PEC Ciechanów w 2022 roku zbudował kolejną, nową instalację ciepła odpadowego z przemysłu, prawdopodobnie unikatową w skali kraju. Konsekwentnie też dąży do uzyskania statusu efektywnej sieci ciepłowniczej.
Ciepło odpadowe oznacza niemożliwe do uniknięcia ciepło, które jest wytwarzane jako produkt uboczny w instalacjach przemysłowych lub instalacjach wytwórczych energii lub w sektorze usług i które bez dostępu do systemu ciepłowniczego lub chłodniczego pozostałoby niewykorzystane.
Zatem jest to zarówno typowe ciepło technologiczne z kogeneracji, chłodzenia czy powstające podczas wytwarzania ciepła o określonych parametrach o wykorzystania na cele przemysłowe przez ciepłownictwo. Wykorzystanie każdej z jego form leży w interesie Polski, ponieważ pozwala na osiągnięcie ograniczenia zużycia paliw kopalnych i efektywności energetycznej. Jest także istotne dla poprawy efektywności przedsiębiorstw w łańcuchu dostaw ciepła do konsumentów końcowych. Ciepło odpadowe z przemysłu to zmaterializowany synonim definicji energii, której nie zużyliśmy.
Mając tą świadomość PEC Ciechanów w roku 2022 zbudował kolejną, nową instalację ciepła odpadowego z przemysłu, prawdopodobnie unikatową w skali kraju. Ciepło z procesów chłodzenia kondensatu pary wykorzystywanej do adsorpcji rozpuszczalnika jest wykorzystywane bezpośrednio, bez potrzeby podnoszenia jego parametrów na potrzeby systemu ciepłowniczego. Pomysł wykorzystania ciepła odpadowego z drukarni BPC Sp. z o.o. zrodził się w efekcie analizy możliwości zagospodarowania zasobów przemysłowych ciepła odpadowego. Każdy z otaczających ciepłownię zakładów przemysłowych ma instalacje chłodnicze na potrzeby procesowe produkcji, często są to agregaty sprężarkowe, ponosi więc coraz większe koszty chłodzenia dysponując ciepłem odpadowym. Istotnym czynnikiem mającym wpływ na nasz wybór była odległość od sieci ciepłowniczej, istniejąca infrastruktura i parametry tego ciepła determinujące skalę niezbędnych nakładów. Ponieważ potrzeba zastąpienia dotychczasowego źródła ciepła odpadowego z przemysłu, o którym mowa dalej, była bardzo pilna z powodów ekonomicznych dla PEC Ciechanów i spotkała się z dużym zainteresowaniem tańszą opcją chłodzenia w dobie wzrostu kosztów paliw wynikającego z kryzysu energetycznego po stronie przedsiębiorstwa przemysłowego, bardzo szybko podjęto decyzję o wspólnej realizacji projektu. Przy proporcjonalnej partycypacji w nakładach. Zwrot inwestycji oszacowano wstępnie dla stron na około rok pracy instalacji. Drukarnia nie dysponowała jednak pomiarami jakości nośnika ciepła odpadowego i kalkulacje opierały się na szacunkach i krótkim pomiarze, ale mając na uwadze, że przy dużym obciążeniu produkcją instalacja odzysku ciepła ma szansę na rozbudowy o nowe moce.
Ciepło odpadowe w przypadku ciechanowskiej instalacji pochodzi z chłodzenia po kondensacji mieszaniny pary i rozpuszczalnika toluenu pochodzącej z procesu desorpcji parą węgla aktywnego adsorbującego rozpuszczalnik z powietrza odsysanego z maszyn drukujących. Układ odzysku rozpuszczalnika ma wydajność oczyszczania z rozpuszczalnika ponad 300 m3/h. Kondensacja następuje po dwóch etapach schładzania a kondensat w drugim etapie był schładzany na chłodni wentylatorowej.
Schemat instalacji odzysku ciepła odpadowego z przemysłu z drukarni BPC Sp. z o.o.
Dyspozycyjność mocy źródła ciepła odpadowego związana jest ściśle poziomem produkcji tj. zadruku papieru w drukarni. Poniższy wykres pokazuje jak ta zmienność wyglądała w trakcie próbnego rozruchu. Na wykresie widać zmienność parametrów temperatury zasilania ciepłem odpadowym w czasie, ale również satysfakcjonującą deltę temperatury sięgającą ponad 10 0C.
Temperatury nośnika ciepła odpadowego z przemysłu z procesów chłodzenia (drukarnia BPC)
Instalacja odzysku ciepła przemysłowego z drukarni przeszła pomyślnie próby i planowane jest jej uruchomienie w trybie normalnej pracy ciągłej w II kwartale 2023r. Pilotaż pracy instalacji w ramach projektu odzysku ciepła przemysłowego powiódł się i pozwolił na pracę instalacji z sukcesem, ze zmiennym obciążeniem przez niecałe 1882 godziny. Poniżej wykres przestawia ilości odzyskanego ciepła w funkcji czasu podczas prób rozruchu w 2022 r.
