Spis treści
We Wrocławiu Fortum uruchomi w tym roku największą w Polsce pompę ciepła o mocy 12,5 MW pozyskującą energię cieplną ze ścieków. Instalacja, nazwana przez spółkę „Wrompa”, powstaje na terenie przepompowni ścieków Port Południe. Z systemem ciepłowniczym Fortum zostanie połączona siecią o długości kilometra i średnicy pół metra.
Prace budowlane wykonuje Strabag. Ściany szczelinowe sięgające 26 metrów w głąb ziemi, pomogą w zatrzymaniu dopływu wód gruntowych. Na głębokości 13 metrów znajdą się instalacje do podczyszczania ścieków. – Lepiej byłoby wykorzystywać ścieki już oczyszczone, tu jednak oczyszczalnia znajduje się daleko, więc nie mieliśmy wyboru – opowiada Piotr Górnik, prezes zarządu Fortum Power and Heat Polska.
Wrocławski system ciepłowniczy oparty jest w 100 proc. na spalaniu węgla i wymaga fundamentalnych zmian w celu dekarbonizacji. Oprócz zmiany paliw ważnym elementem procesów dekarbonizacyjnych jest wykorzystanie ciepła odpadowego. Takie ciepło można odzyskiwać z serwerowni, procesów produkcyjnych, ale też ze ścieków – dodaje Fortum.
Cały projekt ma kosztować ok. 100 mln złotych. Inwestycja uzyskała dotację z Mechanizmu Finansowego Europejskiego Obszaru Gospodarczego 18 mln zł i 3 mln zł z budżetu państwa. Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji we Wrocławiu za każdy GJ oddawanego ciepła dostaje od Fortum wynagrodzenie, jednak żadna ze stron nie ujawnia szczegółów kontraktu.
– Ciepłownictwo, jeśli chce przetrwać, musi iść w kierunku elektryfikacji – powiedział Piotr Górnik podczas grudniowego spotkania z dziennikarzami.
Zielona łatka na węglowym systemie
Pompa ciepła to urządzenie grzewcze wykorzystujące do produkcji ciepła energię otoczenia zawartą np. w wodzie rzecznej lub w ściekach komunalnych. W uproszczeniu tłumacząc fizyczne (termodynamiczne) zasady działania pompy ciepła możemy powiedzieć, że pompa ciepła działa na odwrotnej zasadzie niż lodówka. Urządzenie przesyła energię z miejsca o niższej temperaturze (tzw. źródło dolne) do miejsca o wyższej temperaturze (tzw. źródło górne). Aby uruchomić proces transportu ciepła potrzebna jest dodatkowa energia, np. ze sprężarki zasilanej energią elektryczną. Wymienniki ciepła, w których krąży niezamarzający płyn, są umieszczone w wodzie. Dzięki energii pobranej z otoczenia płyn krążący w wymiennikach ciepła – parowniku i skraplaczu – paruje i trafia do sprężarki, która dodatkowo podwyższa jego temperaturę. Rozgrzane pary czynnika następnie oddają ciepło do wody grzewczej krążącej w sieci ciepłowniczej, po czym ulegają skropleniu i po dodatkowym rozprężeniu są zawracane do parownika – tłumaczy PGE Energia Cieplna.
Technologia, która dotychczas była niemal nieobecna w polskim ciepłownictwie systemowy, teraz zyskuje na znaczeniu. Wiele tu zmieniły unijne przepisy.
– Rosnące znaczenie dużych elektrycznych pomp ciepła wynika bezpośrednio z unijnej strategii integracji sektora energetycznego z lipca 2020 roku. Istnieją też inne ważne powody. Jednym z nich jest zmiana przepisów dotyczących efektywnej sieci ciepłowniczej w zaktualizowanej dyrektywie EED 2023/1791 z 13 września 2023 roku. Aby sieć ciepłownicza mogła być uznana za efektywną energetycznie, nie wystarczy już duży udział kogeneracji gazowej – wskazuje Paweł Lachman, prezes Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła „PORT PC”.
