Teplárenství v době Green dealu: tepelná čerpadla, kogenerace a masivní akumulace

České teplárenství je v současnosti relativně jednoduché – spálíte palivo v kotli a máte teplo i teplou vodu. Je jedno, jestli je léto nebo zima. A pokud byste nebrali v úvahu emisní povolenky, bylo by to i levné.

Právě rostoucí cena emisních povolenek ale vede k tomu, že uhelné teplárenství bude potřeba nahradit úplně novým systémem CZT, který bude mít nižší ztráty i nižší emise. Jak by takové teplárenství mělo vypadat a jaké má výhody? O tom jsme hovořili s Tomášem Cahou ze společnosti Exergie Česká republika.

V roce 2040 by měla být výroba tepla v ČR kompletně bezemisní. To je už za 16 let. Cesta k tomu vede přes plynofikaci, elektrifikaci, akumulaci a využívání odpadního tepla. Místo jedné technologie, uhelného kotle, tady bude celá skupina zařízení, které ho budou nahrazovat. To je sice investičně nákladné, ale mnohem efektivnější.

Proč v létě spalovat uhlí, plyn nebo biomasu k ohřevu vody a při tom vypouštět do vzduchu mnoho odpadního tepla a emisí, když mám ve stejnou dobu přebytky bezemisní elektřiny z OZE? Tepelné čerpadlo v kombinaci s akumulací by umožnilo mnohem čistější výrobu tepla a cenné palivo by se šetřilo na zimu.

Proč musí ČR nahradit uhlí plynem, když má být teplárenství v roce 2040 bezemisní? Dozvíte se v rozhovoru s Tomášem Cahou ze společnosti Exergie Česká republika.

Těsnější propojení teplárenství a elektroenergetiky – „sector coupling“

Elektrifikované teplárenství umožňuje těsnou spolupráci s elektrizační soustavou a s vysokým podílem obnovitelných zdrojů. Na straně spotřeby to jsou tepelná čerpadla nebo jednodušší elektrokotle, která s tepelnou akumulací zvládnou využít přebytky levné elektřiny z obnovitelných zdrojů. A na straně výroby kogenerační jednotky s pružným výkonem, které mohou naopak elektřinu do sítě rychle dodat, kdyby jí byl nedostatek. I kogenerace může běžet s akumulací, tedy v době, kdy je to pro síť nejvýhodnější.

V létě je teplo a přebytky levné elektřiny z obnovitelných zdrojů. Dává tedy velký smysl využívat tepelná čerpadla. Energie pro jejich provoz je levná, bezemisní a dá se levně skladovat ve formě tepla. V létě tepelné čerpadlo využije i vyšší topný faktor a cenné fosilní palivo se bude šetřit na zimu.

V zimě je naopak elektřina drahá a chladné počasí zhoršuje podmínky pro výrobu tepla tepelným čerpadlem. Je tedy výhodnější elektřinu i teplo vyrábět z paliva a ideálně s vysokou účinností – v kogenerační jednotce. Tu může pohánět plyn, biometan a v budoucnu i třeba vodík. Různorodost zdrojů je zde obrovská výhoda, která umožňuje zesilovat výhody a omezovat slabiny jednotlivých řešení i ročních období.

A tím bude mít CZT s více zdroji výhodu nad tepelnými čerpadly v rodinných domech, která v zimě běží za nejméně výhodných podmínek – v době nízkých venkovních teplot a vysokých cen elektřiny. Dekarbonizovat jednu teplárnu, která zásobuje třeba 5000 domácností, je taky levnější, jednodušší a rychlejší, než řešit individuální tepelná čerpadla v každé domácnosti.

A co když udeří opravdu tuhé mrazy? Pak může mít teplárna v záloze klasický plynový kotel. Jedná se o jednoduché a levné zařízení, které bude v provozu pár desítek hodin ročně. I kdyby byl jeho provoz zatížen povolenkami, při tak krátkém proběhu jeho emise budou minimální – ve srovnání s dnešní teplárnou, která na fosilní paliva běží celý rok.

Zásadní myšlenka je šetřit vzácné palivo tam, kde ho může snadno zastoupit elektřina. A paliva si schovávat pro aplikace, kde jsou nenahraditelná, nebo jen velmi obtížně. „S pomocí zemního plynu můžete vytvořit páru, která má 600 stupňů a my ho pálíme na to, abychom si doma ohřáli radiátor. To není dlouhodobě udržitelné, musíme ta fosilní paliva vnímat jako vzácné médium a takto k nim přistupovat a spotřebovávat je jen v provozech, kde je to nezbytně nutné a ve chvílích, kdy to neumíme jinak,“ říká v rozhovoru Tomáš Caha ze společnosti Exergie Česká republika. 

Tepelná akumulace = levná akumulace

V současné době, má-li Německo přebytek elektřiny z obnovitelných zdrojů, posílá elektřinu buď levně do zahraničí, nebo omezuje výkon zdrojů. A zároveň mají Němci vysokou spotřebu plynu na vytápění. Takový stav není vyhovující.

V kombinaci s akumulací by ale bylo možné tyto přebytky snadno a levně zužitkovat k výrobě tepla nebo k přípravě teplé vody a zároveň snížit spotřebu plynu. Němci proto plánují výstavbu až 90 gigawattů tepelných čerpadel.

Tím získají slušný podíl bezemisního tepla, uplatní přebytky vlastních obnovitelných zdrojů, sníží závislost na dovozu plynu a s ní i emise.

Tepelná akumulace zároveň není drahá a umožňuje spínání zdrojů podle dostupnosti levné elektřiny v síti. Rozhodně je takové řešení snadnější a uchopitelnější než vodík.

Využívání odpadního tepla

Proč místo tepelných čerpadel v teplárenství raději nepoužívat jednodušší elektrokotle? Elektrokotle samozřejmě své místo mít budou, ale tepelné čerpadlo umí získat mnohem víc energie v případě, že je k dispozici zdroj odpadního tepla. A těch je více, než se zdá.

Nejsou to jen průmyslové provozy, ale i třeba čističky odpadních vod, které jsou v každém městě. Řada projektů na této bázi vzniká v zahraničí, ale první vlaštovky se už objevují i v ČR. Čistírny odpadních vod jsou stabilním zdrojem tepla, které je nyní bez užitku vypouštěno do řeky.

Ano, tepelné čerpadlo je dražší než plynový kotel. Ale odpadní teplo je většinou levné teplo. Elektřina z obnovitelných zdrojů je také levná – zvlášť, když ji v kombinaci s akumulací využijete ve správnou chvíli. Na čem dnes závisí cena odpadního tepla? Poslechněte si rozhovor s Tomášem Cahou.