Sieci niskotemperaturowe. Na czym to polega?

© Maksym Yemelyanov

Polskie ciepłownictwo systemowe, jedno z bardziej rozbudowanych w Europie, od lat mierzy się z koniecznością transformacji. - Systemy ciepłownicze są zobowiązane do osiągnięcia w 2050 roku neutralności klimatycznej, a do tego czasu muszą w określonych latach wypełniać kolejne kamienie milowe w postaci uzyskania statusu efektywnego systemu ciepłowniczego. Kryterium to z biegiem lat będzie się zmieniało – zwiększać będzie się wymagany udział ciepła z odnawialnych źródeł energii i ciepła odpadowego, które zastępować będą bardziej emisyjne źródła ciepła – stwierdzają autorzy najnowszego artykułu „Transformacja łódzkiego systemu ceipłowniczego⁽¹⁾”. Case study prezentuje nie tylko to, jak Łódź widzi swoją zieloną ścieżkę ciepłowniczą, ale i kontekst legislacyjno-techniczny. Od strony legislacyjnej kierunek wyznacza Nowy Zielony Ład i pakiet Fit for 55. Wspomniany kamień milowy, a więc osiągnięcie statusu „efektywnego systemu ciepłowniczego”, zadecyduje m.in. o tym czy dane przedsiębiorstwo ciepłownicze będzie musiało zwrócić pomoc publiczną, czy nie. Chodzi o tę wykorzystaną na modernizację infrastruktury ciepłowniczej. To zaś może bezpośrednio przełożyć się na wzrost cen ciepła dla odbiorców końcowych.

Bariera dla ciepła odpadowego i OZE?

Jakie technologie wykorzysta ciepłownictwo w transformacji? Jak się dowiadujemy⁽²⁾, jednymi z nielicznych technologii, które mogą zostać wykorzystane w procesie transformacji ciepłownictwa systemowego - w kontekście spełnienia wymogów określonych w przepisach - są źródła niskotemperaturowe oparte o OZE oraz ciepło odpadowe. Ich cechą jest brak możliwości podgrzania nośnika ciepła do tak wysokich temperatur, jak w przypadku źródeł opartych o paliwa kopalne. - W tym przypadku dystrybucja ciepła jest utrudniona, ponieważ istniejąca infrastruktura przesyłowa i dystrybucyjna nie jest kompatybilna z tymi źródłami – efektywne wykorzystanie energii z OZE i odpadowej wymaga obniżenia temperatury wody w sieci ciepłowniczej z obecnego poziomu 135/70^oC na 65/40^oC – głosi case study. Drogę torują jednak okoliczności. Po pierwsze prowadzona od lat termomodernizacja budynków mieszkalnych, po drugie - coraz większa świadomość społeczna w zakresie oszczędzania energii, a po trzecie - cieplejsze zimy, które sprzyjają obniżeniu parametrów czynnika grzewczego.

- Bardzo często spotykamy się z sytuacją, że temperatura wody grzewczej w piecach ciepłowniczych nie przekracza 100 stopni. Zatem wykorzystanie ciepła odpadowego staje się jeszcze bardziej pożądane. W przypadkach, kiedy wymagana będzie wyższa temperatura zasilania, uruchomione mogą zostać szczytowe źródła konwencjonalne, bądź kotły elektrodowe zasilane zieloną energią elektryczną – czytamy.  Autorzy wskazują, że istotnym aspektem jest również praca systemu ciepłowniczego w okresie letnim na potrzeby podgrzewu ciepłej wody użytkowej. Okres ten oznacza niższe parametry sieciowego czynnika grzewczego, rzędu 75/35^oC. Tu można więc w pełni wykorzystać ciepło odpadowe i pogodozależne OZE do zasilenia sieci ciepłowniczych i uzyskać efektu synergii tych źródeł.

