Czy podłączenie pomp ciepła do sieci ciepłowniczej jest opłacalne?
W dobie transformacji energetycznej kluczowym jest przeprowadzanie implementacji nowych technologii w zgodności z istniejącymi instalacjami. Właśnie takie możliwości integracji lokalnych systemów ciepłowniczych z tymi centralnymi były przedmiotem badań naukowców z Finlandii. Badacze twierdzą, że zdecentralizowane pompy ciepła mogłyby zapewnić znaczne oszczędności w przypadku sprzedaży nadwyżek ciepła do lokalnych sieci.
Redakcja GLOBEnergia
Podziel się
Lokalnie czy centralnie?
Zacznijmy od tego, co kryje się pod pojęciami lokalnego i centralnego źródła ciepła. Niemalże identyczna definicja dotyczy również źródeł wytwórczych prądu.
Scentralizowane systemy opierają się na wykorzystaniu wielkoskalowych systemów wytwórczych i przesyłowych. Można tu mieć na myśli konwencjonalne elektrociepłownie, które zapewniają energię elektryczną i ciepło dla całych regionów czy sieci ciepłownicze oparte o źródła geotermalne.
Z kolei zdecentralizowane (często nazywane też lokalnymi) systemy to te mniejsze instalacje, np. prosumenckie instalacje fotowoltaiczne. W sektorze ciepłowniczym ciepło na potrzeby lokalne dostarczają m.in. pompy ciepła. Generalnie takie systemy są projektowane na potrzeby obsługi danego budynku, aby zaspokoić zapotrzebowanie na ciepło w nim. Jednak często takie prosumenckie instalacje w szczycie swoich możliwości produkcyjnych generują więcej energii niż mieszkańcy danego budynku zużywają w danej chwili. W przypadku fotowoltaiki, jeżeli nie mamy dostępu do magazynu energii, “niewykorzystany” prąd trafia do sieci elektroenergetycznej. Co dzieje się z ewentualną nadwyżką ciepła? Jeden z wariantów odpowiedzi na to pytanie, czyli oddanie ciepła do centralnej sieci ciepłowniczej był przedmiotem badań naukowców z Finlandii.
Czy to ma sens?
W opublikowanym na łamach Energy badaniu, Finowie podkreślają, że zdecentralizowane systemy mogą posłużyć jako wsparcie dla sieci ciepłowniczych, jeżeli urządzenia użyte lokalnie produkują ciepło w sposób przewidywalny.
Według badań przeprowadzonych na Uniwersytecie Aalto w Finlandii implementacja pracujących lokalnie (np. jako źródło ciepła dla gospodarstw domowych), zdecentralizowanych pomp ciepła w systemie ciepłowniczym może obniżyć koszty operacyjne (OPEX) o 24%.
Otrzymanie takich wyników, jak i sama analiza współpracy pomp ciepła z sieciami jest szczególnie ważne dla krajów Skandynawskich. W 2018 roku zaledwie 6% energii elektrycznej w krajach nordyckich produkowane było z paliw kopalnych. Cała reszta pochodziła z OZE i sektora energetyki jądrowej. Całkowite wyeliminowanie konwencjonalnych źródeł generacyjnych będzie możliwe tylko przy jednoczesnej transformacji ciepłownictwa.
Finlandia, jako kraj z zimniejszym klimatem przywiązuje dużą wagę do rozwoju ciepłownictwa. W 2018 roku centralna sieć obsługiwała 47% budynków z sektora mieszkalnego i usługowego. W siedmiu największych miastach z najlepiej rozwiniętą siecią, czyli Helsinkach, Espoo, Tampere, Turku, Vantaa, Oulu i Lahti, udział ten wahał się od 65 do 86%.
Istotę badań i rozwoju podkreśla również wzrost średniej ceny ciepła sieciowego dla dużych budynków mieszkalnych. W latach 2002–2018 koszty ciepła dla dużych budynków mieszkalnych ogrzewanych z sieci wzrosły realnie o 56%.
Interesująca perspektywa
Studium przypadku wspomnianej analizy objęło sześć budynków w Espoo w Finlandii. Naukowcy stwierdzili, że pompy ciepła mogłyby osiągnąć znaczne oszczędności, wprowadzając nadwyżki ciepła do sieci. Wszystkie analizowane budynki zostały podłączone do lokalnej sieci ciepłownicze, a wykorzystane pompy ciepła powietrze-woda przyłączono do niej równolegle.
Fińska grupa wyróżniła dziewięć scenariuszy skojarzonej produkcji ciepła, biorąc pod uwagę podstawowe i szczytowe zapotrzebowanie ze strony pomp ciepła i centralnego ogrzewania. Rozważano także możliwość sprzedaży nadwyżek ciepła. W badaniu obliczono opłacalne strategie produkcji ciepła dla każdej godziny, w oparciu o zapotrzebowanie i krótkoterminowe wydatki operacyjne.
Według naukowców, pompy ciepła zapewniły aż 76% ciepła w lipcu, najcieplejszym miesiącu we Finlandii, podczas gdy w najzimniejszym miesiącu, lutym, odsetek ten spadł do 36%.
Badacze stwierdzili, że optymalizując wydatki operacyjne na dostarczanie ciepła w ramach ogrzewania hybrydowego, optymalnym pod względem kosztów wyborem byłoby dobranie wymiarów pomp ciepła tak, aby pokrywały szczytowe zapotrzebowanie na ciepło. Zaznaczyli również istotę wykorzystania równoległego przyłączenia pomp ciepła do sieci ciepłowniczych. Dzięki temu można osiągnąć optymalny wynik pod względem kosztów.
W badanym modelu, instalacje z pompami ciepła dobranymi zgodnie ze szczytowym zapotrzebowaniem na ciepło były najwyższym akceptowanym wymiarem urządzeń. To właśnie taka moc pozwoli na osiągnięcie minimalnych kosztów operacyjnych.
Jednakże, naukowcy stwierdzili, że dodanie pomp ciepła do sieci ciepłowniczej zwiększyło całkowite koszty dostawy ciepła taką metodą. Zaznaczyli również, że ich badania nie skupiły się na tym aspekcie i należałoby dokładniej przeanalizować tę inwestycję utrzymaniowo-wymianową. Tylko dokładne badania tego aspektu, pozwolą wyciągnąć dokładniejsze wnioski dotyczące opłacalności inwestycji w pompy ciepła w systemach ciepłowniczych.
Badacze zapowiedzieli kontynuację i poszerzenie badań. Przyszłe prace będą się skupiać głównie nad narzędziem do modelowania implementacji pomp ciepła w sieciach ciepłowniczych w większym zakresie obszarowym, nawet całego kraju. Analizowane ma być także włączenie do modelu alternatywnych technologii pomp ciepła, technologii magazynowania i reakcji na zapotrzebowanie na ciepło.
