Coal Exit – transformacja energetyczna w praktyce
Projekt Coal Exit koncentruje się na transformacji lokalnych systemów ciepłowniczych poprzez stopniowe odchodzenie od węgla. Działania obejmują modernizację infrastruktury oraz wdrażanie niskoemisyjnych technologii wytwarzania ciepła. W przygotowaniu, fazie projektowej lub budowie znajdują się przedsięwzięcia obejmujące źródła biomasowe, geotermię, pompy ciepła, instalacje solarne, magazyny ciepła oraz rozwiązania cyfrowe wspierające zarządzanie systemami ciepłowniczymi.
Szczecin – największy obszar inwestycyjny transformacji
Szczeciński system obejmuje około 400 kilometrów sieci i jest zasilany z 8 źródeł należących do 4 podmiotów. Już dziś wykorzystywane są w nim różne paliwa, w tym węgiel, gaz, olej, odpady komunalne i biomasa. To tutaj równolegle rozwijanych jest kilka projektów, które docelowo mają stworzyć nowoczesny, zróżnicowany miks technologiczny dla systemu ciepłowniczego miasta, oparty na odnawialnych źródłach energii, kogeneracji, elektryfikacji oraz inteligentnym zarządzaniu siecią.
NEW Dąbska – nowe źródło w szczecińskim miksie
Najbardziej zaawansowaną inwestycją jest projekt NEW Dąbska. Obejmuje on budowę źródła biomasowego. Instalacja będzie wspierana przez kotły gazowo-olejowe, które zapewnią stabilność dostaw ciepła w okresach zwiększonego zapotrzebowania oraz podczas prac serwisowych. Kotły biomasowe będą w stanie pokryć około 25 proc. zapotrzebowania Szczecina na ciepłą wodę użytkową, stając się jednym z kluczowych elementów przyszłego miksu energetycznego miasta.
Nowe jednostki mają możliwość wykorzystania w przyszłości biopaliw i biogazu co zwiększa elastyczność źródła oraz jego potencjał dekarbonizacyjny. Taki dobór źródeł wynika także z potrzeby ograniczania długoterminowego ryzyka ekonomicznego i regulacyjnego. Gaz ziemny zapewnia elastyczność oraz możliwość zabezpieczenia mocy szczytowych, ale oznacza również ekspozycję na zmienność cen paliwa i kosztów emisji CO₂. Dlatego w rozwijanym miksie ma pełnić funkcję przejściową i zabezpieczającą. Jednym z kierunków jego stopniowego zastępowania może być biometan, pod warunkiem rozwoju rynku, zapewnienia odpowiednich wolumenów oraz konkurencyjnych warunków zakupu.
Elektryfikacja i magazynowanie ciepła
Ważnym elementem rozwijanego miksu technologicznego jest kocioł elektrodowy New Cogen. Technologia typu Power to Heat pozwala wykorzystywać energię elektryczną do produkcji ciepła
w momentach nadwyżek energii w systemie elektroenergetycznym. W praktyce oznacza to tworzenie dodatkowej przestrzeni dla rozwoju odnawialnych źródeł energii oraz większą elastyczność pracy całego systemu ciepłowniczego.
Możliwości elektryfikacji wzmacnia magazynowanie ciepła. Pozwala ono oddzielić moment produkcji od momentu wykorzystania energii i lepiej dopasowywać pracę źródeł do warunków w systemie elektroenergetycznym. Jednocześnie rosnący udział pomp ciepła i kotłów elektrodowych wymaga uwzględnienia dostępności energii elektrycznej. Bezpieczeństwo dostaw musi więc opierać się na współpracy źródeł elektrycznych i paliwowych, lokalnego ciepła odpadowego oraz magazynów.
Lokalne zasoby energii i sieć gotowa na nowe źródła
Równolegle rozwijany jest projekt wykorzystania ciepła ze ścieków komunalnych. Inspiracją dla tego rozwiązania są doświadczenia duńskiej firmy Advansor, jednego z pionierów technologii pomp ciepła wykorzystujących jako czynnik roboczy naturalny dwutlenek węgla (CO₂).
Największym i jednocześnie najbardziej wymagającym przedsięwzięciem pozostaje projekt geotermalny. O ile budowa kotłowni biomasowej czy instalacji elektrycznych jest przede wszystkim wyzwaniem projektowym i wykonawczym, o tyle geotermia wymaga spełnienia szeregu warunków geologicznych, na które inwestor ma ograniczony wpływ.
