Tepelná čerpadla v teplárenství? Ano!
Cesta k plynové nezávislosti je elektrifikace. Průmyslová tepelná čerpadla umožňují využívat energii prostředí nejen při vytápění jednotlivých budov, ale i velkých podniků, obytných čtvrtí a celých měst. Jejich potenciálu a zkušenostem ze zahraničí se věnovala konference Průmyslová tepelná čerpadla 2022, kterou pořádala společnost Exergie.cz 30. listopadu 2022 v Brně.
Budeme mít pro elektrifikaci teplárenství dost elektřiny? Je to komerčně schůdné, nebo bude nutná podpora státu? Jak se změnil přístup k tepelným čerpadlům v Německu? A co jsou chytré tepelné sítě? Podívejte se na video z konference.
V průmyslu i ve městech je k dispozici mnoho odpadního tepla – v odpadních vodách, supermarketech nebo třeba v datacentrech. Dalšími zdroji tepla jsou spalovny odpadu nebo Tam všude je teplo bez užitku vypouštěno do okolí. Vedle těchto zdrojů je k dispozici energie prostředí, například teplota vody v řece nebo v okolním vzduchu.
K využití energie prostředí lze využít tepelná čerpadla s výkonem v řádu megawattů. Výhoda je, že se nejedná o žádnou revoluční technologii, ale o osvědčené řešení, které má za sebou ve světě desítky let spolehlivého provozu.
55 % spotřeby energie v ČR jde právě na teplo. Máme-li dekarbonizovat, je nutné to dělat ve velkém a zapojit i provozy náročné na teplo. Využívání odpadního tepla by měla být povinnost. A je to i výhodné. K úspoře gigawatthodin energie je nutné k instalaci tepelných čerpadel přesvědčit tisíce majitelů rodinných domů – anebo jeden větší průmyslový podnik.
Jak ve své prezentaci uvedl Tomáš Caha ze společnosti Exergie.cz a organizátor konference, tepelná čerpadla mají potenciál pokrýt až 50 % výroby tepla pro CZT v roce 2050. K tomuto podílu je potřeba instalovat celkem 4 GW tepelných čerpadel. Podle odhadů společnosti ČEPS by tepelná čerpadla s tímto výkonem mohla v roce 2050 spotřebovat ze sítě 10 TWh elektřiny.
Rozvoj každého elektrického vytápění v ČR naráží na řadu překážek. Jednou z těch nejtrvalejších je vysoký faktor neobnovitelné primární energie. Bude-li zachována současná hodnota 2,6 tuny na megawatthodinu elektřiny, nemají velká tepelná čerpadla šanci – navzdory své účinnosti – dosáhnout na investiční dotace.
Dalším potřebným krokem je modernizace teplovodních soustav na nižší teplotu. Bez toho nepůjde integrovat do teplárenství obnovitelné zdroje. A příklad (ne)rozvoje fotovoltaiky v uplynulých 10 letech ukazuje, že pro perspektivní rozvoj každého odvětví je stabilní legislativní prostředí.
Tepelná čerpadla v teplárenství umožňují významně snížit spotřebu plynu
Tepelná čerpadla se skvěle doplňují s kogeneračními jednotkami, kde významně zvyšují účinnost výroby tepla. To znamená, že kombinace kogenerační jednotky a tepelného čerpadla významně snižuje jak spotřebu plynu na vytápění, tak spotřebu elektřiny pro tepelné čerpadlo ze sítě. Teplo lze navíc snadno a poměrně levně akumulovat, kombinace tepelného čerpadla a kogenerační jednotky tak pomáhá s regulací elektrizační soustavy. Na konferenci na toto téma hovořil Tomáš Voříšek ze SEVEn energy.
