage) oraz skroplonego powietrza – LAES (Liquid Air Energy Storage). Analizy tych technologii prowadzone były z udziałem autorów, na przykład w [6, 7, 8]. Stały się one przedmiotem zainteresowania w kraju, głównie w związku z coraz bardziej wyraźnie dostrzeganą koniecznością poszerzenia możliwości magazynowania energii w krajowym systemie elektroenergetycznym.

Compressed Air Energy Storage Zasadę pracy elektrowni CAES objaśniono na rys. 1. Korzysta się w niej z energii elektrycznej o niskim koszcie – dostępnej poza szczytami obciążenia

10 ECiZ 4/2016

T E M AT N U M E R U Kraj EU Chiny USA Niemcy Indie Hiszpania Wlk. Brytania Kanada Francja Włochy Brazylia Szwecja Polska Portugalia Dania Świat razem

2007 56 614 5 912 16 819 22 247 7 850 15 145 2 389 1 846 2 477 2 726 247 831 276 2 130 3 129 93 927

2010 84 278 44 733 40 200 27 214 13 064 20 676 5 203 4 008 5 660 5 797 932 2 163 1 107 3 702 3 752 197 637

systemu elektroenergetycznego – zazwyczaj nocami i w weekendy. Wykorzystywana jest ona do sprężania powietrza w wielkich zbiornikach. Akumulacja sprężonego powietrza bazuje na doświadczeniach, w tym polskich, z podziemnym magazynowaniem gazu sięgających okresu przed drugą wojną światową.

Sprężone powietrze wykorzystywane jest do zasilania turbiny gazowej w okresach zapotrzebowania na odbiór energii z elektrowni. Turbina zasilana jest paliwem (standardowo jest to gaz ziemny), temperatura powietrza z magazynu jest w konfiguracji prezentowanej na rys. 1 zbyt niska do efektywnej pracy. W pracy turbinowej nie ma potrzeby zasilania sprężarki, co jest wynikiem magazynowania w technologii CAES czynnika roboczego, a nie paliwa. Dzięki temu ułatwiony jest rozruch (brak obciążenia na potrzeby sprężarki), a moc oddawana do systemu elektroenergetycznego jest wysoka.

Ze względu na olbrzymie ilości potrzebnego powietrza i wynikające stąd ograniczenia finansowe dotychczas korzystano wyłącznie ze zbiorników naturalnych. W grę wchodzą na przykład kawerny solne, przestrzenie z formacji wodonośnych (aquifer), a także wyrobiska kopalni soli, kopalni kamienia wapiennego i innych minerałów powstałe w strukturze twardych skał. Zasilanie magazynu tego typu wiąże się z koniecznością schładzania powietrza. Niska temperatura jest konieczna z uwagi na bezpieczeństwo, umożliwia także zmagazynowanie w tej samej objętości większej masy czynnika roboczego.

Technologia CAES wprowadzona została do energetyki już przed wielu laty. Obiektami o dużej mocy są: Elektrownia Huntorf – 290 MW, Niemcy 1978, Elektrownia McIntosh – 110 MW, USA 1991. Działało i działa również szereg instalacji doświadczalnych z wykorzystaniem magazynowania sprężonego powietrza.

Z punktu widzenia przyszłości energetyki bazującej na źródłach odnawialnych interesujące są projekty ich współpracy z elektrowniami CAES. W USA

2012 106 454 75 564 60 007 31 332 18 421 22 796 8 445 6 200 7 196 8 144 2 508 3 745 2 497 4 525 4 162 282 482

2013 117 384 91 412 61 110 34 250 20 150 22 959 10 711 7 823 8 243 8 558 3 466 4 382 3 390 4 730 4 807 318 596

I

nowoczesne technologie

2014 128 752 114 763 65 879 39 165 22 465 22 987 12 440 9 694 9 285 8 663 5 939 5 425 3 834 4 914 4 845 369 553

2015 b.d.

145 104 74 772 44 947 25 088 23 025 13 603 11 205 10 358 8 958 8 715 6 025 5 100 5 079 5 063 b.d.

