Branża wodociągowo-kanalizacyjna poszukuje coraz bardziej zaawansowanych, proekologicznych i efektywnych energetycznie rozwiązań, aby obiekty infrastruktury technicznej wywierały jak najmniejszy wpływ na środowisko, a jednocześnie sprzyjały obniżeniu kosztów prowadzenia działalności.

Wysoka energochłonność przedsiębiorstw wod-kan przekłada się na konieczność optymalizacji procesów technologicznych, a także na poszukiwanie alternatywnych źródeł energii, dzięki którym firma oszczędza na zakupie energii z sieci dystrybucji. ? Biorąc pod uwagę fakt, że koszt energii elektrycznej jest podstawowym kosztem kształtującym cenę wody i ścieków, to aby uzyskać poprawę efektywności energetycznej, trzeba dołożyć wszelkich starań, żeby kupowana energia elektryczna była możliwie tania i optymalnie zużywana ? wskazuje Jakub Staruszkiewicz, kierownik Działu Produkcji Wody i Energetyki w MWiO w Grudziądzu.

Oczyszczalnie ścieków, stacje uzdatniania wody czy przepompownie pracują przez 24 godziny na dobę, a w tym czasie zachodzi w nich wiele zaawansowanych, energochłonnych procesów jednostkowych. Dlatego to właśnie te obiekty są największymi odbiorcami energii w przedsiębiorstwach wod-kan.

Po pierwsze, optymalizacja

W przypadku oczyszczalni ścieków warto zoptymalizować sterowanie, przeanalizować obciążenie strumieniami ścieków i rozważyć tańsze metody oczyszczania bądź rozpocząć produkcję biogazu. ? Najłatwiejszy krok to optymalizacja sterowania, gdyż nie wymaga wielkich nakładów inwestycyjnych, a zapewnia świetne rezultaty w zakresie zarówno obniżania energochłonności, jak i poprawy jakości oczyszczanych ścieków ? radzi Tomasz Skonieczny, kierownik sprzedaży Veolia Water Technologies. ? Mowa tutaj o nadrzędnych systemach sterowania, które w czasie rzeczywistym dostosowują pracę oczyszczalni do ilości aktualnie dopływających do niej ładunków zanieczyszczeń. Przykładowo automatycznie co dwie minuty przekazują dane o nowych nastawach do systemu SCADA, dostosowując napowietrzanie, pracę pomp itp. do potrzeb obiektu. Dzięki temu znacząco redukuje się pobór energii elektrycznej i reagentów wykorzystywanych do oczyszczania ścieków, takich jak PIX czy zewnętrzne źródło węgla. Takie systemy pozwalają optymalnie wykorzystać już istniejące wyposażenie, które często nie pracuje tak efektywnie, jakby mogło. W przypadku stacji uzdatniania wody zmniejszenie energochłonności można osiągnąć przez optymalizację procesów uzdatniania w czasie rzeczywistym, by optymalnie dobierać wydajność urządzeń lub aktualne zapotrzebowanie na reagenty chemiczne.

Według Jakuba Staruszkiewicza z MWiO w Grudziądzu, podjęcie działań poprawiających efektywność obiektów wod-kan powinno być poprzedzone audytem energetycznym, najlepiej przeprowadzonym przez osoby, które w zakładzie zajmują się eksploatacją urządzeń energetycznych: ? Aby skutecznie przeprowadzić taką operację, musimy posiadać układy pomiarowe, które dostarczą nam niezbędne informacje, pozwalające dobrać odpowiednie taryfy i moce. Na tym etapie już pojawią się oszczędności, a bez dokładnej analizy zapotrzebowania na energię elektryczną nie uda się wdrożyć kolejnych rozwiązań. W następnej fazie warto ocenić możliwości zastosowania urządzeń, które są mniej energochłonne. W naszym przedsiębiorstwie w 2011 r. przeprowadziliśmy kompleksową modernizację stacji uzdatniania wody wraz z ujęciem. Wymieniliśmy wszystkie zespoły pompowe, pompy głębinowe i układy sterowania oraz zastosowaliśmy bardziej wydajny system napowietrzania, który docelowo znacznie przyczynił się do usprawnienia technologii uzdatniania wody. SUW wyposażyliśmy w nowoczesny system sterowania procesem produkcji z odpowiednimi narzędziami, które pomagają w analizowaniu kosztów.

