Spis treści
Technologia wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla (CCS) nie jest już wskazywana jako przyszłość energetyki węglowej. Badania skupiają się nad poprawą elastyczności pracy bloków i wzrostem ich sprawności. Oba kierunki rozwoju, nad którymi pracują także polscy naukowcy, mają dwa różne cele.
Do niedawna czyste technologie węglowe (CCT od angielskiego Clean Coal Technologies) miały być odpowiedzią krajów zasobnych w czarne złoto na politykę klimatyczną. Założeniem CCT jest bowiem dalsze wydobywanie i spalanie węgla przy jednoczesnej eliminacji lub przynajmniej znacznym ograniczeniu emisji do atmosfery, powstającego w procesie spalania, dwutlenku węgla. Podstawową technologią miało być wychwytywanie tego gazu i zatłaczanie go pod ziemię, a więc technologia CCS (ang. Carbon Capture and Storage). W Polsce prowadzone były już nawet badania tej technologii ─ m.in. w demonstracyjnej instalacji katowickiego Taurona. Problemem okazała się jednak cena.
Według szacunków prof. Sylwestra Kalisza z Politechniki Śląskiej skorzystanie z tych rozwiązań, choć są wysokoefektywne (pozwalają na eliminację nawet 90% emisji), spowodowałyby nawet podwojenie kosztów produkcji energii elektrycznej z węgla, co skazałoby go na porażkę w walce rynkowej z innymi technologiami,
Zatłaczanie CO2 testują – przede wszystkim do intensyfikacji wydobycia węglowodorów – takie kraje jak Norwegia, Kanada i USA. Zatłaczany pod ziemię dwutlenek węgla (głównie na szelfie kontynentalnym) pomaga w wypychaniu na powierzchnię ropy naftowej.
KIC InnoEnergy, jedna ze Wspólnot Wiedzy i Innowacji założonych przez Europejski Instytut Innowacji i Technologii (EIT) z siedzibą w Budapeszcie pracowała również nad szeroko pojętymi technologiami CCT. Projekt rozpoczął się już w 2010 roku, kiedy świat wciąż zachłystywał się technologiami czystego węgla. Rada Doradcza Przemysłu Węglowego Międzynarodowej Agencji Energii pisała w lutym 2008 roku, że czyste technologie węglowe stanowią ważny komponent strategii zabezpieczających przed zmianami klimatycznymi, szacując, że te technologie mogłyby się przyczynić do nawet dwudziestoprocentowej redukcji emisji, z czego połowa miałaby miejsce w elektrowniach, przy jednoczesnym założeniu, że światowe zapotrzebowanie na węgiel podwoi się do 2050 roku.
Agencja wskazywała przy tym na konieczność wprowadzenia zachęt i subsydiów finansowych wspierających prace naukowe nad technologiami czystego węgla. I w Polsce właśnie pieniądze przesądziły sprawę. Prof. Kalisz nie podaje kwot potrzebnych na opracowanie takich technologii, w tym instalacji demonstracyjnych, ale wskazuje, że budżet, którym dysponował KIC InnoEnergy, zasilany przez EIT oraz innych udziałowców – m.in. uczelnie oraz europejskie firmy, to bardzo niewiele w porównaniu ze skalą wyzwań, które stawiają przed nami technologie wychwytu i składowania lub wykorzystania dwutlenku węgla.
Za drogie CCS
Nawet bogatsze Niemcy, które wciąż produkują połowę energii elektrycznej z węgla, nie były w stanie doprowadzić do ich komercjalizacji. W 2006 roku MAE szacowała koszty zastosowania technologii CCS na 40 do 90 dolarów za tonę wychwyconego i zmagazynowanego dwutlenku węgla (sam wychwyt 20-40 dolarów, transport 10 dolarów za tonę CO2). Wówczas ceny uprawnień do emisji w europejskim systemie EU ETS dochodziły do 30 euro za tonę CO2 i zainteresowanie tymi rozwiązaniami rosło.