Bezpieczeństwo dostaw w okresie przejściowym
Elementem strategii bezpieczeństwa pozostaje również utrzymanie części istniejących jednostek węglowych w tzw. zimnej rezerwie. Zakłada się, że w latach 2030–2033 kotły te będą mogły pełnić funkcję awaryjnego zabezpieczenia systemu na wypadek sytuacji kryzysowych lub niedostępności innych źródeł. Takie podejście pozwala prowadzić transformację w sposób odpowiedzialny, przy zachowaniu ciągłości dostaw ciepła dla mieszkańców.
Najbardziej wymagający operacyjnie pozostaje okres przejściowy, kiedy budowa nowych instalacji i rozruchy odbywają się równolegle z eksploatacją dotychczasowych źródeł. Dodatkowe zabezpieczenie mają zapewniać trzy kontenerowe kotłownie wielopaliwowe. Dwie przewidziano do pracy w stałych lokalizacjach, a trzecia jest mobilna. Ich zadaniem jest wspieranie systemu w szczytach zapotrzebowania, podczas modernizacji i w sytuacjach awaryjnych.
O odporności nowego układu będzie decydowała rzeczywista zastępowalność źródeł. Konieczne jest uwzględnianie silnych mrozów, awarii jednostki podstawowej oraz możliwych ograniczeń dostaw paliwa lub energii elektrycznej. Kolejne etapy odstawiania istniejących urządzeń muszą być powiązane z gotowością nowych mocy, ich sprawdzeniem w warunkach eksploatacyjnych i zapewnieniem odpowiedniej rezerwy.
Cyfryzacja w służbie sprawności i bezpieczeństwa
Transformacja Szczecina nie ogranicza się jednak wyłącznie do budowy nowych źródeł. Bardzo ważnym obszarem działań jest cyfryzacja systemu ciepłowniczego. Obejmuje ona modernizację i rozbudowę telemetrii oraz automatyki, zwiększanie liczby punktów pomiarowych, rozwój centralnych systemów analitycznych oraz standaryzację wymiany danych. W praktyce oznacza to przejście od klasycznego zarządzania siecią do modelu opartego na bieżącej analizie parametrów pracy systemu.
Rozwój sterowania ma umożliwiać uwzględnianie prognoz pogody i zapotrzebowania, dostępności źródeł, poziomu napełnienia magazynów oraz cen energii i paliw. Równolegle musi być rozwijane cyberbezpieczeństwo systemów automatyki przemysłowej, w tym ich segmentacja, procedury reagowania i możliwość bezpiecznego prowadzenia pracy przy utracie części narzędzi cyfrowych. Dane i automatyka stają się w ten sposób elementem bezpieczeństwa operacyjnego.
Współpraca na rzecz transformacji miasta
Przykładem współpracy wspierającej transformację jest również Okrągły Stół dla Szczecina, inicjatywa powołana przez Prezydenta Szczecina. Platforma skupia przedstawicieli samorządu, biznesu i operatorów infrastruktury, tworząc przestrzeń do wspólnego wypracowywania kierunków rozwoju miasta. W warunkach dynamicznych zmian technologicznych i regulacyjnych taki model współpracy pozwala skuteczniej koordynować proces transformacji energetycznej i przyspieszać realizację kluczowych inwestycji.
Znaczenie tej współpracy wynika z powiązania decyzji poszczególnych właścicieli infrastruktury. Odstawienie źródła przez jednego wytwórcę, budowa nowych mocy przez drugiego oraz modernizacja magistrali muszą być ze sobą zsynchronizowane. Samorząd wnosi do tego procesu również wiedzę o planowanym rozwoju zabudowy mieszkaniowej, terenów gospodarczych i przyszłym zapotrzebowaniu na energię. Pozwala to łączyć mapę inwestycji ciepłowniczych z długoterminowym rozwojem miasta.
Koszty transformacji z perspektywy odbiorców
Ekonomikę transformacji trzeba oceniać w całym cyklu życia inwestycji. Cena ciepła zależy od struktury kosztów paliw, energii elektrycznej, emisji, eksploatacji, remontów i amortyzacji, a także kosztu ciepła kupowanego od innych wytwórców. Zróżnicowany miks daje możliwość częściowego ograniczania wpływu zmian ceny pojedynczego paliwa, ale nie stanowi gwarancji niezmienności taryf. Kierunek zmian należy oceniać indywidualnie dla każdego systemu, z uwzględnieniem jego warunków technicznych i kontraktowych.
