Jak dobrać jednostkę kogeneracyjną do potrzeb zakładu przemysłowego?

Dlaczego więc ten proces jest tak trudny? Przede wszystkim każda branża przemysłowa charakteryzuje się innym profilem zużycia energii, a zapotrzebowanie może zmieniać się dynamicznie w zależności od sezonu czy zmian w procesach produkcyjnych. Dodatkowo wymagania prawne oraz dostępność paliw w danej lokalizacji wprowadzają kolejne zmienne. W tym artykule przybliżymy rodzaje kogeneracji i podpowiemy, jak wybrać jednostkę, aby możliwie najlepiej spełniła potrzeby inwestora.

Zacznijmy od wyjaśnienia czym jest kogeneracja. Kogeneracja to inaczej skojarzona produkcja energii elektrycznej i ciepła, w skrócie CHP – Combined Heat and Power. To urządzenie, które równocześnie wytwarza dwa rodzaje energii, wykorzystując do tego o wiele mniej paliwa, niż gdyby przykładowy prąd i ciepło były produkowane oddzielnie.

Kogeneracja oprócz ciepła i energii elektrycznej, może produkować również chłód. W przypadku skojarzonego wytwarzania chłodu z energią elektryczną i cieplną, mówimy już o trigeneracji. Dzięki temu kogeneracja staje się bardzo ciekawym i efektywnym energetycznie rozwiązaniem, które można wykorzystać w wielu sektorach i branżach - nie tylko w firmach przemysłowych.

Kogenerator składa się z dwóch głównych komponentów: urządzenia napędowego i generatora elektrycznego. Urządzenie napędowe może być silnikiem z wewnętrzną komorą spalania, takim jak silnik diesla przystosowany do spalania gazu lub turbiną gazową. W obu przypadkach urządzenie napędowe wprawia w ruch generator elektryczny, którego moc elektryczna wynosi zazwyczaj 40-45% mocy znamionowej silnika lub turbiny. Oprócz energii elektrycznej, kogenerator wytwarza również energię cieplną odzyskiwaną z gorących spalin oraz z płaszcza silnika.

Jak dobrać wielkość jednostki kogeneracyjnej

Mówiąc o jednostkach kogeneracyjnych często posługujemy się mocą, która określa ich wielkość. W tym artykule posłużymy się podziałem stosowanym przez Urząd Regulacji Energetyki w systemie premii kogeneracyjnej.

• Małe jednostki kogeneracyjne (do 1 MW) – są to mikro- i małe instalacje kogeneracyjne często wykorzystywane w obiektach takich jak hotele, szpitale, centra handlowe, zakłady przemysłowe czy osiedla mieszkaniowe.
• Jednostki średniej mocy (od 1 MW do 50 MW) - często stosowane w większych zakładach przemysłowych, ciepłowniach miejskich oraz kompleksach handlowych lub biznesowych.
• Duże jednostki kogeneracyjne (powyżej 50 MW) - instalacje stosowane w dużych elektrociepłowniach. Dostarczają one zarówno energię elektryczną, jak i ciepło na skalę przemysłową oraz dla całych miast. Często są to kluczowe źródła energii w systemach energetycznych, zapewniające stabilność i niezawodność dostaw.

Wielkość jednostek kogeneracyjnych różni się przede wszystkim zakresem mocy oraz skalą zastosowań, co determinuje ich użycie w różnych typach zakładów przemysłowych.

Czy większa jednostka kogeneracyjna oznacza lepszą efektywność?

Jednym z często popełnianych błędów jest założenie, że większa jednostka kogeneracyjna automatycznie zapewni lepszą efektywność. W rzeczywistości kluczowe znaczenie ma odpowiednie dopasowanie mocy urządzenia do rzeczywistego profilu zużycia energii. Jednostki kogeneracyjne najlepiej sprawdzą się w zakładach, które odbierają energię elektryczną i ciepło lub chłód przez cały rok na podobnym poziomie. Przykładowo są to firmy z branży spożywczej, papierniczej czy chemicznej.

Wytwarzanie chłodu w trigeneracji

Trigeneracja to zaawansowany proces energetyczny, w którym jednocześnie wytwarzana jest energia elektryczna, ciepło oraz chłód. Stanowi ona rozwinięcie tradycyjnej kogeneracji, gdzie produkowane są tylko energia elektryczna i ciepło. W trigeneracji część ciepła odpadowego z procesu wytwarzania energii elektrycznej jest wykorzystywana do generowania chłodu przy użyciu urządzeń chłodniczych, takich jak absorpcyjne agregaty chłodnicze.

