Aby zagwarantować ekologiczne i zrównoważone podejście do ciepłownictwa sieciowe, Dania potrzebuje energii geotermalnej. Wymaga to dążenia do szybkiego wprowadzenia regulacyjnych i ekonomicznych warunków ramowych w celu wsparcia ogrzewania geotermalnego na dużą skalę.
Susanne Poulsen, Dyrektor Techniczny A.P. Moller Holding Geothermal, w niedawno opublikowanej opinii w publikacji “Ingeniøren – grid tech”, opisuje w jaki sposób ogrzewanie geotermalne może utorować drogę do zrównoważonego i lokalnie produkowanego zużycia biomasy w ciepłownictwie sieciowym w Danii.
„Musimy położyć kres wykorzystywaniu węgla w naszym systemie produkcji ciepła i znacznie obniżyć zużycie biomasy do bardziej zrównoważonego poziomu. Kluczowym pytaniem, które nasuwa się w związku z tym, jest pytanie, które źródło (źródła) ciepła będzie (będą) odpowiednio zastępować? Odpowiedź leży w połączeniu różnych zielonych źródeł. Bez geotermii, czyli zielonego ciepła z rdzenia ziemi, nie osiągniemy tego celu. Duże pompy ciepła, które pobierają ciepło z wody morskiej lub powietrza, są doskonałymi źródłami ciepła, jednak nie są w stanie dostarczyć wystarczającej ilości ciepła, aby ułatwić stopniowe odchodzenie od węgla i zmniejszyć zużycia biomasy. Mówiąc wprost, jeśli geotermia nie będzie częścią jutrzejszego koszyka energetycznego, nie będzie wystarczających zrównoważonych źródeł ciepła. Dlatego też zachęcamy do szybkiego wprowadzenia regulacyjnych i ekonomicznych warunków ramowych w celu wsparcia ogrzewania geotermalnego na dużą skalę”.
Przed letnią przerwą wakacyjną zdecydowana większość partii politycznych w duńskim parlamencie (Folketinget) uzgodniła długą listę kwestii związanych z klimatem, które mają być szczegółowo wynegocjowane jesienią tego roku.
Obecnie biomasa stała stanowi około dwóch trzecich energii odnawialnej w duńskim systemie energetycznym, co wynika z podejścia statystycznego – zgodnie z zasadami ONZ i UE – które w duńskim rachunku klimatycznym liczą emisje dwutlenku węgla pochodzące ze spalania biomasy jako zero. Jednakże duński ośrodek analityczny CONCITO stwierdził, że rzeczywiste duńskie emisje dwutlenku węgla pochodzące z bezpośredniego spalania biomasy wynoszą 14 mln ton rocznie.
Według CONCITO, zrównoważone zasoby biomasy są poważnie ograniczone i “zrównoważony zasób biomasy na osobę na świecie wynosi około jednej trzeciej tego, co dziś spalamy”. Innymi słowy, musimy zmniejszyć nasze zużycie biomasy o dwie trzecie, aby było ono rzeczywiście zrównoważone. Pytanie, na które należy zatem odpowiedzieć, brzmi: skąd weźmie się ciepło?
Zielone rozwiązanie to połączenie wielu źródeł energii
Istnieją dwa różne rozwiązania w zależności od miejsca zamieszkania: jedno rozwiązanie dla indywidualnych gospodarstw domowych poza dużymi miastami, a drugie dla miast, w których istnieje już system ciepłowniczy i/lub duża liczba odbiorców ciepła. W przypadku obszarów o mniejszej gęstości zaludnienia oczywistym wyborem mogą być indywidualne pompy ciepła. Jednakże pojedyncze pompy ciepła nie są ani miłe dla oka, ani dla ucha, są głośne i duże, co sprawia, że ogrzewanie sieciowe najlepiej pasuje do większych miast.