W 2008 roku Tauron i Zakłady Azotowe Kędzierzyn rozpoczęły analizy budowy bloku o mocy 300 MW z instalacją CCS. Rok później prace nad demonstracyjną instalacją CCS w nowobudowanym bloku o mocy 858 MW w Elektrowni Bełchatów rozpoczęła także PGE. Oba projekty miały otrzymać unijne dofinansowanie jako jedne z pierwszych na Starym Kontynencie. W ciągu kilku kolejnych lat z listy 11 instalacji zniknęły nie tylko polskie, ale i większość pozostałych projektów.
Co w zamian?
Prof. Sylwester Kalisz przekonuje jednak, że to nie koniec prac nad redukcją emisji zanieczyszczeń z bloków węglowych. – Wyjściem z sytuacji, może nie w kontekście porozumienia paryskiego [które zakłada, że do połowy XXI w. emisje emitowane i pochłaniane przez ludzkość zaczną się równoważyć ─ red.], ale w kontekście unijnym [zakłada redukcję emisji o 27% do 2030 roku ─ red.], są technologie poprawiające sprawność elektroenergetyki.
─ Chodzi o nowe bloki energetyczne dużej mocy. Aktualna sprawność większości z nich w Polsce wynosi niewiele ponad 30 procent. Można zwiększyć ją do 46-48 procent, co oznacza produkcję większej ilości energii elektrycznej z mniejszej ilości węgla. I to przekłada się wprost na kilkunastoprocentowe zmniejszenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Takie bloki o mocy ok. 1 GW już powstają w Elektrowniach Opole, Kozienice, Jaworzno. Problemem jest jednak to, że aby w pełni wykorzystać ich wysoką sprawność, powinny one pracować w tzw. podstawie, czyli z podobną mocą przez dłuższy czas. Tymczasem aktualnie nie bardzo jest taka możliwość, bo przecież trzeba rozwijać podaż odnawialnych źródeł energii, a cały rynek jest nieco rozchwiany. – dodaje prof. Kalisz.
Większa elastyczność producentów energii z węgla to także jeden z kluczowych elementów projektu nowego rynku energii Unii Europejskiej.
Przy dzisiejszym udziale źródeł ze zmienną produkcją energii jest jeszcze miejsce na ciągłą pracę w tzw. podstawie (non-stop dzień i noc, 7 dni w tygodniu) części elektrowni węglowych. Wraz z ich starzeniem się, to one mogłyby przejąć zadanie bilansowania systemu w zależności od zmiennego popytu i podaży z innych źródeł, a nowe wysokosprawne bloki pracowałyby wówczas w podstawie. Jednak jeżeli udział farm wiatrowych i fotowoltaiki będzie rosnąć, inne OZE (wodne, na biomasę i biogaz) nie przejmą odpowiedzialności za bilansowanie, a popyt odbiorców pozostanie nieelastyczny, to także nowe bloki węglowe będą musiały ograniczać swoją pracę, tracąc sprawność produkcji.
Możliwe wyjście: remont „dwusetek”
Na początek rolę bloków szczytowych i podszczytowych (pracujących odpowiednio ok. 4 i 8-12 godz. dziennie) mogłoby przejąć kilkadziesiąt starych bloków o mocy 200 MW, które można modernizować pod kątem zwiększenia elastyczności reagowania na zmiany zapotrzebowania i pozwolić na pełne obciążenie najnowszych, wysokosprawnych instalacji.
W ocenie KIC InnoEnergy usprawnienie elastyczności kotłów jest możliwe w perspektywie najbliższych lat, ponieważ większość potrzebnych technologii jest już komercyjnie dostępna. W ocenie naukowców do 2025 roku wyposażona w takie systemy mogłaby już zostać połowa bloków węglowych.