Podejście strategiczne

Ciągła optymalizacja prowadzonych procesów i racjonalizacja gospodarowania energią to chleb powszedni nie tylko dla zakładu z Grudziądza, ale też dla większości przedsiębiorstw wod-kan. Sztandarowy przykład może stanowić Regionalne Centrum Gospodarki Wodno-Ściekowej w Tychach, które opracowało strategię energetyczną firmy, a także jako pierwsza spółka branży komunalnej w Polsce wdrożyło system Zarządzania Energią PN-EN ISO 50001, usprawniający funkcjonowanie przedsiębiorstwa pod względem organizacyjnym i pozwalający na osiąganie wymiernych korzyści finansowych. Kluczowym aspektem wprowadzonej w Tychach strategii jest zminimalizowanie energochłonności procesu technologicznego przy uwzględnieniu kryteriów ekologicznych, ekonomicznych i innowacyjności. W efekcie w okresie 12 lat ogólna moc zainstalowanych urządzeń i zużycie energii elektrycznej w tyskiej oczyszczalni ścieków zostały zmniejszone o 25% przy dwukrotnym wzroście liczby zamontowanych urządzeń. Przykładowo dzięki optymalizacji urządzeń i technologii energochłonność oczyszczania ścieków po modernizacji zmalała aż do 0,27 kWh/m3 dopływających ścieków. Jak wyjaśnia prezes Zarządu RCGW, Zbigniew Gieleciak: ? Wybór docelowych rozwiązań zawsze poprzedzany jest szczegółowymi analizami, a jeśli to możliwe, badania są prowadzone w skali mikro- lub półtechnicznej. Działania B+R (badania i rozwój) wskazują nam kierunki wykorzystania potencjału, w tym energetycznego, oczyszczalni ścieków. Zarówno w tym obiekcie, jak i w pompowniach ścieków funkcjonuje wiele rozwiązań autorskich, będących efektem przyjętej strategii wynagradzania i zarządzania spółką, promującej rozwój, kreatywność i inicjatywę pracowników.

Kompleksowo do optymalizacji pracy obiektów spółki podchodzi również Aquanet Poznań, który opiera swoje działania na Strategii Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego Spółki. Jak wyjaśnia Jakub Ciesiółka, główny energetyk poznańskiego przedsiębiorstwa: ? Zarządzanie strategiczne, regulujące energetykę w skali całej spółki, polega przede wszystkim na planowaniu, a także kontrolowaniu osiągniętych rezultatów. Zarządzanie energią nie ogranicza się jedynie do wdrożeń bardziej energooszczędnych urządzeń i technologii, ale polega też na optymalnym wykorzystaniu posiadanej infrastruktury i na zmienianiu złych przyzwyczajeń użytkowników.

Jak przedsiębiorstwo wod-kan przez racjonalne działania może wspierać stabilność Krajowej Sieci Elektroenergetycznej, pokazuje przykład MWiO w Grudziądzu, które od kilku lat bierze udział w programie redukcji zapotrzebowania na moc elektryczną. Jest to działanie polegające na przesunięciu (redukcji) części poborów na inne pory dnia lub na generowaniu energii na potrzeby własne. ? Wiadomość o planowanej redukcji otrzymujemy elektronicznie od czterech do sześciu godzin przed wyznaczonym terminem rozpoczęcia procesu. W tym czasie dokonujemy szybkiej analizy naszych możliwości i deklarujemy chęć oraz stopień ograniczenia poboru mocy. Wyznaczona osoba w firmie jest odpowiedzialna za kontrolę przebiegu tego procesu. Nadzór bieżący ? online ? mocy pobieranej przez przedsiębiorstwo prowadzą urządzenia dostarczone przez firmę, która dokonuje redukcji na zlecenie PSE. Po zakończeniu zadania otrzymujemy raport, który jest podstawą do wystawienia faktury ? tłumaczy J. Staruszkiewicz.