TAB. 1 Moc zainstalowana w siłowniach wiatrowych [MW], lista w kolejności krajów na świecie według roku 2015 [1], [2]

uruchomiono kilka instalacji doświadczalnych przeznaczonych do testowania nowych wariantów technologicznych magazynowania sprężonego powietrza, w tym, w roku 2012 Texas Dispatchable Wind (2 MW), gdzie badana jest współpraca turbiny wiatrowej z podziemnym zasobnikiem powietrza [5]. Projekty realizacji elektrowni CAES dużej mocy, przeznaczonych do współpracy z elektrowniami wiatrowymi przedstawiono na przykład w [6], [9] oraz fotowoltaicznymi [10].

Ciśnienie magazynowanego powietrza, ze względu na pojemność nawet dużych magazynów, musi być stosunkowo wysokie. Wartość maksymalna powinna być zauważalnie wyższa od wymaganej dla komory spalania współpracującej w instalacji „standardowej” turbiny gazowej. Wartość minimalna w cyklu pracy zbiornika powinna również przekraczać poziom wymagany jw. dla komory spalania. W grę wchodzą dwa podstawowe sposoby magazynowania powietrza: przy stałym ciśnieniu lub przy stałej objętości (rys. 2).

W rozwiązaniu o stałej objętości zbiornik pracuje w określonym przedziale ciśnień. Górne jest wyznaczane przez warunki geologiczne, przede wszystkim ze względu na zapewnienie szczelności (określonej dopuszczalnymi stratami powietrza) w trakcie eksploatacji. Ciśnienie dolne wyznaczane jest przez dopuszczalne warunki eksploatacji maszyn elektrowni zasilanej przez zbiornik. Z objętości zbiornika oraz wymienionych ciśnień wynika możliwy do uzyskania ładunek powietrza. Wspomnianą alternatywę (praca przy stałym ciśnieniu) stanowi układ podziemnego

TAB. 2 Produkcja brutto energii elektrycznej w Polsce w źródłach odnawialnych, w tym wiatrowych. Lata 2010-2014. Dane źródłowe wg [1]

Rok

Ogółem kraj

Ogółem OZE

Udział OZE

W tym wiatrowe

Udział wiatrowe

2010

157 658

10 888,76

6,91%

1 666,34

1,06%

2011

163 548

13 136,83

8,03%

3 204,55

1,96%

2012

162 139

16 878,88

10,41%

4 746,59

2,93%

2013

164 580

17 066,55

10,37%

6 003,81

3,65%

2014

159 058

19 841,18

12,47%

7 675,63

4,83%

ECiZ 4/2016 11

T E M AT N U M E R U

„

I nowoczesne technologie

zbiornika z kompensacją hydrauliczną. Wymagana jest w takim przypadku przestrzeń magazynowa w twardej skale oraz współpracujący, naturalny bądź sztuczny zbiornik wodny. Istotną zaletą układu pracującego ze stałym ciśnieniem jest możliwość wykorzystania znacząco (nawet kilkakrotnie) większej ilości zmagazynowanego powietrza w tej samej objętości, co w przypadku zasobnika pracującego przy stałej objętości.

Pojawił się pomysł magazynowania w sztucznych zbiornikach zlokalizowanych na dużej głębokości pod wodą. Wydaje się on możliwy do wykorzystania zarówno dla lokalizacji na dnie morskim, jak i w głębokich jeziorach, także w zbiornikach sztucznych.

Aktualnie w fazie badań i wykonania znajdują się dwa obiekty o mocy 1 MW, mające korzystać z takiej technologii. Są to instalacje: Hydrostor UCAES Demonstration Facility, obiekt zlokalizowany na obrzeżach Toronto, współpracujący z magazynem w jeziorze Ontario, znajdującym się na głębokości 80 metrów (zdolność magazynowania 4 MWh) oraz Hydrostor UCAES Aruba (zdolność magazynowania 8 MWh).

