11 důvodů pro plynovou kogeneraci

ABSTRACT: Following the reduction in Russian gas supplies, concerns arose about securing enough gas and about developing gas-intensive sectors. But despite the crisis, gas CHP will have a permanent place in the Czech energy sector and there are 11 reasons why they are still suitable.

Fotovoltaická elektrárna (FVE) je zdroj, který může poskytnout aspoň částečnou energetickou nezávislost a komunitní energetika může motivovat více lidí k jejímu pořízení. Pokud však má být snaha o energetickou soběstačnost a decentralizaci důsledná, tak je třeba v lokálních energetikách vážně zvažovat i plynovou kogeneraci. Sdružení COGEN Czech shrnulo 11 důvodů pro instalaci plynových kogenerací:

1. Fotovoltaika je jen doplňkovým řešením energetických potřeb

Fotovoltaika je sice jednoduchá na instalaci, ale v zimním měsíci vyrobí oproti létu jen cca 20 % elektřiny. To je v našich klimatických podmínkách její zásadní nevýhoda, neboť energetická bilance Česka i jednotlivých firem, budov či regionů je přesně opačná. Potřeba energie v zimě je několikanásobná proti létu.

Maximalizace výkonu FVE je často kontraproduktivní, protože třeba ve firmách není víkendovou výrobu jak využít. Pomocí FVE je tak obvykle možné pokrýt pouze cca 10-20 % potřeby energie. Potenciál jiných obnovitelných zdrojů energie (biomasa, bioplyn, odpady) je omezený, resp. u větru zase bude růst z mnoha důvodů velmi pomalý. Takže v mnoha případech bude nutné i nadále využívat plyn, v tom případě co nejefektivněji, tedy v kogeneraci pro výrobu elektřiny i tepla.

2. Kogenerace se výborně doplňuje s tepelnými čerpadly

Velmi perspektivní technologií jsou tepelná čerpadla (TČ). Ale ne všude jsou pro ně vhodné podmínky a v případě vzduchových TČ jejich výkon v zimě výrazně klesá. To, co je běžné na úrovni státu či velké teplárny, tedy mix různých, vzájemně se doplňujících zdrojů, bude v budoucnu stále častější i u menších zdrojů. Tepelné čerpadlo vyrábí teplo v dobách levné elektřiny, kogenerace (KGJ) v dobách jejího nedostatku a vysoké ceny. Kogenerace zároveň posílí distribuční síť pro očekávané masivní rozšíření domovních vzduchových tepelných čerpadel, která v zimních špičkách budou fungovat jako přímotop.

3. Teplárenství je klíčové pro dekarbonizaci sektoru tepla

Německo vyhlásilo teplárenskou ofenzívu a chce zvýšit podíl centrálního zásobování teplem (CZT) na dodávkách tepla ze současných 15 % na trojnásobek, tedy skoro na polovinu. Česko má už nyní na CZT napojeno 35 % spotřebitelů, a má tedy obrovskou výhodu, kterou by bylo škoda promarnit. Teplárenské sítě se stejně jako ty elektrické změní z jednostranného toku od zdrojů ke spotřebitelům na prostředníky mezi celou paletou obnovitelných zdrojů energie (OZE) a odpadního tepla doplněné řiditelnými plynovými kogeneracemi pro pokrytí zimních špiček potřeby tepla a elektřiny. Komunity by se tedy primárně měly budovat kolem stávajících CZT a využít tak plně potenciálu, který CZT nabízí.

4. I malá kogenerace je mnohem účinnější než supermoderní plynová elektrárna

Už malá kogenerace o výkonu 50 kW má elektrickou účinnost přes 30 %, ty větší o velikosti jednotek MW se blíží k 50 %. Právě proto, že jsou tyto zdroje relativně malé a umístěné v blízkosti spotřeby elektřiny a tepla, dosahují v kogeneračním režimu celkovou účinnost až přes 90 %, tedy mnohem víc než paroplynové elektrárny se 60 %. Při další optimalizaci provozu KGJ a využití všeho odpadního tepla i kondenzace spalin pomocí tepelného čerpadla se lze dostat až přes 100 %.