Czytaj też: Ciepło odpadowe i jego niewykorzystany potencjał jako OZE

Ciepłowniczy zegar tyka

Zdaniem Doroty Jeziorowskiej, Dyrektor Polskiego Towarzystwa Elektrociepłowni Zawodowych, bardzo ważne jest podejmowanie przez przedsiębiorstwa energetyczne działań, docelowo prowadzących do zwiększania wykorzystania ciepła z OZE i ciepła odpadowego w systemach ciepłowniczych. Od strony technicznej to znacznie trudniejsze w dużych systemach (jak w przypadku Łodzi). Jeziorowska przypomina, że pierwsze ważne zmiany wymogów w zakresie definicji efektywnego systemu ciepłowniczego wchodzą w życie za niecałe cztery lata, już 1 stycznia 2028 r. - Czasu jest zatem bardzo mało, stąd ważna jest realizacja działań na różnych frontach, zarówno poprzez inwestycje w nowe jednostki wytwórcze, jak i działania na sieci i w instalacjach odbiorczych, które będą prowadzić do ograniczenia zapotrzebowania na ciepło – stwierdza.

Jeden z największych systemów ciepłowniczych (sieć długości 860 km) w Polsce znajduje się w Łodzi. Obsługująca go Veolia Energia Łódź jest głównym dostawcą ciepła dla miasta, zarządza siecią i zasila w ciepło budynki mieszkalne, obiekty użyteczności publicznej i zakłady przemysłowe. Źródła są dwa: elektrociepłownia EC4 i EC3, o łącznej mocy cieplnej 1624 MW, w większości bazujące na cieple spalania węgla kamiennego i wykorzystujące biomasę. Motywowana m.in. dywersyfikacją źródeł Veolia wdraża elektrociepłownię hybrydową – bazującą na gazie, biomasie i paliwie z odpadów (pre-RDF dedykowany Zakładowi Odzysku Energii). Analizowana jest też możliwość wychwytu dwutlenku węgla, odzysk ciepła z procesów przemysłowych, wdrażanie wielkoskalowych pomp ciepła oraz magazynowanie ciepła. Modernizacji podlega też sieć ciepłownicza – celem ograniczenia awarii, strat na przesyle ciepła, a w konsekwencji, dalszej redukcji emisji CO₂. - Efektem 7-letniego programu modernizacji sieci w ramach Zintegrowanych Inwestycji Terytorialnych (w latach 2017–2023) jest wymiana blisko 70 km sieci ciepłowniczych z lat 60., 70. i 80. ubiegłego wieku. Dzięki temu projektowi o 110,0 TJ/rok zmniejszono zużycie energii pierwotnej, o 18 000 t CO₂/rok nastąpił spadek emisji gazów cieplarnianych, a redukcja pyłów to 1,7 t/rok – czytamy w case study. Kolejnym skutkiem jest mniejsze zużycie węgla o 5,5 tys. ton rocznie (co odpowiada potrzebom 1500 użytkowników domowych pieców węglowych).

Obniżyć temperaturę, utrzymać morale

Eksperci są zgodni co do konieczności rozwoju w Polsce sieci niskotemperaturowych. W analizie wspomniany jest m.in. raport Forum Energii i AGH w Krakowie, wskazujący, że obecne sieci, zaprojektowane do transportu wody o temp. minimum 120^oC, co blokuje wykorzystanie nowoczesnych, dobrze rozwiniętych w innych krajach technologii produkujących ciepło ze źródeł odnawialnych, geotermalnych czy energii odpadowej. Na ich tle, sieci niskotemperaturowe niosą duże korzyści w dekarbonizacji ciepłownictwa. Łódź jest jednym z miast, w którym poszukiwania optymalnych parametrów sieci rozpoczęto w praktyce. W maju br. Veolia wprowadziła zmiany w Ogólnych Warunkach Umowy Kompleksowej Dostarczania Ciepła (OWU)⁽³⁾, które umożliwiają elastyczne dostosowywanie temperatur wody sieciowej w celu optymalizacji efektywności pracy źródeł i sieci ciepłowniczej przy zachowaniu wymaganego przez klienta komfortu cieplnego.