Polskie prace nad poprawą sprawności
─ Potencjał takiego elastycznego podejścia do ograniczenia emisji CO2 do atmosfery szacowałbym na maksymalnie 10 procent redukcji emisji – mówi prof. Kalisz. – Technologie poprawiające sprawność mają przyszłość. Obecnie w ramach KIC InnoEnergy pracujemy nad technologią odzysku ciepła ze spalin, co zwiększy sprawność wytwarzania energii o kilka punktów procentowych, a to już jest bardzo dużo.
Technologie odzysku ciepła ze spalin pracującej elektrowni są już znane na świecie. Nie są jednak proste do opracowania, ponieważ wysoce korozyjne kwasy formowane w procesie chłodzenia spalin utrudniają odzyskiwanie ciepła odpadowego i jego wykorzystanie do dalszego podnoszenia sprawności elektrowni. Stąd tak ważna jest rola wymienników ciepła, które mogą ograniczać ilość ciepła odpadowego wymagającego dalszego schładzania. Tak odzyskane ciepło mogłoby być wykorzystane we wstępnych procesach produkcji energii w samej elektrowni lub dostarczane do lokalnej sieci ciepłowniczej.
Jednak pojawiają się także inne technologie odzysku ciepła, zakładające konwersję instalacji z węgla kamiennego na gaz odpadowe ─ wielkopiecowy i koksowniczy oraz gaz ziemny. Taki projekt w Krakowie realizuje już spółka TAMEH ─ wspólne dziecko katowickiego Taurona i indyjskiego Arcelor-Mittala.
W którym kierunku idą badania?
KIC InnoEnergy ocenia, że w najbliższych latach innowacje w Europie obejmą m.in. poprawę obróbki produktów spalania węgla, poprawę elastyczności kotłów oraz modyfikacje paliw, w tym wprowadzenie nowych paliw takich jak biomasa i odpady.
Wkrótce pojawi się sektorowy projekt Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, który przeznaczy środki na rozwój technologii poprawiających sprawność elektroenergetyki. To strategia „małych kroków”, która nie doprowadzi do spektakularnych sukcesów na polu zmniejszenia emisji do atmosfery, ale według. prof. Kalisza ma szanse sprostać wymogom unijnym do 2030 roku. Do tego czasu Unia zakłada poprawę efektywności energetycznej o co najmniej 27 procent, zwiększenie udziału OZE także o 27 procent oraz 40% redukcję emisji gazów cieplarnianych względem 1990 roku.
─ Cieszę się, że po latach zachłystywania się technologiami CCT i CCS w szczególności nastąpiła chwila refleksji i zarówno decydenci, jak i zarządy firm są coraz częściej zgodne co do tego, że strategia małych kroków, jako realna, jest ważniejsza niż technologie przełomowe – podsumowuje prof. Kalisz.
Od polityki klimatycznej odwrotu nie ma gdyż najsilniejsi na niej zarabiają. Ułatwia im zdobywanie rynków wysokomarżowych usług i dóbr których wytwarzanie nie wymaga dużych ilości energii. Biednym i słabym zostawia się energochłonną produkcję z małą marżą, piętnuje się ich za niszczenie planety ─ pisze w polemice do „5 gospodarczych powodów do rozwoju OZE w Polsce” prof. Ludwik Pieńkowski z AGH i NCBJ.
Zwycięstwo kandydata Republikanów oznacza zwrot w polityce klimatyczno-energetycznej USA. Niepewne są zwłaszcza losy porozumienia w Paryżu. Ale pewnych trendów nowa władza nie odwróci.
Energetyka jądrowa w obecnej formie wydaje się mieć najlepsze dni za sobą, a jej perspektywy roją się od wątpliwości. Ale nawet jeśli będzie zanikać, to pozostawi po sobie pamiątkę w postaci odpadów, które będą groźne przez co najmniej dziesiątki tysięcy lat. Prawa fizyki są nieubłagane – jedynym sposobem na pozostałości pracy dzisiejszych i wczorajszych reaktorów jest kolejna, IV generacja reaktorów.