Energia odpadowa przemysłowa z procesu chłodzenia (drukarnia BPC) narastająco za okres GJ/h
Układ odzysku ciepła z drukarni BPC Sp. z o.o. działa na zasadzie uzupełnieniu chłodni wentylatorowej na wymiennik płytowy mocy 1,5 MWt woda/woda i odbiorze ciepła o zmiennych parametrach na zasadzie powrót – powrót do sieci ciepłowniczej z własnym systemem pompowym w komorze cieplnej. W ramach projektu wykorzystano infrastrukturę służącą wcześniej jako sieć parowa. Potrzebna byłą budowa obiektu kubaturowego dla węzła ciepłowniczego. Poniże zdjęcia pokazują instalację i miejsce włączenia do sieci.
Węzeł odzysku ciepła przemysłowego (widok) oraz obiekt instalacji odzysku ciepła odpadowego z przemysłu i włączenie do sieci ciepłowniczej
Pilotażowe badania efektywności procesu prowadzone przez 3 miesiące 2022 roku wyglądają obiecująco. Od strony technicznej konieczna jest jeszcze przebudowa odcinka istniejącej sieci ciepłowniczej zasilająca aktualnie w sezonie zimowym kilku odbiorców by umożliwić instalacji również w sezonie grzewczym i zmaksymalizować całoroczny poziom odzysku. Zwrot instalacji faktycznie, jak szacowano, nie przekracza rok pracy ze średnią mocą dyspozycyjną ok. 0,5 MWt. Przebudowa odcinka sieci była wcześniej planowana i jest realizowana w ramach projektu modernizacji sieci ciepłowniczej w celu ograniczenia strat przesyłu i dystrybucji ciepła w ramach działania 1.5 Efektywna dystrybucja ciepła i chłodu oś priorytetowa I Zmniejszenie emisyjności gospodarki POIŚ 2014 – 2020 z finansowaniem pozyskanym z NFOŚiGW. Jej celem miało być wyłączenie z eksploatacji niskoobciążonego odcinka sieci napowietrznej do którego aktualnie włączona jest nowa instalacja odzysku ciepła odpadowego.
Jak już wspominano wyżej w przyszłości wszystko będzie jednak zależne od ilości zleceń na druk w kolejnych latach i tego na ile moce produkcyjne drukarni będą wykorzystane. Nadal więc istnieje duże ryzyko planowania ilości ciepła do taryfy po stronie PEC Ciechanów i potrzeba posiadania alternatywy mocy dyspozycyjnej. Nie ma więc aktualnie motywacji do negocjacji z dostawcą ciepła przemysłowego ceny poniżej koszty wytwarzania własnych alternatywnych mocy dyspozycyjnych.
Argument mający zachęcać do odzysku ciepła odpadowego zawarty w Strategii dla Ciepłownictwa wskazujący na niską cenę ciepła odpadowego z przemysłu jest w obcym stanie regulacji nietrafiony i ten fakt należy sobie uświadomić. Natomiast niezaprzeczalne są inne korzyści tj. brak obciążenia tego kosztami EU ETS, kolejny element sumy ciepła dla efektywnego systemu ciepłowniczego i brak kosztów logistyki.
Wcześniejsze doświadczenie z ciepłem odpadowym z przemysłu wykorzystywanym w PEC Ciechanów dotyczą odzysku ciepła odpadowego z kogeneracji przemysłowej. W 2011 roku PEC Ciechanów roku podjął współpracę z Sofidel Poland produkującej chusteczki higieniczne, papier toaletowy oraz inną konfekcję papierową, aby kupować niepotrzebne w tej firmie ciepło z turbin gazowych. W tym przypadku nośnikiem ciepła jest woda więc wykorzystano wymiennik płytowy typu woda/woda. Dostawca ciepła odpadowego zbudował na swój koszt przyłącze oraz węzeł umożliwiający zarówno pobór ciepła z sieci ciepłowniczej przez Sofidel (stara nazwa Delitissue) jak i odbiór i zakup ciepła odpadowego z przemysłu dla PEC Ciechanów. Węzeł był projektowany według założeń PEC Ciechanów. Poniżej schemat węzła odbioru odpadowego ciepłą przemysłowego z kogeneracji.
Schemat technologiczny węzła zakupu/ sprzedaży ciepła od firmy Sofidel, dawniej Delitussue (oznaczone kolorem pomarańczowym)
Turbiny gazowe produkowały parę technologiczną oraz prąd na potrzeby przemysłowe, a nadmiar ciepła był przekazywany poprzez węzeł ciepłowniczy zbudowany na wymiennikach płytowych o mocy około 3 MWt oraz własnym systemem pompowym dostosowany do parametrów dostarczanego ciepła do sieci ciepłowniczej. Praca mogła być realizowana w dwóch opcjach – zasilanie w zasilanie latem lub zasilanie w powrót w sezonie grzewczym. W międzyczasie w systemie ciepłowniczym sukcesywnie obniżane są parametry pracy i tym samym temperatura zasilania co powala dłużej pracować w systemie powrót w powrót.
