Raport jest rzetelnym źródłem wiedzy o magazynach ciepła i wyzwaniach związanych z krótko- i długoterminowym, w tym sezonowym, magazynowaniem ciepła oraz zagospodarowywaniem okresowych nadwyżek energii elektrycznej z OZE.
– Magazyny ciepła są obecnie najbardziej ekonomicznie uzasadnionym sposobem zagospodarowania zarówno godzinowych, dobowych, jak i sezonowych nadwyżek energii z tzw. pogodozależnych OZE – podkreśla prezes Instytutu Energetyki Odnawialnej, Grzegorz Wiśniewski. – Do 2030 roku zasobniki ciepła domowe i sezonowe magazyny ciepła w ciepłownictwie systemowym mogą w szczytach i w sezonie letnim zagospodarować 18 GW nadwyżek energii z OZE, chroniąc je przed wyłączeniem przez operatorów i przed ujemnymi cenami energii elektrycznej, dając jednocześnie po konkurencyjnej cenie czyste, zielone ciepło jego odbiorcom.
Stabilizacja energii nadmiarowej
– Kiedy podczas sejmowych debat sceptycy transformacji do znudzenia powtarzają pytanie: a co zrobić, kiedy nie wieje i nie świeci? – ja odpowiadam, że znacznie większym dziś wyzwaniem jest pytanie zgoła inne: co zrobić, kiedy wieje i świeci w nadmiarze? – stwierdza we wstępie do raportu wiceministra klimatu i środowiska, Urszula Zielińska. I podsuwa rozwiązanie: dla stabilizacji całego systemu energetycznego kluczowa jest rola magazynów ciepła w efektywnym zarządzaniu nadwyżkami energii.
Dorota Zawadzka-Stępniak, prezes Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, zauważa z kolei, że wraz z rozwojem rozproszonych źródeł odnawialnych w sieci będzie rosło znaczenie magazynów ciepła. Mają one szansę stać się ważnym elementem stabilizującym pracę sieci, tym bardziej że – jak wskazują analizy – jest to rozwiązanie wielokrotnie tańsze od magazynów energii. I można na nie uzyskać dofinansowanie z NFOŚiGW w programach dla ciepłownictwa, w tym np. z programu „OZE –źródło ciepła dla ciepłownictwa” i programów wspierających kogenerację oraz w kolejnej już edycji programu „Mój Prąd 6.0”, gdzie magazyny energii, w tym ciepła, stały się elementem obligatoryjnym wniosku.
Według Grzegorza Onichimowskiego, prezesa Polskich Sieci Elektroenergetycznych, elektroenergetyka i ciepłownictwo muszą transformować się wspólnie. Onichimowski we wstępie do raportu wyjaśnia: „Musimy zadbać o jak najefektywniejsze gospodarowanie ograniczonymi zasobami, a także o możliwie bezemisyjne pokrywanie energetycznych potrzeb społeczeństwa. Ważnym aktywem Polski na drodze transformacji są istniejące w naszym kraju sieci ciepłownicze (…). Możliwości magazynowania energii elektrycznej są ograniczone, ale ciepło potrafimy przechować”.
Cel: wzrost OZE
Polskie ciepłownictwo tradycyjnie opiera się przede wszystkim na paliwach kopalnych (ponad 80 proc. udziału węgla kamiennego w produkcji ciepła – na potrzeby grzewcze spala się rocznie 24 mln ton węgla, z czego gospodarstwa domowe zużywają 12 mln ton węgla). Tymczasem zarówno ogrzewnictwo indywidualne, jak i ciepłownictwo systemowe stoją przed wyzwaniem związanym z realizacją celów wynikających z Europejskiego Zielonego Ładu i wymaganą redukcją emisji dwutlenku węgla o 55 proc. do 2050 roku oraz konkretnymi wymogami na 2030 rok wzrostu udziałów energii z OZE (jedyny sektor w całej energetyce mający konkretne zobowiązania – zgodnie z dyrektywą RED III roczny wzrost limitu ciepła z OZE o 2,2 pp. w systemach ciepłowniczych).
Według URE, w 2020 roku udział ciepła z OZE w produkcji ciepła wyniósł 10,1 proc., ciepła odpadowego zaś (z odzysku) 9,79 proc. A potencjał magazynowania ciepła z OZE to nawet 16 TWh rocznie, przy zdolności absorbcji chwilowej (godzinowej) generacji OZE do 18 GW.
