Cuplarea sistemelor de electricitate și de încălzire centralizată din Polonia aduce beneficii semnificative în ceea ce privește costurile și emisiile, permițând economisirea cumulată a 3,8 miliarde de euro și o reducere cu 57% a emisiilor anuale de dioxid de carbon (CO2) până în 2032, scrie un raport publicat de grupul tehnologic Wärtsilä. O concluzie esențială constă în importanța realizării unor active de generare flexibile în cadrul sistemelor de încălzire centralizată. Mai exact, utilizarea pompelor de căldură și a motoarelor pe gaz pentru cogenerare (CHP) este esențială pentru a integra eficient resursele regenerabile (RES).

Raportul intitulat „Powering Poland’s Future: Optimizarea sistemului energetic și a sistemelor de încălzire urbană pentru următorul deceniu”, abordează provocările specifice din Polonia legate de decarbonizarea sistemelor de încălzire centralizată, învechite și ineficiente, alimentate pe bază de cărbune. Cu ajutorul software-ului PLEXOS®, Wärtsilä a realizat analiza a aproape 200 de studii de țară și de sistem la nivel global pentru a identifica modelele optime care să susțină integrarea energiilor regenerabile și să reducă costurile de funcționare a sistemului precum și emisiile.

„Decarbonizarea sistemului de încălzire centralizată este mai dificilă din punct de vedere tehnologic decât cea a sistemului energetic”, spune Louis Strydom, director pentru creștere și dezvoltare la Wärtsilä Energy. „Studiul Wärtsilä arată calea către decarbonizare, subliniind importanța creării unor unități de generare flexibile în cadrul sistemelor de încălzire centralizată.”

Abordarea de tip „co-optimizare” nu numai că garantează un mix energetic mai durabil și mai eficient, dar prezintă și calea de tranziție cea mai eficientă din punct de vedere al costurilor. Concluzia vine în contextul în care, în sectorul energetic polonez, investițiile de până acum s-au concentrat în principal pe centralele mari cu turbine cu gaz cu ciclu combinat, ignorând potențialul de cuplare a sectoarelor de energetic și a celui de termie. Rezultatele modelării realizate de Wärtsilä arată că, prin co-optimizarea acestor sectoare, Polonia poate atinge mai multe obiective economice și energetice importante în următorul deceniu. Printre acestea se numără creșterea ponderii energiei regenerabile de la 29% în 2023, la 68% în 2032 și reducerea ponderii cărbunelui în producția de energie electrică de la 61% la 26%, iar în producția de energie termică de la 80% la 8%, până în 2032.

O pledoarie pentru motoarele în cogenerare

Aproximativ 3,5 GW în noi centrale electrice cu turbine cu gaz cu ciclu combinat (CCGT) sunt planificate pentru a alimenta rețeaua de electricitate din Polonia. Acestea ar trebui să funcționeze în regim de sarcină de bază sau de sarcină de bază flexibilă. Centralele CCGT pot atinge un randament electric de 60% la sarcină optimă, dar nu pot susține un randament ridicat la sarcină parțială și nu sunt potrivite pentru funcționarea ciclică, necesară în mod obișnuit în sistemele care implică volume importante de energie regenerabilă. Multe dintre proiectele planificate sunt amplasate pe locurile unor mari centrale pe cărbune existente, departe de localități, unde nu există sau există doar o cerere foarte mică de încălzire centralizată. Dimpotrivă, motoarele în cogenerare se potrivesc bine în marea majoritate a rețelelor de încălzire urbană din Polonia. Acestea pot produce simultan energie electrică și căldură utilă, atingând o eficiență totală de 90%. Motoarele în cogenerare oferă o flexibilitate excepțională, oferind un răspuns rapid pentru a echilibra producția variabilă de energie regenerabilă și reacționând rapid la schimbările de preț de pe piața energiei electrice, stabilizând astfel rețeaua într-un mod profitabil.

Studiul arată că centralele CCGT de 3,5 GWe planificate în Polonia nu sunt optime din punctul de vedere al costurilor – prin renunțarea la acestea s-ar putea obține economii suplimentare de 1,8 miliarde de euro în ceea ce privește costurile totale la nivel de sistem. În plus, sistemele optimizate și alimentate preponderent cu energie din surse regenerabile pot duce, în cele din urmă, la prețuri mai mici la energie și încălzire pentru consumatori pe termen lung.

Flexibilitatea joacă un rol esențial în decarbonizarea încălzirii centralizate, se arată în raport. „Investițiile direcționate către o gamă diversă de tehnologii flexibile sunt, prin urmare, primordiale pentru obținerea unui rezultat optim din punct de vedere al costurilor. […] În acest context, tehnologiile complementare includ motoarele în cogenerare, pompele de căldură, boilerele electrice, stocarea căldurii și stocarea electricității în bateri (BESS).

Motoarele și pompele de căldură permit cea mai eficientă integrare a energiei regenerabile

În modelare, motoarele în cogenerare și pompele de căldură se dovedesc a fi principalele elemente de sprijin pentru integrarea eficientă a capacităților tot mai mari din surse fotovoltaice și eoliene din Polonia. Motoarele în cogenerare flexibile au un rol minor, dar important în echilibrarea variabilității producției de energie regenerabilă în sistemele de energie electrică și termică. În același timp, pompele de căldură reprezintă un atu valoros prin absorbția excesului de energie regenerabilă în perioadele de producție excedentară, minimizând astfel reducerile și sporind eficiența.

Pentru scenariul de referință actual pe bază de cărbune, modelarea a arătat că tariful necesar pentru acoperirea integrală a cheltuielilor de exploatare era de 51,5 de euro pe megawatt-oră de energie termică (MWhth). Totuși, un sistem optimizat – caracterizat de un mix diversificat de tehnologii flexibile – are ca rezultat un tarif necesar pentru energia termică mai mic pentru toate combinațiile de prețuri pentru ziua următoare (DA) pentru energie electrică și gaze care au fost analizate. În toate scenariile optimizate, tariful de energie termică necesar pentru a acoperi atât cheltuielile operaționale, cât și cheltuielile de capital cu o rată internă de rentabilitate (IRR) de 10% a fost considerabil mai mic în comparație cu scenariul de referință bazat pe cărbune.

Un exemplu din Polonia

În aproape toate scenariile optimizate pentru OPEC Grudziądz, PLEXOS® proiectează motoare noi în cogenerare de 60 până la 80 MWe, echivalentul a 5 până la 7 unități, împreună cu 360 MWhth de stocare a căldurii și 11 până la 17 MWth în boilere pe gaz. Adăugarea pompelor de căldură și a boilerelor electrice are sens din punct de vedere economic atunci când prețul energiei electrice pentru ziua următoare este scăzut, iar prețul gazului este ridicat. După cum este evident pe piețele vecine din Germania și Danemarca, ponderea tot mai mare a energiei regenerabile duce la o volatilitate ridicată a prețului energiei electrice și permite investiții fezabile în pompe de căldură. În Polonia, prețul pentru ziua următoare a început deja să manifeste volatilitate, prețul ajungând la zero de mai multe ori pe săptămână.

Prin urmare, o strategie de co-optimizare, bazată pe un mix de combustibili mai durabil și mai dinamic, maximizează eficiența și asigură securitatea sistemului. Rezultatul este furnizarea de energie mai consistentă și la prețuri mai accesibile la nivelul întregii țări, avansând în același timp către îndeplinirea obiectivelor climatice ale UE.