U podstaw, jak czytamy, leżały obserwacje dotyczące zmieniającego się klimatu i rosnących temperatur (skutkujące spadkiem stopniodni grzewczych), rosnąca świadomość odbiorcy ciepła, zainstalowana telemetria i możliwość zdalnego sterowania prawie wszystkimi większymi węzłami cieplnymi. Poddane termomodernizacji budynki wolniej ulegają wychłodzeniu, z kolei węzły cieplne są bardziej elastyczne pod kątem ilości i jakości (temperatury) dostarczanego ciepła. - Tym samym niższe temperatury zasilania oraz większe wahania temperatury wody sieciowej które mogą wystąpić nie będą zauważalne przez klientów – czytamy w case study.

Poza optymalizacją temperatury w sieci chodzi jeszcze o optymalizację wykorzystania energii w budynkach. Tu Veolia proponuje odbiorcom ciepła system, który pozwala ograniczyć zużycie ciepła nawet o 25%. Jak? Przez zaawansowany system automatyki budynkowej, wykorzystujący sztuczną inteligencję i uczenie maszynowe, wyposażony w czujniki temperatury, wilgotności, obecności osób w poszczególnych pomieszczeniach i centralny system sterowania. Celem jest zarządzanie komfortem cieplnym, a nie temperaturą w instalacji.

Czytaj też: Hybrydowe Systemy Energetyczne – elastyczność i optymalizacja

Na poziomie zarządzania węzłami cieplnymi - w Łodzi wszystkie umożliwiają odczyty telemetrycze – optymalizacja pracy jest równie istotna. Tu wprowadzono tzw. Hubgrade, który co godzinę dostarcza nowych danych i pozwala reagować na zmienne zapotrzebowanie i dostosowanie dostaw ciepła do rzeczywistych potrzeb odbiorców. Nie pozostaje to bez znaczenia dla środowiska.            

- Grupa Veolia podjęła ambitne wyzwanie dekarbonizacji systemu ciepłowniczego w Łodzi. W ramach tej inicjatywy, firma realizuje projekty zmierzające do całkowitego zaprzestania spalania węgla w swoich źródłach ciepła od 2030 r. – czytamy w dokumencie. Inicjatywa jest określana jako kluczowa, strategiczna, ambitna, ale realna, wpisująca się w szerszą strategię Grupy na rzecz transformacji ekologicznej.

W ramach dekarbonizacji systemu ciepłowniczego, firma planuje inwestycje w takie źródła energii, jak biomasa, biogaz, pompy ciepła oraz odzysk ciepła odpadowego z procesów przemysłowych. Równolegle prowadzone będą działania na rzecz zwiększenia efektywności energetycznej sieci ciepłowniczej oraz budynków, co dodatkowo przyczyni się do zmniejszenia zapotrzebowania na ciepło.

Jak nie wiadomo o co chodzi, to chodzi o…

Edukację. - Świadomość ekologiczna ma znaczenie w pełnym zrozumieniu uwarunkowań w jakich transformacja będzie realizowana. Jednym z nich jest bezpieczeństwo zaopatrzenia miasta i jego mieszkańców w ciepło, ale również efektywne korzystanie zarówno z zasobów, jak i z ciepła systemowego, bowiem najtańsze ciepło to ciepło którego nie zużyjemy – czytamy. Skoro Polska jest obficie wyposażona w sieci ciepłownicze, ma szansę wykorzystać ten zasób do przejścia na niskoemisyjne źródła ciepła. By tak się stało, poza inwestycjami potrzebna jest współpraca odbiorców, np. poprzez zmniejszanie temperatury ogrzewania. „Stopień mniej znaczy więcej” - głosi kampania Veolii. Poza przysłowiowym nieotwieraniem okna podczas nagrzewania pomieszczenia, warto otworzyć głowy – na zmiany służące wszystkim.

Marta Wierzbowska-Kujda
Redaktor naczelna, sozolog