Rozsądne wykorzystywanie nadmiaru energii elektrycznej

Termin „Power-To-Heat” staje się coraz ważniejszy w rewolucji energetycznej. Zasada jest prosta: energia elektryczna jest przekształcana na ciepło przy stopniu sprawności wynoszącym prawie 100%. Po dogłębnej analizie, rzekomy ekologiczny grzech przetwarzania cennej energii elektrycznej na ciepło staje się celowy i otwiera nowy lukratywny rynek w czasach bardzo zmiennych cen energii elektrycznej, nawet do poziomu ujemnego.

Energie odnawialne są przyszłością wytwarzania energii elektrycznej w Niemczech, lecz jednocześnie powodują silne wahania w sieci elektrycznej. W zależności od warunków pogodowych, elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne dostarczają różne ilości energii elektrycznej. Aby zrównoważyć te wahania, wytwarzanie energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych musi być regulowane, a czasami nawet całkowicie odłączane od sieci. Również odbiorcy muszą stać bardziej elastyczni w zakresie podłączanych obciążeń (reakcja przez zapotrzebowanie). Tylko dzięki złożonym mechanizmom kontrolnym można utrzymać stałą częstotliwość 50 Hz. Niemieccy operatorzy sieci są zobowiązani do utrzymania częstotliwości sieci na stałym poziomie 50 Hz oraz do kompensacji wahań spowodowanych nadwyżką lub niedoborem energii elektrycznej.

Aby wykorzystać ewentualne nadwyżki energii elektrycznej, może ona zostać przetworzona na ciepło przez systemy Power-To-Heat i wprowadzona do sieci ciepłowniczej.

Systemy Power-To-Heat mogą być stosowane zarówno w zakresie niskich temperatur, jak i w zakresie wysokich temperatur (para).

W zdecentralizowanym zakresie niskich temperatur stosuje się głównie pręty grzejne lub wkłady grzejne. W zakresie wysokich temperatur stosowane są kotły elektrodowe. Przy wykorzystaniu takich kotłów technicznie możliwe jest wytwarzanie pary procesowej o ciśnieniu do 30 bar. Wytworzona w ten sposób para nasycona może być przegrzewana do wyższych temperatur za pomocą nagrzewnicy elektrodowej i w ten sposób spełniać wyższe wymagania dotyczące wytwarzania pary.

Wytwarzanie pary wodnej opiera się na rezystancji elektrycznej wody kotłowej, której przewodność elektryczna musi być odpowiednio niska (regulacja do 60 μS/cm). Wymaga to koniecznie bardzo wydajnego układu uzdatniania wody. Sprawność kotła elektrodowego zależy w znacznym stopniu od jakości dostępnej wody i jest na ogół znacznie wyższa niż sprawność kotła parowego, ponieważ nie występują straty cieplne spowodowane gorącymi spalinami.

Akumulatory ciepła nie są częścią standardowego systemu Power-To-Heat, lecz pozwalają na bardziej elastyczne wykorzystanie. Systemy Power-To-Heat z akumulatorami ciepła mogą dzięki temu uczestniczyć w rynku rezerwowym wtórnym i minutowym w przypadku w chwili wystąpienia standardowego zapotrzebowania na moc bez konieczności równoczesnego doprowadzania ciepła do sieci ciepłowniczej (np. w lecie).

Koszty inwestycji w kotły elektryczne, wykorzystywane głównie w sieciach ciepłowniczych, wynoszą około 75 do 100 euro za kilowat. Koszty różnią się w zależności od obszaru zastosowania i istniejącej infrastruktury. W zakresie wysokich temperatur należy stawiać wyższe wymagania wobec systemu, co oznacza, że koszty inwestycji mogą być nawet dwukrotnie wyższe. Wynoszą one około 100 do 200 euro za kilowat. Szczególnie lukratywne są duże systemy, które mogą zamortyzować się już po trzech do pięciu latach przy obecnych cenach na regularnym rynku. Mniejsze, zdecentralizowane instalacje są mniej rentowne pod względem ekonomicznym, ponieważ przy tych samych przychodach jednostkowych naliczane są wyższe koszty jednostkowe.

Roczne koszty utrzymania wynoszą około 3% kwoty inwestycji i są porównywalne z kotłownią opalaną gazem ziemnym. Typowe części zużywalne nie występują. System Power-To-Heat musi być jednak serwisowany raz w roku przez dwa dni. Pompy, zawory oraz elementy sterujące przepływem wody, pary, skropliny itp. podlegają takiemu samemu zużyciu jak klasyczny system kotłów parowych.

W centralnej instalacji Power-To-Heat ciepło wytwarzane z energii elektrycznej jest podawane do sieci zasilającej. Klasycznym przykładem takiej sieci ciepłowniczej jest komunalna sieć centralnego ogrzewania. Wytworzone ciepło jest doprowadzane do konsumenta poprzez izolowany system rur.

Elektrociepłownie, takie jak połączenie kogeneratora zasilanego biogazem z systemem Power-To-Heat mają tę zaletę, że ten zespół działa razem bardzo efektywnie i jest często połączony z następnym wykorzystaniem ciepła. Sterowanie instalacji Power-To-Heat zapewnia ciągłość pracy elektrociepłowni, umożliwiając jej udostępnianie pełnej mocy.

Zadaniem rynku usług bilansowania mocy jest równoważenie wahań w sieci elektrycznej. Obecnie do produkcji energii elektrycznej coraz częściej wykorzystywane są energie odnawialne. Chociaż wiatr i słońce nie produkują ciągle tej samej mocy przez cały rok, dostawy energii elektrycznej w Niemczech mogą być utrzymywane w sposób ciągły. Odbywa się za pośrednictwem energii bilansującej, które jest wykorzystywana dokładnie wtedy, gdy występuje nierównowaga między produkcją a zużyciem. Tzw. „rezerwa podstawowa” kompensuje te wahania w ciągu pięciu minut, a „rezerwa minutowa” w ciągu kwadransa.