5. Potenciál pro kogeneraci je obrovský – vítr ani baterie uhelné zdroje v zimě nenahradí

V létě si časem s OZE vystačíme. Špičky výroby FVE v poledne budou absorbovány bateriemi pro dodávku elektřiny ráno a večer, další část jejich výroby pohltí elektrokotle a tepelná čerpadla pro výrobu teplé vody a tepla v průmyslových procesech. V zimě je však situace podstatně odlišná. Maximální zatížení je přes 12 GW a s růstem instalací individuálních i velkých tepelných čerpadel v CZT a průmyslu dál poroste. Pokud chce vláda splnit svůj plán ukončit výrobu elektřiny a tepla z uhlí do roku 2033, k pokrytí maximální potřeby musíme nahradit 6 GW uhelných elektráren plynovými zdroji. Z predikce spotřeby tepla při zohlednění potenciálu jiných zdrojů tepla (odpady, TČ, biomasa, apod.) plyne, že je možné postavit až 4 GW kogenerace. Na nedostatek zdrojů důrazně upozornila i ČEPS ve své letošní zprávě o zdrojové přiměřenosti.

To nejhorší, co by se mohlo stát, je, že se komunální a komunitní tepelná hospodářství budou zbavovat plynu, abychom, až nastane nedostatek řiditelných zdrojů, byli nucení dotovat výstavbu mnohem méně účinných paroplynových elektráren.

6. Kogenerace poskytují podpůrné služby provozovatelům soustav

Kdo se v energetice pohybuje, ví, jak prudce stouply v posledních letech ceny podpůrných služeb. Nejdříve kvůli covidu, kdy kvůli nízké poptávce nejely některé uhelné elektrárny, které byly dosud hlavním poskytovatelem těchto služeb. Pokud chceme uhlí vytlačit, musíme je nahradit jinými řiditelnými zdroji. Regulační kapacita baterií, příp. OZE, dokáže v příštích letech zajistit jen jednotky procent potřebného objemu těchto služeb. S rostoucím výkonem lokálních fotovoltaik bude řízení frekvence, napětí a účiníku stále složitější. Kogenerace může provozovatelům distribučních soustav významně pomoci a umožnit tak připojení dalších proměnlivých OZE zdrojů a redukovat náklady na posilování sítí. Benefitovat z účasti v systému podpůrných služeb bude v budoucnu běžné jak pro flexibilní zdroje, tak pro spotřebitele.

7. Kogenerace vyrábí elektřinu a teplo i v případě blackoutu

Jak dlouho budete s FVE a baterií „nezávislí a soběstační“ v zimě? Plynová síť je na elektřině nezávislá a bude funkční i v případě rozsáhlého blackoutu. Lokální kogenerace může zajistit chod kritické infrastruktury (důležité úřady, čističky odpadních vod apod.). Decentralizovaná energetika je z principu méně zranitelná na útoky, a to jak kybernetické, tak fyzické.

8. Kogeneraci kanibalizace nehrozí

Stačil jeden rok intenzivnější výstavby FVE (nejen u nás, ale i v okolních zemích) a již narážíme na limity současného systému. To se projevuje zápornými cenami elektřiny. Je třeba hledat způsoby, jak proměnlivou výrobu využít – elektrifikací sektoru tepla (elektrokotle, tepelná čerpadla), ukládáním do baterií, v budoucnu elektrolyzéry. To umožní v létě odstavit uhelné elektrárny. Tato opatření však budou mít zpoždění za prudkým tempem instalací FVE a nízké ceny v době slunečního svitu se stanou trvalým jevem. I ČEPS už upozorňuje, že by investoři měli předpokládat o 20 % menší výnosy, protože je bude muset kvůli přetížení sítě nuceně odstavovat. Naopak velmi rychle startující kogeneraci je možné provozovat řízeně pouze v dobách špiček ceny elektřiny a těžit i z rostoucí poptávky po podpůrných službách.