Problém jsou samozřejmě investiční náklady takové kombinace. Řešením je jeho podpora z EU. Kogenerace s tepelným čerpadlem snižuje spotřebu fosilních paliv, využívá obnovitelné zdroje, což znamená, že významně snižuje i uhlíkovou stopu vytápění. A navíc pomáhá síti, čímž posiluje energetickou bezpečnost. A na taková řešení EU slyší. Je tedy velmi pravděpodobné, že se toto řešení bude v budoucnu podporovat. Začít by se mělo úpravou faktoru neobnovitelné primární energie v ČR.
Velká tepelná čerpadla pro Prahu
Jeden z prvních větších projektů teplárenských tepelných čerpadel, které se dostaly do pokročilé fáze přípravy v ČR, je Energocentrum nízkopotenciálního tepla v areálu pražské čistírny odpadních vod. Projekt na konferenci představil Jiří Rosický z Pražské vodohospodářské společnosti. Ze dvou vodních linek čistírny vytéká voda o teplotě 15–21 °C. Při nasazení tepelných čerpadel na každou linku se počítá s teplotním spádem 15/5 °C. Požadovaný tepelný výstup energocentra je 110/60. Pokud by ho nezvládla dodat samotná čerpadla, uvažuje se zajištění dohřevu na maximálních 110 °C elektrokotlem. Bylo by to nejlevnější řešení, které bude navíc potřeba jen pár dní v roce.
Hlavní návrhové parametry Energocentra:
- Instalovaný výkon TČ 2 × 90 MW
- Instalovaný příkon napájení EE 2 × 30 MW
- Dodávka tepla 2 × 830 tis. GJ/rok
- Počet zásobovaných domácností 2 × 41.500
- Počet zásobovaných obyvatel 2 × 100.000
- Úspora zemního plynu 2 × 14,5 mil. m3/rok
První větev, která je již v pokročilém stadiu příprav, by měla zásobovat teplem oblast Juliska – Veleslavín. Pokud vše dobře půjde, měla by být tato větev dokončena v roce 2029. Na ní by navazovala druhá větev, která by vytápěla oblast Bubny – Zátory, ta by měla být dokončena v roce 2035.
Tepelná čerpadla pro chlazení
S postupující klimatickou změnou se energetická náročnost částečně přesune z výroby tepla k výrobě chladu. Tepelná čerpadla přitom umožňují kombinovat výrobu tepla nebo chladu s dalšími provozy. Teplo i chlad lze poměrně snadno skladovat – jejich výroba tak může probíhat v době, kdy je to nejvýhodnější. Další možností je regenerace vrtů u tepelných čerpadel země-voda. Ty se pak v zimě chladí a v létě nahřívají. Jen je takové řešení investičně náročnější.
Tepelné čerpadlo ve starém domě s radiátory – lze i bez zateplení
Tepelným čerpadlům pro rezidenční sektor se na konferenci věnoval Marek Miara, koordinátor výzkumu tepelných čerpadel na Fraunhoferově institutu. Výzkum institutu na více než 300 domech s tepelným čerpadlem potvrzuje, že instalace tepelného čerpadla ušetří energii téměř vždy – i ve starém a nezatepleném domě s radiátory. Jsou-li provedeny minimální úpravy – výměna oken nebo radiátorů – lze i ve starém domě dosáhnout topného faktoru 3. Samozřejmě, je-li dům zateplen nebo více renovován, bilanci to jen prospěje a tepelné čerpadlo bude fungovat ještě lépe (levněji).
Mluví-li se v Německu o instalaci vyšších stovek tisíc tepelných čerpadel ročně, znamená to nejen tolik tepelných čerpadel vyrobit, ale také nainstalovat a udržovat tak, aby na konci byl spokojený uživatel, který má doma teplo. K tomu je potřeba nabrat a vyškolit tisíce nových pracovníků. A to se týká jen Německa, poptávka po tepelných čerpadlech navzdory odlišným podmínkám strmě roste všude v Evropě.
Pořízení tepelného čerpadla je investičně náročné, ale pokud k němu přistoupíme, výhody plynoucí z nižší spotřeby nám zde zůstanou po desítky let.
