Zmiana źródeł energii cieplnej opartych o paliwa kopalne na odnawialne

Konwencjonalne źródła ciepła to te, które wykorzystują paliwa kopalne do wytwarzania energii termicznej. Ich największą zaletą jest wysoka dostępność, przewidywalność dostaw i relatywnie niski koszt inwestycyjny w porównaniu do niektórych odnawialnych technologii. Wśród najczęściej stosowanych rozwiązań w przemyśle i ciepłownictwie znajdują się:

• węgiel kamienny i brunatny - to jedno z najstarszych i nadal szeroko stosowanych paliw w polskim przemyśle i elektrociepłowniach. Mimo wysokiej emisyjności CO₂ i pyłów zawieszonych, węgiel jest wykorzystywany ze względu na wciąż relatywnie niski koszt techniczny wytworzenia energii oraz istniejącą infrastrukturę;
• gaz ziemny - stanowi popularny kompromis między efektywnością a niższą emisyjnością - często nazywany paliwem przejściowym między paliwami kopalnymi i źródłami odnawialnymi. Jest łatwy w magazynowaniu i transporcie, a kotły gazowe charakteryzują się wysoką sprawnością. Dodatkowo gaz ziemny doskonale sprawdza się w układach wysokosprawnej kogeneracji (CHP);
• olej opałowy - stosowany głównie jako paliwo rezerwowe w instalacjach przemysłowych. Jest droższy i bardziej emisyjny niż gaz, ale pozwala na utrzymanie ciągłości produkcji w przypadku awarii lub braku innych źródeł energii;
• kogeneracja oparta na paliwach kopalnych - wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej w jednym procesie zwiększa efektywność wykorzystania paliwa, co przekłada się na niższe jednostkowe zużycie energii i redukcję emisji w porównaniu z oddzielną produkcją. Kogenerację można realizować z wykorzystaniem większości dostępnych paliw kopalnych.

Rosnące koszty emisji CO₂, unijne regulacje klimatyczne oraz dostępność programów wsparcia inwestycyjnego sprawiają, że odnawialne źródła energii cieplnej coraz częściej zastępują technologie oparte na paliwach kopalnych. Wśród głównych rozwiązań wykorzystywanych w przemyśle i elektrociepłowniach warto wyróżnić:

• biomasa - to jedno z najpopularniejszych odnawialnych źródeł ciepła. W postaci zrębków, pelletu lub resztek roślinnych może być wykorzystywana w kotłach dedykowanych lub współspalana z węglem. Biomasa uznawana jest za neutralną pod względem emisji CO₂;
• biogaz - produkowany z odpadów organicznych w biogazowniach, często na terenie samego zakładu przemysłowego. Może być spalany w silnikach gazowych lub kotłach, oferując lokalne, niskoemisyjne źródło energii cieplnej;
• pompy ciepła - w dużych instalacjach przemysłowych wykorzystuje się pompy typu woda-woda lub powietrze-woda, które pozyskują ciepło z otoczenia lub z procesów przemysłowych. Obecnie mogą zasilać zarówno systemy nisko- jak i wysokotemperaturowe, a ich pozytywny wpływ na środowisko może potęgować połączenie z fotowoltaiką;
• energia geotermalna - dostępna lokalnie w wybranych rejonach kraju, może być źródłem niskoemisyjnego ciepła przez cały rok. Instalacje geotermalne stosowane są w systemach ciepłowniczych oraz przy ogrzewaniu dużych obiektów przemysłowych;
• fotowoltaika - instalacje fotowoltaiczne choć mniej efektywne w zimie, w niektórych przypadkach mogą wspierać produkcję ciepłej wody użytkowej i proces elektryfikacji w zakładach przemysłowych;
• odzysk ciepła z procesów przemysłowych - to szczególnie istotne źródło w drodze do dekarbonizacji w zakładach energochłonnych, w których wysokie temperatury są niezbędne do realizacji procesu technologicznego - tam możliwe jest ponowne wykorzystanie ciepła odpadowego z pieców, sprężarek, systemów chłodniczych czy spalin.

Pomimo ambitnych planów UE w zakresie dekarbonizacji, paliwa konwencjonalne – szczególnie gaz ziemny – wciąż są chętnie wybierane w wielu zakładach przemysłowych. Główne powody to:

• stabilność dostaw – infrastruktura do dystrybucji gazu ziemnego i węgla jest dobrze rozwinięta,
• niskie koszty – inwestycja w kocioł gazowy lub węglowy jest tańsza niż np. w pompę ciepła dużej mocy,
• wysoka przewidywalność produkcji ciepła – niezależnie od warunków pogodowych, stabilna wartość energetyczna paliwa,
• doświadczenie personelu – obsługa i konserwacja konwencjonalnych źródeł ciepła jest dobrze znana w zakładach.

W perspektywie długoterminowej utrzymywanie takich źródeł wiąże się z rosnącymi kosztami środowiskowymi i regulacyjnymi, dlatego firmy coraz częściej analizują scenariusze ich zastąpienia lub przynajmniej dywersyfikacji.

Wymiana źródeł wytwarzania ciepła zwiększa nie tylko efektywność energetyczną i zgodność środowiskową, ale również odporność operacyjną przedsiębiorstw. Dywersyfikacja źródeł energii cieplnej – poprzez połączenie np. kogeneracji, biogazu i odzysku ciepła – umożliwia utrzymanie ciągłości produkcji w przypadku przerw w dostawach paliw lub skoków cen. Przy obecnej niestabilności rynków energii, inwestycje w lokalne, odnawialne źródła stają się ważnym elementem strategii ograniczania ryzyka energetycznego.

Choć modernizacja źródeł energii cieplnej może wymagać istotnych nakładów inwestycyjnych i analizy technicznej, to jej długofalowe korzyści przewyższają koszty wdrożenia. Optymalizacja systemu wytwarzania ciepła pod kątem emisyjności, sprawności i kosztów operacyjnych przynosi trwałą poprawę bilansu energetycznego zakładu. Szczególnie w ciepłowniach i elektrociepłowniach, gdzie zmiana źródeł na mniej emisyjne i bardziej efektywne jest właściwie jedyną możliwością wdrożenia dekarbonizacji, taki krok może być najważniejszym na drodze do osiągnięcia net zero.