Biogaz nie może się marnować

Aby bilans energetyczny przedsiębiorstwa był jak najkorzystniejszy, wiele firm zdecydowało się na produkcję własnej energii. Wiąże się to głównie z wytwarzaniem jej w agregatach kogeneracyjnych, zasilanych biogazem powstającym w procesie fermentacji osadów ściekowych. Zbigniew Gieleciak z RCGW uważa, że: ? Dla wielu oczyszczalni ścieków biogaz powinien stanowić podstawowy surowiec energetyczny. A możliwe i wręcz pożądane jest doprowadzenie do sytuacji, w której byłoby to jedyne źródło energii.

Argumentem przemawiającym za budową instalacji kogeneracyjnej jest bardzo krótki okres zwrotu inwestycji. Poprawnie wykonana instalacja może zwrócić się w ciągu roku. Robert Żurek, rzecznik prasowy MPWiK w Krakowie, w którym kogeneratory pracują już 14 lat, jest zdania, że: ? Energetyczne wykorzystanie tego ?darmowego? paliwa powinno być obligatoryjne, a ilość potrzebnych dokumentów do uzyskania koncesji na wytwarzanie energii minimalna. Niestety, jest wręcz odwrotnie, a bezużyteczne spalanie biogazu w pochodni to czyste marnotrawstwo, sprzyjające ocieplaniu klimatu.

Na obniżenie kosztów funkcjonowania przedsiębiorstwa przez produkcję własnej energii elektrycznej zdecydował się także poznański Aquanet. Instalacja do wytwarzania ?zielonej energii? na bazie biogazu powstała na terenie COŚ w Koziegłowach. ? Aquanet przeprowadził rozeznanie możliwości pozyskania odpadów, które mogłyby być kierowane do fermentacji wraz z osadami ściekowymi, i stwierdzono duży potencjał z tym związany ? tłumaczy Jakub Ciesiółka. Zasadniczym celem tego projektu było uzyskanie wzrostu produkcji energii przez prowadzenie procesu kofermentacji odpadów organicznych, pochodzących z przemysłu spożywczego, z osadami ściekowymi w istniejących komorach fermentacyjnych. ? Uzyskana w ten sposób energia elektryczna jest w całości konsumowana w obiektach oczyszczalni ścieków, zaspokajając blisko 60% zapotrzebowania ? wyjaśnia J. Ciesiółka.

Na kofermentację osadów z odpadami przemysłowymi zdecydowało się także RCGW. Dzięki kompleksowemu podejściu do gospodarki wodno-ściekowej, odpadowej i energetycznej oraz inteligentnym systemom zarządzania, tyska oczyszczalnia ścieków jest samowystarczalna pod względem energetycznym, a średnioroczna produkcja energii odnawialnej wynosi ok. 150% w stosunku do zużycia energii na potrzeby własne. ? ?Zielona energia? zasila urządzenia i obiekty oczyszczalni, a nadwyżka jest sprzedawana do zewnętrznej sieci energetycznej. W 2015 r. w oczyszczalni powstało ponad 5,6 mln m3 biogazu, z którego wyprodukowano blisko 8400 MWh energii elektrycznej. Taka ilość energii mogłaby zaspokoić potrzeby energetyczne 16-tysięcznego miasta. A to jeszcze nie wszystko ? już za rok biogaz z tyskiej oczyszczalni ścieków w 100% pokryje zapotrzebowanie na energię elektryczną i cieplną budowanego przez RCGW Wodnego Parku Tychy. Poziom produkcji biogazu, konieczny do zapewnienia samowystarczalności energetycznej oczyszczalni i parku, tj. 15 tys. m3/dobę, już został osiągnięty ? wyjaśnia Z. Gieleciak. Te działania doprowadziły do tego, że obecnie 

RCGW jest właścicielem jedynej pasywnej oczyszczalni ścieków z dodatnim bilansem energetycznym w Polsce, a dzięki uzyskanym wynikom w tym zakresie spółka stała się liderem pod względem bilansu energetycznego wśród przedsiębiorstw wod-kan w Europie.