W szczególności potencjał małych, dobowo-godzinowych magazynów ciepła w ogrzewnictwie na 2030 rok obejmuje 6,6 mln buforów CWU, zdolnych zmagazynować blisko 4,2 TWh nadwyżek energii z OZE rocznie. Kluczowy dla przejmowania nadwyżek energii słonecznej (elektrycznej i ciepła) poza sezonem grzewczym jest oszacowany przez IEO potencjał około 200 sezonowych magazynów typu PTES w ciepłownictwie, zdolnych do przeniesienia z lata na sezon grzewczy blisko 11,5 TWh.
Łącznie magazyny ciepła mogą przejąć w każdej godzinie do 18 GW niezbilansowanej mocy OZE. Dla transformacji sektora ciepłowniczego kluczowe znaczenie ma łączenie sektorów energii elektrycznej i ciepła, wsparte technologiami magazynowania energii cieplnej (ang. Thermal Energy Storage – TES).
Technologie magazynowania ciepła zwiększają elastyczność systemu i efektywność wykorzystania energii odnawialnej – oddzielenie bieżącego zapotrzebowania na ciepło od natychmiastowej produkcji energii z OZE i dostępności energii z konwencjonalnych źródeł wytwórczych pozwala na znacznie większą absorpcję energii z pogodozależnych źródeł odnawialnych, zwracają uwagę autorzy raportu. Wielorakie technologie TES zmniejszają zapotrzebowanie na kosztowne wzmocnienia sieci, pomagają zrównoważyć popyt na nośniki energii w cyklach: godzinnym, dobowym, tygodniowym i sezonowym oraz wspierają przejście na system energetyczny oparty głównie na odnawialnych źródłach energii.
Ciepłownictwo systemowe z potencjałem
Niezwykle istotnym aspektem poruszonym w raporcie jest magazynowanie ciepła w ciepłownictwie systemowym. Ten segment, według twórców raportu, posiada największy potencjał wykorzystania magazynów ciepła, zwłaszcza sezonowych, przy uzyskaniu synergii w zakresie największych generacji pogodozależnych źródeł OZE i zapotrzebowaniu na ciepło w systemach grzewczych.
Na podstawie przeprowadzonych przez Instytut Energetyki Odnawialnej badań szacuje się, że potencjał magazynowania ciepła w sektorze ciepłowniczym na 2030 rok wynosi 57,4 GWh/dobę, a przy uwzględnieniu ograniczeń technicznych i dostępności terenu realny potencjał 200 magazynów ziemnych sezonowych magazynów ciepła typu PTES (ang. Pit Thermal Energy Storage) to 6651 GWh/rok. Spośród wszystkich koncesjonowanych przedsiębiorstw ciepłowniczych największy potencjał mają te o mocach zainstalowanych rzędu 10–50 MW, których w Polsce jest łącznie 178 i które mają dostęp do terenów rzędu 0,5–1,5 ha pod budowę magazynu. Z jednej strony zatem, dzięki zastosowaniu magazynów ciepła, możliwe jest osiągnięcie systemu efektywnego energetycznie, z drugiej zaś, co równie ważne, umożliwienie lokalnej konsumpcji nadwyżek generowanych przez źródła OZE bez nadmiernego obciążania sieci energetycznych. Rynek inwestycji w tym sektorze w Polsce związany z samymi magazynami ciepła, na jaki wskazuje ww. potencjał, to 24,5 mld zł, a dla ciepłowni o mocy w przedziale 10-50 MW to 7,5 mld zł.
Autorzy raportu przeprowadzili ankiety wśród przedsiębiorstw ciepłowniczych należących do Izby Gospodarczej Ciepłownictwo Polskie. 100 proc. ankietowanych przedsiębiorstw zamierza oprzeć rozwój systemu ciepłowniczego na magazynowaniu ciepła (54 proc. jest zainteresowanych inwestycjami w dobowe magazyny ciepła, a 46 proc. – w sezonowe) oraz odnawialnych źródłach energii. Odnośnie do technologii OZE, największym zainteresowaniem cieszyły się kotły biomasowe (39 proc.), technologia Power2Heat (24 proc.) oraz kolektory słoneczne (22 proc.). Ankietowane przedsiębiorstwa stawiają na dywersyfikację źródeł w procesie dążenia do osiągnięcia statusu efektywności energetycznej, ale zawsze wspólnym mianownikiem pozostaje magazyn ciepła.