Wybór między klasyczną kogeneracją a trigeneracją zależy od charakteru procesów produkcyjnych i zapotrzebowania na ciepło i chłód. W zakładzie przemysłowym, gdzie występuje jednocześnie duże zapotrzebowanie na energię elektryczną i ciepło, standardowa kogeneracja może wydawać się wystarczająca. Jeśli jednak zakład wymaga również chłodu, np. do przechowywania produktów, trigeneracja może okazać się bardziej efektywna.

Kogeneracja i wytwarzanie pary technologicznej

W zakładach, gdzie procesy technologiczne wymagają wysokich temperatur, para technologiczna może być ważnym czynnikiem przy wyborze kogeneracji. Daje ona możliwość jednoczesnej produkcji energii elektrycznej i pary, co czyni ją idealnym rozwiązaniem dla branż takich jak chemiczna czy papiernicza.

Tutaj znajdziesz przykład zaprojektowanej i wybudowanej przez nas kogeneracji w Schumacher Packaging – w momencie oddania jej do użytku we wrześniu 2024 roku, była to największa pracująca na gazie LNG jednostka kogeneracyjna w południowej Polsce: case study DB Energy - Schumacher Packaging

Premia kogeneracyjna

Premia kogeneracyjna jest formą wsparcia finansowego. Mogą z niej skorzystać podmioty, które wybudują nowe lub zmodernizują istniejące jednostki wytwarzające energię w skojarzeniu. Mowa tu o jednostkach wysokosprawnej kogeneracji, czyli takiej, której sprawność jest wyższa niż 75%. Ma ona na celu promowanie i stymulowanie rozwoju nowoczesnych technologii energetycznych, które przyczyniają się do redukcji emisji CO₂. Premia kogeneracyjna w 2024 roku wynosi 161,24 zł za każdą wyprodukowaną 1 MWh energii elektrycznej.

,,W zależności od wielkości jednostki oferowane są różne formy wsparcia w ramach premii kogeneracyjnej. Dla jednostek wytwarzających poniżej 1 MW energii elektrycznej jest dostępna premia gwarantowana – przyznawana dla każdej nowej jednostki o tej mocy spełniającej kryteria emisyjności i sprawności. Ze względu na swoją atrakcyjność jest to często rekomendowana przez nas forma wsparcia. Otrzymanie premii dla jednostek o wyższej mocy jest już zdecydowanie bardziej skomplikowane i związane m.in z obowiązkiem odprowadzania części generowanego ciepła do publicznej sieci.” - mówi Kajetan Wiśniewski, Inżynier Projektu w DB Energy.

Z rozwiązania premii gwarantowanej skorzystała np. Słodownia Soufflet, gdzie obok innych działań w ramach energetyki cieplnej i modernizacji układu chłodniczego, postawiliśmy dwie kogeneracje i pompę ciepła. Tę realizację znajdziesz tutaj: case study DB Energy - Słodownia Soufflet

Podsumujmy - na co zwrócić uwagę wybierając kogenerację?

Przy wyborze jednostki kogeneracyjnej ważne jest uwzględnienie uwarunkowań środowiskowych, takich jak dostępność paliw i wymogi emisyjne oraz profilu zużycia energii elektrycznej i cieplnej w zakładzie, w tym parametrów ciepła czy zapotrzebowania na chłód w przypadku trigeneracji. Istotne są także możliwości korzystania z systemów wsparcia, takich jak premia kogeneracyjna lub projekty unijne, które mogą znacząco poprawić opłacalność inwestycji. Dopasowanie technologii do tych czynników pozwala na osiągnięcie maksymalnej efektywności i korzyści finansowych.

Współpraca z doświadczonymi partnerami technologicznymi, którzy potrafią przeprowadzić szczegółową analizę i zaprojektować rozwiązanie "szyte na miarę", pozwala nie tylko na maksymalizację korzyści finansowych, ale także na ograniczenie ryzyka związanego z niedopasowaniem instalacji do specyfiki zakładu. 
Dobór jednostki kogeneracyjnej to proces, który wymaga uwzględnienia wielu zmiennych: od specyfiki procesów produkcyjnych, przez dostępne paliwa, aż po wymagania dotyczące emisji i możliwości techniczne zakładu. Przykłady z różnych branż pokazują, że kluczem do sukcesu jest indywidualne podejście i dostosowanie technologii do rzeczywistych potrzeb.