OZE a wod-kan

Jeszcze do niedawna biogaz był jedynym źródłem odnawialnym, z którego korzystały firmy wodociągowe. Obecnie coraz chętniej montują one na terenie swoich obiektów turbiny wodne czy panele fotowoltaiczne. Wzrost zainteresowania fotowoltaiką (PV) w branży wod-kan nastąpił w 2014 r., kiedy w pierwszym projekcie ustawy o OZE wprowadzono bardzo korzystne zapisy dla PV. Zachętę do tego typu inwestycji na terenach zakładów wod-kan stanowiła też możliwość uzyskania dofinansowania projektów z różnych źródeł. Te czynniki spowodowały, iż w ostatnich latach na montaż paneli zdecydowało się wiele przedsiębiorstw.

Systemy PV funkcjonują m.in. w Szczecinie, gdzie na terenie Zakładu Produkcji Wody Miedwie powstały w 2015 r. dwie farmy fotowoltaiczne o łącznej mocy 1,95 MW. Jak podkreśla Mariusz Patyk, kierownik Wydziału Mechaniczno-Energetycznego ZWiK w Szczecinie: ? Czynnikami, które wpłynęły na decyzję o budowie tego systemu, są przede wszystkim potrzeba i chęć obniżenia kosztów energii elektrycznej oraz oczekiwanie przychodów z tytułu sprzedaży energii elektrycznej i zielonych certyfikatów. Oszczędności i spodziewane wpływy szacujemy na ok. 800 tys. zł. Ważnym argumentem była też możliwość pozyskania dofinansowania zewnętrznego. Koszt budowy farm wyniósł ok. 9,7 mln zł, a dotacja stanowiła blisko 5 mln zł. W sumie 17% zużywanej przez przedsiębiorstwo ze Szczecina energii pochodzi z własnych źródeł (z biogazu i PV), a pod uwagę brana jest poprawa tego wskaźnika. ? W planach mamy budowę kolejnych dwóch farm fotowoltaicznych oraz dwóch turbin prądotwórczych ? dodaje M. Patyk.

Działania prowadzące do zapewnienia własnego źródła energii podjęło także MWiO w Grudziądzu, które w 2014 r. wybudowało na dachu stacji uzdatniania wody elektrownię fotowoltaiczną. ? O wyborze tych obiektów dla lokalizacji instalacji zadecydowało wysokie zapotrzebowanie energetyczne związane z ich eksploatacją. Farma, którą wybudowaliśmy w Grudziądzu, jest postrzegana jako mała, jednak w naszym regionie (kujawsko-pomorskie) to jedna z największych funkcjonujących instalacji ? tłumaczy J. Staruszkiewicz.

Wybudowana na obiektach SUW farma fotowoltaiczna, składająca się z 379 modułów o łącznej mocy 96 kW, pozwala na pokrycie w niemal 10% zapotrzebowania na energię elektryczną. Jak wyjaśnia J. Staruszkiewicz: ? W obecnym stanie prawnym nie jest opłacalna sprzedaż wyprodukowanej przez nas energii do zakładu energetycznego. Lepszy wybór to zużywanie jej w całości na własne potrzeby. Trzeba zauważyć, że produkcja energii elektrycznej przez panele następuje w godzinach, w których energia elektryczna jest najdroższa.

Tyskie RCGW, choć ze źródeł odnawialnych produkuje energię w ilości o połowę przekraczającej własne zapotrzebowanie, nie spoczywa na laurach. Zaplanowano już montaż 108 wysoko sprawnych paneli fotowoltaicznych na dachach modernizowanych obiektów oczyszczalni ścieków oraz wyposażenie w elektrownie fotowoltaiczne eksploatowanych przez firmę pompowni ścieków. ? Oszczędności wynikające z wykorzystania takiego źródła energii odnawialnej prawdopodobnie będą niewielkie, głównie ze względu na inny system wsparcia związany z nową ustawą o OZE. Proponowany system aukcyjny wspiera sprzedaż wyprodukowanej energii zielonej do sieci, a nie promuje wytwarzania energii na własne potrzeby. Elektrownia fotowoltaiczna jednak ma stanowić kolejne niekonwencjonalne, rozproszone źródło energii, przyczyniające się do osiągnięcia całkowitego bezpieczeństwa energetycznego oczyszczalni i pompowni oraz realizację przyjętej przez naszą spółkę zasady ?myśl globalnie, działaj lokalnie? ? mówi Z. Gieleciak.

Martyna Matuszczak