Obecnie przedsiębiorstwa ciepłownicze w dużym stopniu polegają na spalaniu odpadów, nadmiarze ciepła z elektrowni centralnych i biomasie. Krótko mówiąc, do tej pory przedsiębiorstwa ciepłownicze produkowały ciepło głównie poprzez spalanie czegoś, czy to węgla, odpadów, słomy, drewna, ropy naftowej czy gazu. Wszystkie one są źródłami emisji dwutlenku węgla, gdy są spalane, dlatego należy je w jak największym stopniu, jeśli nie całkowicie wyeliminować, z naszych dostaw ciepła. W Danii znaczna większość parlamentarna zgodziła się w czerwcu, że odpady, w znacznie większym stopniu niż obecnie, powinny być poddawane recyklingowi lub utylizacji. To z kolei będzie oznaczać mniej ciepła z ich spalania. Uzgodniono również, że należy zachęcać do korzystania z nadwyżek ciepła i dużych pomp cieplnych – co jest rzeczywiście dobrym rozwiązaniem.
Wyzwanie polega jednak na tym, że ilość ciepła, która ma być wytwarzana przez pompy ciepła, zasilane energią z wody morskiej lub powietrza, jest niewystarczająca.
Podczas mroźnych zimowych miesięcy pompy ciepła będą stanowić poważne wyzwanie ze względu na niską temperaturę wody morskiej i powietrza lub na to, że odpowiednia woda morska nie będzie dostępna w wymaganych ilościach, a tym samym nie będzie w stanie dostarczyć wystarczającej ilości ciepła.
Dlatego też wybór tylko dużych pomp ciepła, opartych na lokalnych źródłach energii w postaci powietrza i wody, będzie stwarzał zagrożenie dostaw. Największa obecnie działająca w Danii wodno-morska pompa ciepła dostarcza tylko około 1 procent ciepła, którego potrzebuje Aarhus, drugie co do wielkości miasto w Danii.
Oprócz wyzwań technologicznych związanych z rozbudową dużych pomp ciepła, istotne może być uwzględnienie kwestii środowiskowych związanych z chłodzeniem lokalnego środowiska morskiego na dużą skalę lub związanych z hałasem i wielkością instalacji pomp ciepła typu powietrze-woda w miastach.
Innymi słowy, duże pompy ciepła oparte na powietrzu i wodzie morskiej nie mogą same w sobie sprostać wyzwaniu związanemu z produkcją ciepła ekologicznego. Jest to z pewnością część rozwiązania, ale nie jest to całe rozwiązanie.
Tylko geotermia może zastąpić biomasę w obciążeniu podstawowym i pośrednim
Obciążenie szczytowe – tj. energia potrzebna do pokrycia zapotrzebowania na ciepło, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest najwyższe – może być, tak jak ma to miejsce obecnie, pokrywane za pomocą wkładów (bio)gazowych lub elektrycznych, które są tanie w budowie, ale drogie w eksploatacji i dlatego są optymalne dla obciążeń szczytowych. Ponadto, lokalna biomasa, taka jak słoma i zrębki drzewne, może stanowić górną część obciążenia pośredniego w systemie. Jednak obecnie nie ma innej alternatywy dla importowanej biomasy, jeśli chodzi o pozostałą część obciążenia pośredniego i część obciążenia podstawowego w systemie ciepłowniczym.
Krzywa efektów dla przyszłego systemu produkcji ciepła, w którym obciążenie podstawowe i pośrednie jest dostarczane przez geotermię i magazynowanie ciepła. Zapotrzebowanie na efekt w systemie ciepłowniczym to obszar pod linią przerywaną. Ciepło wytwarzane w okresie letnim jest wykorzystywane w okresie zimowym poprzez magazynowanie ciepła.
To właśnie tutaj ogrzewanie geotermalne jest kluczem do zrównoważonego zaopatrzenia w ciepło jutra. Geotermia może być źródłem energii, które wypełnia dużą część luki energetycznej w systemie. W rzeczywistości geotermia jest obecnie jedynym, oprócz biomasy, źródłem energii, które może dostarczyć niezbędnej energii do systemu, dlatego też geotermia odgrywa kluczową rolę w przechodzeniu na zaopatrzenie w ciepło ekologiczne na obszarach geograficznych, gdzie ciepła woda jest w wystarczającym stopniu obecna pod ziemią.