9. Provozní podpora zajištuje stabilní ekonomiku

Kogenerace je účinná, ale poměrně drahá technologie. Obecně platí, že čím jsou ceny elektřiny a plynu vyšší, tím se kogenerace víc vyplatí. Vedle investiční dotace je možné pro zajištění dlouhodobé návratnosti využít fungující systém provozní podpory, který je podobný s CfD (Contract for Difference) využívaným pro podporu obnovitelných zdrojů. Výše bonusu se každoročně upravuje podle aktuálních cen komodit a zajišťuje tak po celou dobu podpory stabilní ekonomiku provozu, bez excesů nahoru nebo dolů. A zohlední i případné budoucí zavedení emisních povolenek pro malé zdroje, které zatím povolenky neplatí. Aktuálně sice bonus není nutný, jenže podmínky pro dlouhodobou návratnost investice do kogenerační jednotky jsou velmi těžko predikovatelné, a to jak ceny komodit, tak legislativní prostředí. Systém provozní podpory je proto jak pro investory, tak pro financující banky stále důležitý, vždyť všichni předpokládáme, že se ceny plynu zase vrátí na „normálnější“ úroveň.

10. Není nutné do kogenerace investovat, stačí si kupovat teplo.

Vybudovat malý zdroj je otázkou pár měsíců. A je možné je stavět postupně, dle rozvoje CZT a potřeb tepla v dané lokalitě. Ale investovat vlastní prostředky není v mnoha případech nutné ani výhodné. Bilanční řízení elektrizační soustavy se z dřívějších hodinových intervalů posunulo ke čtvrthodinám a v budoucnu bude prakticky v reálném čase. Bude možné vstupovat na několik různých trhů s elektřinou a poskytovat různé typy podpůrných služeb. Prakticky každý energetický zdroj bude obsahovat i akumulátory tepla i elektřiny, do flexibilty budou zapojováni i spotřebitelé. Bude nutné vše nejen v reálném čase, ale i s co nejlepší predikcí řídit a optimalizovat. Energetika se stává tak komplexní, že stále větší část zákazníků zvolí nějakou formu energetické služby. Ať už je to Energy Contracting, který je již v současnosti velmi častým modelem pro provoz kogenerací, nebo nějaká forma externího provozování či dálkového řízení.

11. Budoucnost je v kombinaci OZE, jádra a zelených plynů

Když se řekne plyn, tak je třeba rozlišovat palivo a technologii. Dosud jsme měli ruský plyn, postupně přecházíme na zemní plyn (vč. zkapalněného) od jiných dodavatelů a pak nás čeká složitá a drahá cesta nahrazování zemního plynu v plynové síti zelenými alternativami: v omezené míře biometanem, postupně vodíkem a dalšími syntetickými palivy z přebytků obnovitelné elektřiny nebo dováženými ze zemí s lepšími podmínkami. Na lokální úrovni jsou využívána i další plynná paliva - bioplyn, důlní a skládkový plyn.

Plynové technologie (motory, u větších instalací spalovací turbíny) jsou zatím jedinými v průmyslovém měřítku dostupnými technologiemi, které tato zelená paliva umí zkonvertovat zpět na elektřinu a nejlépe kogeneračním způsobem i na teplo a energii paliva tak maximálně využít.

O AUTOROVI

Ing. Milan Šimoník nastoupil po studiu na VUT v Brně v roce 1990 do První brněnské strojírny (později ABB/ALSTOM). Jako projektant se účastnil výstavby elektráren a tepláren v Česku i v zahraničí. V letech 2008–2014 byl členem společného týmu ČEZ-MOL, který připravoval projekty paroplynových elektráren v Maďarsku a na Slovensku. Následně se v PSG-International podílel na modernizaci Teplárny Planá nad Lužnicí. Od srpna 2016 je výkonným ředitelem COGEN Czech, od roku 2017 i projektovým manažerem ve společnosti TEDOM.

Kontakt: simonik@cogen.cz