Energia bilansująca jest podzielona na „dodatnią energię bilansującą” i „ujemną energię bilansującą”. Przy „dodatniej energii bilansującej” występuje zwiększone zapotrzebowanie na energię elektryczną w stosunku do mocy wytwórczych, dlatego też energia elektryczna musi być szybko wprowadzana do sieci. W przypadku „ujemnej energii bilansującej” sieć jest bilansowana przy zbyt niskim zapotrzebowaniu. W tym przypadku konieczne jest pobieranie energii elektrycznej z sieci. Operator elektrowni działającej na rynku usług bilansowania mocy otrzymuje opłatę za zapewnienie dodatkowych mocy wytwórczych („dodatnia energia bilansująca”) lub za ograniczenie zasilania („ujemna energia bilansująca”). Systemy Power-To-Heat są stosowany głównie w zakresie „ujemnej energii bilansującej”.

W czasach ujemnych cen energii elektrycznej niektóre elektrownie konwencjonalne nie mogą zostać odłączone od sieci, ponieważ nie są w stanie wystarczająco szybko regulować swojej pracy (np. elektrownie jądrowe).

Dzięki zastosowaniu systemów Power-To-Heat można zmniejszyć moc konwencjonalnych elektrowni, co ostatecznie prowadzi do bardziej efektywnego wykorzystania odnawialnych źródeł energii i zmniejszenia emisji CO2.

W czasach zwiększonej produkcji energii elektrycznej z elektrowni wykorzystujących energie odnawialne mogą wystąpić przeciążenia sieci, które operator sieci musi monitorować. W tym przypadku turbiny wiatrowe są wyłączane przy silnym wietrze, jednak operatorzy tych turbin nadal otrzymują dotacje. Ograniczana w innych przypadkach moc elektryczna może być wykorzystywana w systemie Power-To-Heat i zapewnić korzyści ekonomiczne. Ta zasada odciążenia sieci jest realizowana poprzez tzw. zarządzanie poziomem zasilania.

Ceny energii elektrycznej na giełdzie mogą w pewnych sytuacjach osiągnąć wartość ujemną. Dzieje się tak w czasach, gdy podaż przekracza popyt. Jeśli operator Power-To-Heat kupuje tę energię elektryczną, może wykorzystać tę nadwyżkę energii do produkcji ciepła po rozsądnej cenie. Tym samym ekologicznie czysta energia elektryczna wytwarza bardzo efektywnie ciepło. Jednakże godziny z ujemnymi cenami energii elektrycznej nadal stanowią bardzo małą część przebiegu cen energii elektrycznej w ciągu roku. W 2014 r. wystąpiły 64 godziny po cenach ujemnych, co dało niewielki udział w wysokości 0,73% za cały rok. Ogólnie jednak można zaobserwować tendencję wzrostową. W 2015 r. udział energii o ujemnej cenie wzrósł prawie dwukrotnie do 1,4%.

Opłata EEG promuje produkcję energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii. Do 2025 r. co najmniej 40 do 45% dostaw energii elektrycznej powinno pochodzić z odnawialnych źródeł energii, co ma być motorem napędowym rewolucji energetycznej. Jednakże „zielona energia elektryczna” nie generuje na giełdzie niezbędnych przychodów, których operatorzy potrzebują do prowadzenia działalności gospodarczej. Różnica jest równoważona przez opłatę EEG, którą ostatecznie pokrywa odbiorca energii elektrycznej. Z kilkoma wyjątkami opłata EEG musi być uiszczana przez wszystkich odbiorców energii elektrycznej. Głównymi wyjątkami są przedsiębiorstwa w sektorach energochłonnych, które w przeciwnym razie płacąc opłatę EEG nie byłyby w stanie konkurować na rynku międzynarodowym.

  • niskie jednostkowe koszty inwestycyjne dla dużych instalacji (moc powyżej 10 MW)
  • w zależności od koszyka energetycznego znaczna redukcja emisji CO2 (każda MWh pary wytworzonej przy użyciu energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych oszczędza 0,22 t CO2 w porównaniu do gazu ziemnego)
  • roczne przychody z reakcji na zapotrzebowanie lub udziału w rynku usług bilansowania mocy przez TRL i SRL (trzeciorzędową i wtórną rezerwę operacyjną)
  • dodatkową energię elektryczną dla elektrodowych kotłów parowych można uzyskać poprzez odpowiednie zarządzanie obciążeniem bez dodatkowych kosztów eksploatacyjnych sieci → idealne dla czasowej kompensacji zapotrzebowania na energię elektryczną i parę
  • sprawdzona technologia, jest stosowana w Skandynawii od 30 lat
  • idealne do stosowania na obszarach zagrożonych wybuchem → brak spalania, brak zagrożenia pożarowego
  • idealne do bardzo surowych wymagań dotyczących emisji → brak spalin
  • elektrodowy kocioł parowy może pracować bez nadzoru przez 72 godziny

Żyjemy w partnerstwie
Znajdź swoją osobę do kontaktów.

Za sprawą około 30 oddziałów w Niemczech i Europie jesteśmy zawsze blisko klienta.
Zapraszamy do kontaktu. Jesteśmy do Państwa dyspozycji.

Szukasz kontaktu w swojej okolicy?
Po prostu wprowadź kod pocztowy.
Karte wird geladen...