Dla odbiorcy równie ważny jak cena jednostkowa jest całkowity koszt ogrzewania. Termomodernizacja budynków, sprawność instalacji i świadome zarządzanie energią mogą ograniczać zużycie, dzięki czemu zmiana ceny nie musi oznaczać proporcjonalnej zmiany rachunku. Z perspektywy operatora oszczędności po stronie dotychczasowych klientów powinny iść w parze z pozyskiwaniem nowych odbiorców. Lepsze wykorzystanie sieci pozwala rozkładać koszty stałe na większy wolumen sprzedaży i ograniczać presję na jednostkowy koszt dostaw.
Projekty transgraniczne
Szczególne miejsce w transformacji zajmują projekty transgraniczne UNITED HEAT i TWIN HEAT, łączące systemy ciepłownicze polskich i niemieckich miast. Ich ponadregionalne znaczenie wynika z połączenia współpracy międzynarodowej, odnawialnych źródeł energii i wspólnego zarządzania dostawami ciepła. To przedsięwzięcia pokazujące w europejskiej skali, jak sąsiadujące miasta mogą wspólnie odchodzić od węgla, wykorzystywać lokalne zasoby energii i wzmacniać bezpieczeństwo mieszkańców.
UNITED HEAT – wspólny system OZE dla Zgorzelca i Goerlitz
Projekt zakłada budowę zintegrowanego systemu ciepłowniczego opartego wyłącznie na odnawialnych źródłach energii oraz stworzenie możliwości wzajemnego bilansowania potrzeb cieplnych po obu stronach granicy.
Po stronie polskiej powstają dwa nowe źródła:
• ciepłownia biomasowa wykorzystująca biomasę leśną i ciepłownia słoneczna współpracująca z dobowym magazynem ciepła.
Po stronie niemieckiej rozwijany jest zespół czterech komplementarnych źródeł:
• ciepłownia słoneczna z sezonowym magazynem ciepła, dwie pompy ciepła, jedna na jeziorze Berzdorf, druga na ściekach z oczyszczalni oraz dodatkowy kocioł biomasowy przeznaczony do pracy w okresach zimowych.
Elementem łączącym oba systemy będzie transgraniczny rurociąg o długości 12 km umożliwiający eksport i import energii cieplnej pomiędzy Polską i Niemcami.
UNITED HEAT jest jednym z najbardziej kompleksowych projektów realizowanych obecnie w europejskim ciepłownictwie. Łączy w jednym systemie biomasę, energię słoneczną, magazynowanie ciepła i pompy ciepła, tworząc praktyczne środowisko do zdobywania doświadczeń związanych z integracją wielu technologii odnawialnych.
TWIN Heat – wykorzystanie istniejącego połączenia do pełnej dekarbonizacji
Drugim strategicznym projektem transgranicznym jest TWIN Heat realizowany przez partnerów ze Słubic i Frankfurtu nad Odrą.
Projekt bazuje na istniejącym od 2015 roku połączeniu systemów ciepłowniczych obu miast. Dotychczasowa współpraca pokazała, że infrastruktura transgraniczna może poprawiać bezpieczeństwo dostaw oraz zwiększać efektywność wykorzystania mocy produkcyjnych po obu stronach granicy.
Kolejny etap zakłada przeprowadzenie pełnej dekarbonizacji systemu po stronie polskiej.
W ramach projektu istniejące kotły węglowe zostaną zastąpione przez kotły biomasowe. Inwestycja obejmuje również budowę magazynu biomasy, magazynu ciepła oraz modernizację infrastruktury pomocniczej.
Ważnym elementem przedsięwzięcia jest rozwój inteligentnego systemu zarządzania pracą połączonych sieci. Wykorzystywane będą dane historyczne, prognozy pogody, informacje o aktualnym stanie sieci oraz algorytmy sztucznej inteligencji wspierające prognozowanie zapotrzebowania na ciepło i optymalizację pracy źródeł.
Chojnice – budowa efektywnego systemu bez węgla
Kolejnym przykładem realizacji strategii Coal Exit są Chojnice, gdzie przygotowywany jest projekt całkowitego odejścia od wykorzystania miału węgla kamiennego do produkcji ciepła. Podstawą nowego układu będzie kotłownia biomasowa, projekt od początku został jednak zaplanowany w sposób umożliwiający dalszą rozbudowę.
Pod względem technologicznym nowa ciepłownia będzie bardzo zbliżona do rozwiązania przygotowywanego obecnie w Słubicach. W ramach inwestycji powstaną również magazyny biomasy oraz magazyn energii cieplnej.