Istotną wadą elektrowni CAES w konfiguracji prezentowanej na rys. 1 jest niska sprawność magazynowania. Jest to przede wszystkim skutek wysokich strat związanych z odprowadzanym do otoczenia ciepłem chłodzenia (poprzez chłodnice międzystopniowe oraz chłodnicę końcową). Pokusą jest możliwość wykorzystania traconego ciepła. Jednym z rozwiązań jest wprowadzenie wysokotemperaturowego magazynowania energii, z wykorzystaniem pośredniego medium. Technologia taka określana jest mianem Advanced Adiabatic CAES (AA CAES).

S P R A W N O Ś Ć MA G A Z Y N U Każda z trzech głównych części procesu, to jest: • ładowanie magazynu – skraplania powietrza, • magazynowanie skroplonego powietrza i chłodu, • rozładowywanie magazynu – generacja energii, może zostać zorganizowana w różny sposób.

Konfiguracja poszczególnych elementów ma decydujący wpływ na sprawność magazynu.

Kluczowa z tego punktu widzenia pozostaje jednak energochłonność procesu skraplania.

Sama technologia LAES nie została jak na razie rozpowszechniona. Obecnie na świecie istnieje tylko jeden obiekt badawczy pracujący w technologii LAES, o mocy 350 kW i pojemności 2,5 MWh, zbudowany w 2011 roku w Wielkiej Brytanii [11]. oraz możliwość pracy w okresie 5 godzin przekładają się na możliwość magazynowania energii w ilości 1 000 MWh [5]. W wysokotemperaturowym, pracującym pod ciśnieniem magazynie ciepła przewidziano wykorzystanie złoża skalnego.

Liquid Air Energy Storage

Pojawił się pomysł magazynowania energii w sztucznych zbiornikach zlokalizowanych na dużej głębokości pod wodą Najbardziej istotnym elementem jest zasobnik ciepła, od którego wymaga się możliwości szybkiego jego poboru, przy stabilnej temperaturze wylotowej w trakcie cyklu pracy turbiny, to jest 4÷12 h. Poszukiwania prowadzone były w projektach badawczych realizowanych od około 40 lat dla całego spektrum rozwiązań, z wykorzystaniem ciepła przemian fazowych, mediów charakteryzujących się wysokim ciepłem właściwym, w tym złóż skalnych, ścian betonowych, płyt żeliwnych, ceramiki oraz układów hybrydowych. Początkowo brane pod uwagę układy z wykorzystaniem ciepła przemian fazowych wyłączono z rozważań ze względu na brak możliwości spełnienia warunku pracy w zakresie temperatur 50÷650°C przez jeden system.

Jedną z analizowanych koncepcji jest wykorzystanie do magazynowania ciepła oleju termalnego. W takiej

12 ECiZ 4/2016

konfiguracji zakłada się pracę dwóch zbiorników, jednego z gorącym i drugiego z chłodnym olejem.

Pierwszym projektem z tego zakresu w skali demonstracyjnej jest instalacja ADELE w Niemczech.

Obiekt jest wspólną realizacją m.in. RWE, GE, Zueblin, został dofinansowany z niemieckich funduszy państwowych. Moc docelowa instalacji równa 200 MW

Na instalację magazynowania energii przy pomocy skroplonego powietrza składają się moduły: skraplania, odzysku energii ze skroplonego powietrza oraz elementy pozwalające na jego przechowywanie.

Nadmiarowa energia elektryczna z sieci jest wykorzystywana do skroplenia powietrza. W procesie tym powietrze zostaje sprężone, a następnie schłodzone do momentu, kiedy z pierwotnego stanu gazowego przechodzi do ciekłego. W tej postaci powietrze jest magazynowane. Gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną w sieci wzrasta, za pomocą pompy podnoszone jest ciśnienie ciekłego powietrza, następnie jest ono ogrzewane, kosztem dostarczonego ciepła paruje.

Powietrze w postaci gazowej zostaje wykorzystywane do napędu turbin, w celu wytworzenia energii elektrycznej. W zależności od konfiguracji układu możliwe jest użycie dodatkowego paliwa (układ z komorą spalania), w celu znacznego podniesienia temperatury czynnika przed turbiną bądź rozprężanie powietrza bez zastosowania paliwa (układ adiabatyczny).

Podczas procesu odparowywania powietrza czynnik dostarczający ciepło jest schładzany do niskiej