Łączenie sektorów
Sektor ciepłowniczy ma olbrzymi potencjał jako odbiorca energii elektrycznej i jest niewykorzystanym buforem na nadwyżki energii z OZE. Ciepło w strukturze zużycia energii finalnej brutto w 2020 roku stanowiło, wg metodyki Eurostat, 53 proc. (przy 20 proc. energii elektrycznej) i to obrazuje, jak duży potencjał ma łączenie sektorów w Polsce.
Wobec szybkiego wzrostu mocy OZE odpowiedzią na nadwyżki energii elektrycznej staje się zatem łączenie sektorów poprzez elektroogrzewnictwo oparte na nadwyżkach energii elektrycznej z OZE (tzw. green-Power-to-Heat), które za pośrednictwem bojlerów i ogrzewaczy rezystancyjnych elektrycznych, kotłów elektrodowych czy pomp ciepła pozwala na konwersję energii elektrycznej w ciepło.
Wysoko sprawne (sprawność rzędu 99,9 proc.) i relatywnie tanie kotły elektrodowe czy pompy ciepła mogą pracować skutecznie jedynie z różnymi typami magazynów ciepła. W ujęciu prosumenckim są to zasobniki ciepła (bufory), natomiast w ciepłownictwie będą to magazyny dobowe (również jako uzupełnienie kogeneracji). W zastosowaniach ciepłowniczych są to przede wszystkim wielkoskalowe sezonowe magazyny ciepła pozwalające na magazynowanie nadwyżek energii elektrycznej z OZE, ale również ciepła z OZE (kolektory słoneczne, geotermia), ciepła odpadowego czy nadwyżki ciepła z instalacji biomasowych i konwencjonalnych w dużych ciepłowniach i nowoczesnych elektrociepłowniach.
Obecnie już wiadomo, że nie można osobno rozpatrywać systemów elektroenergetycznych i ciepłowniczych. Istotą dalszej efektywnej dekarbonizacji, jak podkreślają autorzy raportu, stają się sector coupling oraz magazynowanie energii. Bez wątpienia magazyny energii cieplnej (ciepła) mogą sprzyjać i przyśpieszać integrację sektorów w zakresie produkcji energii elektrycznej i jej przesyłu oraz ogrzewnictwa, ciepłownictwa i chłodzenia z wykorzystaniem inteligentnych systemów zarządzania energią.
Warunki rozwoju magazynów energii
Technologie magazynowania ciepła są dostępne, ale podążanie za potrzebami rynku wymaga szeregu działań legislacyjnych w obszarze definicji magazynów ciepła i urządzeń towarzyszących (kotły elektrodowe) oraz definicji ciepła z OZE, taryf elektroogrzewniczych i taryfowania wieloźródłowych zeroemisyjnych ciepłowni z kilkoma OZE i magazynami ciepła, przyspieszenia procesów inwestycyjnych i formalnoprawnych oraz odpowiedniego ukierunkowania systemów wsparcia (obowiązek zakupu magazynów energii przez prosumenta i rozpatrywanie magazynów ciepła jako elementu wsparcia dla pracy całego systemu ciepłowniczego obejmującego zarówno OZE, jak i konwencjonalne, ale nieelastyczne źródła ciepła).
Bez wątpienia segment magazynowania energii w postaci ciepła będzie się dynamicznie rozwijał. Nie będzie to jednak możliwe bez uporządkowania strony prawnej. Ustawodawca stosunkowo późno przewidział rosnące znaczenie tego segmentu, np. wprowadzając do prawa definicję magazynów ciepła jako magazynów nieodwracalnych – „Power-to-X”, w przeciwieństwie do dostrzeżonych wcześniej magazynów odwracalnych typu „Power-to-Power”, dopiero w 2023 roku (wtedy wdrożono z opóźnieniem dyrektywy unijne z 2019 roku). Magazyny ciepła nie są jeszcze szeroko eksponowane ani w projektach strategii dla ciepłownictwa, ani w polityce energetycznej PEP 2040.