Nowe źródło będzie współpracowało z istniejącą w Chojnicach elektrociepłownią należącą do Celsium Serwis, opartą na kogeneracyjnych silnikach gazowych. Wspólna praca obu instalacji pozwoli zapewnić chojnickiemu systemowi ciepłowniczemu status efektywnego energetycznie systemu ciepłowniczego. Istotnym elementem transformacji będzie również całkowita eliminacja miału węgla kamiennego z procesu produkcji ciepła. W tym celu układ zostanie uzupełniony o dwa kotły wielopaliwowe na paliwa płynne.
Rola biomasy w transformacji ciepłownictwa
W transformacji polskiego ciepłownictwa szczególną rolę odgrywa biomasa, zwłaszcza pozostałości i produkty uboczne przemysłu drzewnego. Z perspektywy praktycznej realizacji inwestycji jest ona dla wielu istniejących systemów jednym z kluczowych warunków osiągnięcia statusu efektywnego energetycznie systemu ciepłowniczego przy kosztach możliwych do zaakceptowania przez odbiorców. Bez jej udziału racjonalna ekonomicznie transformacja części lokalnych ciepłowni byłaby znacznie trudniejsza, a presja na ceny ciepła większa.
Za wykorzystaniem biomasy przemawiają również uwarunkowania technologiczne. Znaczna część polskich sieci została zaprojektowana do pracy na wysokich parametrach temperaturowych. Biomasa umożliwia stabilne i dyspozycyjne wytwarzanie ciepła o takich parametrach, dzięki czemu może być integrowana z istniejącą infrastrukturą bez konieczności jej natychmiastowej, kompleksowej przebudowy. Ma to szczególne znaczenie w małych i średnich systemach, zwłaszcza w miastach powiatowych, gdzie możliwości finansowe są ograniczone, a koszt głębokiej modernizacji przypada na relatywnie niewielką liczbę odbiorców.
Dlatego ważne jest utrzymanie możliwości wykorzystywania zrównoważonej biomasy leśnej oraz pozostałości z przemysłu drzewnego w transformacji takich systemów, przy spełnieniu właściwych kryteriów środowiskowych i zrównoważonego rozwoju. Równie istotne jest uwzględnienie inwestycji biomasowych w instrumentach finansujących transformację ciepłownictwa, w tym w Funduszu Transformacji Ciepłownictwa. To postulat wynikający z realiów lokalnych systemów: wykluczenie tej technologii ze wsparcia mogłoby ograniczyć dostępne ścieżki dekarbonizacji, a koszty droższych rozwiązań ostatecznie obciążyłyby mieszkańców mniejszych miast.
Nowoczesne ciepłownictwo a atrakcyjność inwestycyjna miast
Utrzymanie efektywności i obniżanie emisyjności systemów mają również znaczenie dla rozwoju miast. Parametry kupowanego ciepła wpływają na bilans emisji przedsiębiorstw, a możliwość wykorzystania sieci do odbioru ciepła odpadowego może poprawiać ekonomikę nowych przedsięwzięć. Dla inwestora liczy się więc nie tylko obecność infrastruktury, lecz także jej przyszły miks, zdolność przyjęcia dodatkowego zapotrzebowania i wiarygodny plan modernizacji. Nowoczesne ciepłownictwo staje się jednym z czynników atrakcyjności inwestycyjnej lokalizacji.
Coal Exit to nie tylko program inwestycyjny
To proces budowania organizacji przygotowanej do funkcjonowania w nowym modelu energetyki cieplnej opartej na zróżnicowanym miksie technologicznym, inteligentnym zarządzaniu energią oraz umiejętności realizacji coraz bardziej zaawansowanych projektów infrastrukturalnych.
Realizowane inwestycje są czymś więcej niż pojedynczymi projektami. Tworzą portfel doświadczeń, który pozwala lepiej przygotować się do kolejnych etapów transformacji. Każda zakończona analiza, uzyskana decyzja administracyjna, zrealizowana inwestycja czy uruchomione źródło ciepła budują wiedzę, którą można wykorzystać w następnych lokalizacjach.
To szczególnie istotne w czasie, gdy sektor ciepłowniczy znajduje się w jednym z największych procesów zmian w swojej historii. Tempo transformacji będzie zależało nie tylko od dostępności technologii czy finansowania, ale również od zdolności organizacji do skutecznego planowania i realizacji złożonych przedsięwzięć inwestycyjnych.
W artykule przedstawiono inwestycje realizowane w ramach projektu Coal Exit w Spółkach Szczecińska Energetyka Cieplna, NEW Cogen, SEC Zgorzelec, SEC Region – będących częścią E.ON Energy Infrastructure Solutions Polska.
Adam Kampa