Schemat technologiczny włączenia instalacji odzysku przemysłowego ciepła odpadowego do sieci ciepłownizej PEc Ciechanów (zrzut z panelu sterowania)
Poniższy wykres pokazuje moce osiągane dla ciepła odpadowego z przemysłu pozyskanego z wytwarzania w kogeneracji na turbinach gazowych. Widoczna jest zmienność mocy, w dość szerokim zakresie, bo od 0 MWt do ponad 2 MWt. Moc dostępna zależy od potrzeb technologii produkcji i jest silnie skorelowana z zapotrzebowaniem produkcji na energię elektryczną. Kiedy zakład nie produkuje brak jest też odpadowego ciepła dla potrzeb systemu ciepłowniczego. Dokładaną analizę statystycznych parametrów ciepła odpadowego z przemysłu prezentuje poniższa tabela 1.
Poniższy wykres przedstawia uporządkowany poziom osiąganych mocy w ciągu 12 miesięcy pracy sieci ciepłowniczej. Zakup ciepła obejmował ponad 6000 godzin rocznie. Latem PEC Ciechanów miał mniejsze możliwości zakupu ciepła odpadowego z uwagi na konieczność zagospodarowania ciepła z odzysku z kotłów parowych wytwarzających na opisane wyżej potrzeby drukarni do odzysku rozpuszczalnika toluenu. Ponadto z uwagi na konieczność termicznego odgazowania wody sieciowej w obiegu parowym. Aktualnie sposób odgazowania uległ zmianie i maksymalizacja wykorzystania odpadowego źródła ciepła latem jest zależna od tego czy będzie bardziej korzystana niż wytwarzanie go we własnej kogeneracji. W sumie w ciągu 20 lat PEC Ciechanów zakupił ponad 522 tys. GJ odpadowego ciepła przemysłowego w systemie ciepłowniczym. Rocznie możliwości zakupu ciepła odpadowego wahały się od ok. 39 tys GJ do ponad 50 tys. GJ. Całkowity udział z sprzedaży ciepła odpadowego w PEC Ciechanów na przestrzeni 20 lat wahał się od 8 % do 11 %.
Uporządkowany wykres osiąganych mocy źródła kogeneracyjnego SOFIDEL za okres od 10.04.2020r – 31.03 2021r
Powyższe przykłady pokazują, że warto rozejrzeć się wokół i rozmawiać z przemysłem zwłaszcza w obliczu kryzysu energetycznego i deficytu paliw. Pożądane z perspektywy technicznej cechy ciepła odpadowego to jego stała dyspozycyjność, stabilne parametry i jak najwyższa temperatura oraz bliskość systemu ciepłowniczego. Jednak należy mieć świadomość ryzyka, wynikającego z faktu, że w przemyśle dyspozycyjność źródła jest problematyczna bo priorytetem jest realizacja produkcji dóbr, w reżimie narzuconym przez cechy danego rynku oraz potrzeby technologii w zakresie przeglądów, przestojów. Ciepło może być tu dodatkowym źródłem przychodu, ale niczego nie determinuje i zmieni priorytetów. Oczekiwanie dyspozycyjności i brak elastyczności związany z regulacją powoduje , że obie strony rozchodzą się w pół drogi. Ciepło w przemyśle traktowane jako produkt uboczny procesu produkcji, który może ,ale nie musi być wykorzystany. Może też być oddany środowisku bez uszczerbku dla założonych efektów ekonomicznych i technicznych podstawowej działalności. To zadaniem operatora sieci ciepłowniczej jest dostosować się do uwarunkowań ciepła odpadowego z przemysłu bo dostawca przemysłowy nie dostosuje się do potrzeb sieci ciepłowniczej. Tu tkwi często problem mentalny, organizacyjny oraz ekonomiczny. Problem wynikający nie z samej niechęci do ryzyka czy podjęcia wyzwania technicznego rozwiązania dla optymalnego zagospodarowania ciepła odpadowego z przemysłu w systemie ciepłowniczym tylko z obwiązujących zasad regulacji. Dzisiejszy system regulacji nie daje bowiem motywacji dla podejmowania ryzyka zagospodarowania ciepła odpadowego z przemysłu i współpracy z przemysłem dlatego mnożą się przypadki zrywania relacji B2B pomiędzy ciepłownictwem i przemysłem. Jeśli ciepło odpadowe z przemysłu ma być odzyskiwane podejście regulacyjne musi ulec zmianie w kierunku respektowania definicji ciepła odpadowego oraz uwolnienia relacji przemysł/ ciepłownictwo ze sztywnych ram taryfowania.
Źródło: PEC Ciechanów | COW