Zaletą ogrzewania geotermalnego jest to, że temperatura źródła energii jest stała (w przeciwieństwie do wody morskiej i powietrza). Temperatura ziemi wynosi od 40°C do 80°C na głębokości od jednego do trzech kilometrów i stanowi okno głębokości, w którym może wytwarzać się woda geotermalna w przypadku obecności zbiorników. Ilość energii dostępnej ze złóż podpowierzchniowych jest duża i może pokryć do 30 procent całkowitego zapotrzebowania na energię w sieci ciepłowniczej i aż do 50 procent zapotrzebowania na energię.
Ponadto, po dokonaniu inwestycji kapitałowych w instalacje geotermalne i odwierty, produkcja ciepła geotermalnego ma niskie koszty eksploatacyjne, co czyni ją konkurencyjną w stosunku do pomp ciepła powietrza i wody morskiej. W miesiącach letnich, kiedy zapotrzebowanie na ciepło z sieci ciepłowniczej może być pokryte przede wszystkim przez takie źródła, jak energia słoneczna i pompy wody morskiej, nadmiar ciepła geotermalnego może być magazynowany w dużych zbiornikach ciepłej wody użytkowej i służyć jako wsparcie w okresie letnim lub być oszczędzany do użytku zimowego. W ten sposób uzyskuje się większe bezpieczeństwo dostaw i bardziej ekologiczny koszyk energetyczny.
Teraz nadszedł czas, aby stworzyć ekologiczny system ciepłowniczy przyszłości
Gdy patrzymy na rok 2030, wizja jest jasna. Musimy stopniowo wycofać się z węgla i ograniczyć wykorzystanie biomasy do poziomu, na którym będzie ona wykorzystywana głównie w postaci lokalnej produkcji słomy lub zrębków drzewnych. Musimy zelektryfikować sieci ciepłownicze i wykorzystać szereg zielonych źródeł energii, które razem zapewniają nam bezpieczeństwo energetyczne, cenowe i dostaw, które węgiel daje nam od wielu lat.
Po roku 2040 przewiduje się więcej źródeł energii. Zauważamy, że istnieją plany stopniowego wprowadzania wielkoskalowych systemów PtX w połączeniu z technologiami wychwytywania i wykorzystania węgla (CCU – Carbon Capture and Utilization). Systemy PtX będą generować nadmiar ciepła z elektrowni wiatrowych, którego potrzebują przy produkcji paliw ekologicznych. Jednak produkcja ciepła jest w zasadzie niepożądanym produktem ubocznym procesów PtX: im bardziej nieefektywne są procesy PtX, tym większą nadwyżkę ciepła wytwarzają. W miarę doskonalenia technologii PtX w nadchodzących latach, nadwyżka ciepła z PtX będzie się zmniejszać. Zakres i harmonogram przyszłych nadwyżek ciepła z procesów PtX jest niepewny, natomiast ogrzewanie geotermalne jest jedyną gotową, wielkoskalową alternatywą dla importowanego ciepła z biomasy. Krzywa efektów dla przyszłego systemu produkcji ciepła, w którym obciążenie podstawowe i pośrednie jest dostarczane przez geotermię i magazynowanie ciepła. Zapotrzebowanie na efekt w systemie ciepłowniczym to obszar pod linią przerywaną. Ciepło wytworzone w okresie letnim jest wykorzystywane w okresie zimowym poprzez magazynowanie ciepła.
Dania ma możliwość stworzenia zintegrowanego, wydajnego i ekologicznego systemu ciepłowniczego – teraz politycy muszą stworzyć ramy regulacyjne i gospodarcze.
Źródło: Think Geoenergy
Fot. Pixabay
