Elektryfikacja przemysłu – pierwszy krok do zeroemisyjnej i tańszej produkcji

Elektryfikacja przemysłu polega na zastępowaniu technologii i urządzeń zasilanych paliwami kopalnymi ich elektrycznymi odpowiednikami. Obejmuje to zarówno źródła ciepła (np. kotły, piece, nagrzewnice), jak i napędy maszyn czy systemy transportu wewnętrznego. Energia elektryczna staje się głównym nośnikiem energii w zakładzie, a tam, gdzie to możliwe, pochodzi z odnawialnych źródeł energii (OZE) lub wysokosprawnej kogeneracji.

Proces elektryfikacji zakładu przemysłowego zazwyczaj przebiega dwuetapowo. W pierwszym kroku przedsiębiorstwo zastępuje instalacje oparte na spalaniu paliw kopalnych – takich jak kotły parowe opalane węglem, gazowe suszarnie czy silniki spalinowe – urządzeniami elektrycznymi. Przykładowo, kotły wodne i parowe można zastąpić elektrycznymi grzałkami, kotłami elektrodowymi lub przemysłowymi pompami ciepła, które zazwyczaj zapewniają wyższą sprawność energetyczną. Natomiast, napędy spalinowe lub parowe – na elektryczne silniki, sterowane falownikami.

W drugim etapie, po elektryfikacji źródeł, zakład może przejść do „zazielenienia” energii, czyli ograniczenia śladu węglowego dostarczanego prądu. Odbywa się to poprzez inwestycje we własne źródła OZE (np. instalacje PV na dachach hal produkcyjnych lub farmy wiatrowe na terenach zakładowych), zakup zielonej energii z gwarancjami pochodzenia lub wdrożenie kogeneracji biogazowej lub nawet wodorowej, która zapewnia jednoczesną produkcję energii elektrycznej i cieplnej z jednego paliwa przy bardzo wysokiej sprawności. Taka sekwencja – najpierw elektryfikacja, potem dekarbonizacja źródła prądu – pozwala rozłożyć inwestycję w czasie i krok po kroku osiągać efekty środowiskowe, ograniczając przy tym koszty.

Głównym celem elektryfikacji jest redukcja emisji gazów cieplarnianych w zakresie 1. poprzez odchodzenie od spalania paliw kopalnych na rzecz energii elektrycznej, którą można w coraz większym stopniu pozyskiwać z niskoemisyjnych źródeł. Dzięki zmianie źródła energii możliwe jest uniezależnienie się od niestabilnych cen gazu ziemnego, węgla i oleju opałowego, które mogą gwałtownie drożeć podczas kryzysów i działań wojennych w różnych częściach świata.

Czy elektryfikacja jest droższa od tradycyjnego zasilania, np. węglem lub gazem ziemnym? Odpowiedź nie jest jednoznaczna – wszystko zależy od rodzaju procesu, dostępnych technologii i skali działania.

Cena paliwa vs cena energii

W przeliczeniu na jednostkę energii (kWh), paliwa kopalne często są tańsze – zwłaszcza węgiel. Jednak energia elektryczna może pochodzić z własnych źródeł OZE lub z kogeneracji, co znacznie zmniejsza koszty zakupu z sieci. Dodatkowo przy zastosowaniu np. instalacji fotowoltaicznych, które są praktycznie bezobsługowe, koszty ich eksploatacji są niemal zerowe.

Koszty eksploatacyjne

Urządzenia elektryczne są prostsze w obsłudze, czystsze i bardziej niezawodne. Przykładowo:

• grzałki indukcyjne lub elektryczne mogą mieć sprawność sięgającą 95–99%, podczas gdy sprawność kotłów węglowych to często tylko 72–80%;
• brak spalania oznacza brak potrzeby oczyszczania spalin, czyszczenia instalacji, składowania popiołu itp.
• w rezultacie całkowity koszt eksploatacyjny (OPEX) może być niższy, mimo wyższej ceny jednostkowej energii.

Sprawność energetyczna – elektryczność wygrywa z paliwami

Elektryfikacja przemysłu wiąże się również z wyraźną poprawą sprawności energetycznej urządzeń wykorzystywanych w procesach produkcyjnych. Przykładowo:

• kotły elektryczne osiągają sprawność rzędu 95–99%, podczas gdy kotły parowe zasilane gazem ziemnym zwykle średnio rocznie nie przekraczają 88-90%,
• piece indukcyjne charakteryzują się sprawnością na poziomie 90–97%, w porównaniu do pieców gazowych, które rzadko osiągają więcej niż 60–70%,
• przemysłowe pompy ciepła mogą mieć współczynnik efektywności (COP – Coefficient of Performance) od 2,5 do nawet 5, co oznacza, że dostarczają kilka razy więcej energii cieplnej niż pobierają energii elektrycznej,
• elektryczne napędy maszyn – szczególnie silniki synchroniczne lub wyposażone w przetwornice częstotliwości – oferują sprawność na poziomie 93–98%, co znacząco przewyższa wiele starszych napędów spalinowych.

Wysoka sprawność tych urządzeń nie tylko przekłada się na niższe zużycie energii, ale także pozwala zmniejszyć straty ciepła i emisje zanieczyszczeń, co ma znaczenie zarówno ekonomiczne, jak i środowiskowe.

Z perspektywy klimatycznej, przejście z paliw kopalnych na energię elektryczną (szczególnie zieloną) to jeden z najskuteczniejszych sposobów redukcji emisji w przemyśle.

Węgiel brunatny emituje ok. 0,35 tony CO₂/MWh, gaz ziemny ok. 0,2 tony CO₂/MWh, a energia z OZE – 0 ton CO₂.

W przypadku, gdy energia elektryczna pochodzi z sieci, emisje są niższe niż w przypadku spalania węgla, a można je dalej ograniczać przez integrację z instalacjami PV, wiatrowymi lub magazynami energii. Zazwyczaj podobną kolejność przyjmuje się podczas wdrażania strategii zeroemisyjnych – w pierwszym kroku należy maksymalnie zwiększyć efektywność energetyczną zakładu, zmniejszając tym samym zużycie energii, następnie elektryfikuje się zakład i ,,zazielenia” pobieraną energię elektryczną. W przypadku net zero, później należy także skompensować resztkowe emisje.

Elektryfikacja jest ważnym elementem dekarbonizacji przemysłu. Firmy, które wdrażają takie działania, zyskują:

• konkurencyjność rynkową – coraz więcej klientów oczekuje produktów o niskim śladzie węglowym,
• lepszy dostęp do finansowania – banki i fundusze preferują „zielone” projekty,
• mniejsze ryzyko opłat z tytułu regulacji unijnych i dostosowanie do Fit for 55,
• możliwość raportowania ESG z realnymi postępami.

Elektryfikacja procesów przemysłowych jest koniecznym krokiem w stronę nowoczesnego, zrównoważonego przemysłu. Zastępowanie technologii opartych na paliwach kopalnych rozwiązaniami elektrycznymi otwiera drogę do dekarbonizacji, większej efektywności energetycznej i integracji z OZE - które w kolejnych latach będą coraz bardziej dostępne i powszechne. Choć zmiana źródeł energii wymaga przemyślanych inwestycji, to przynosi długofalowe korzyści - od obniżenia kosztów energii po poprawę pozycji konkurencyjnej na rynku coraz bardziej wrażliwym na ślad węglowy produktów i usług. Zakłady, które zdecydują się na elektryfikację, zyskają większą elastyczność i bezpieczeństwo, możliwość wdrażania nowoczesnych systemów zarządzania energią i lepsze przygotowanie na przyszłe zmiany regulacyjne.