Czytaj także: Na ciepłownictwo potrzeba setek miliardów. A strategii wciąż brak
Przypomina, że od 2028 roku konieczne będzie zwiększenie udziału energii odnawialnej do co najmniej 5 proc., od 2035 roku − do co najmniej 35 proc. (ew. 35 proc. udziału ciepła odpadowego), a od 2045 roku – do co najmniej 75 proc. (ew. 75 proc. udziału ciepła odpadowego lub energii odnawialnej i ciepła odpadowego). – Od 1 stycznia 2050 r. efektywny system ciepłowniczy powinien wykorzystywać wyłącznie energię odnawialną, wyłącznie ciepło odpadowe lub wyłącznie połączenie energii odnawialnej i ciepła odpadowego – podkreśla Paweł Lachman.
– Pompy ciepła są ważnym elementem wachlarza technologii wytwarzania ciepła, jakie obecnie planuje się do zastosowania w procesie modernizacji systemów ciepłowniczych. Przede wszystkim dlatego, ciepło uzyskane z pomp ciepła, spełniających obecne kryteria sprawności, jest uznawane jako ciepło z OZE. A ten fakt pozwala na uwzględnienie takiego strumienia ciepła do oceny spełnienia przez system ciepłowniczy warunku „efektywnego systemu ciepłowniczego”. Co więcej, jest to bardzo oszczędna technologia pod względem zużycia energii, ponieważ dzisiejsze pompy ciepła charakteryzują się współczynnikami efektywności COP, który generalnie przekracza wartość 3,5, osiągając zależnie od zastosowania technologii i dolnego źródła ciepła jeszcze wyższe wartości – mówi Bogusław Regulski, wiceprezes Izby Gospodarczej Ciepłownictwo Polskie.
Jak wymienia, w ciepłownictwie systemowym rozważane są koncepcje wykorzystania w ramach dolnego źródła na przykład ciepła ścieków (np. z kolektorów ściekowych), wód powierzchniowych i wód kopalnianych, powietrza z warszawskiego metra, ciepła gruntu (płytka geotermia) i innych dostępnych w danej lokalizacji rodzajów energii o charakterze odpadowym. – Dla zwiększenia efektu zazielenienia ciepła z pomp ciepła istotnym staje się obecnie dostęp bezpośredni do odnawialnej energii elektrycznej zastosowanie linii bezpośredniej, na przykład z instalacji solarnych czy wiatrowych – mówi Regulski.
Branża ciepłownicza w Polsce ma świadomość zmiany przepisów, co też będzie wymagało zmian w strategiach rozwoju. Udział OZE w ciepłownictwie w Polsce wynosi ok. 13 proc., z czego niemal całość zapewnia biomasa. Udział geotermii i biogazu nie jest marginalny.
– W naszym kraju wiele mówi się o geotermii głębokiej jako technologii przyszłości dla ciepłownictwa systemowego. Choć wiemy też, że nie jest to rozwiązanie możliwe do zastosowania dla całego ciepłownictwa. Natomiast zbyt mało uwagi poświęca się wykorzystaniu efektów płynących z tzw geotermii płytkiej. Z niej też można uzyskać energię, i to przede wszystkim dzięki wykorzystaniu technologii pomp ciepła, która w skuteczny sposób zwiększy potencjał ciepła z odnawialnych źródeł energii, tak potrzebnego dla przyszłości polskich systemów ciepłowniczych – przypomina Bogusław Regulski.
Czytaj także: Geotermia w Polsce usilnie poszukiwana
Małe, duże i ogromne pompy ciepła
Wiele firm ciepłowniczych w Polsce rozważa zastosowanie pomp ciepła, ale projektów na razie nie jest dużo, przy czym moc planowanych inwestycji bardzo się różni. Veolia Energia Poznań w Szlachęcinie zainstalowała w 2020 roku pompę ciepła w połączeniu z kogeneracją gazową. Moc elektryczna instalacji kogeneracyjnej wynosi ok. 1 MW, z czego 700 kW idzie na zasilanie pompy ciepła, która wykorzystuje ciepło ze ścieków. Moc cieplna systemu, razem kogeneracji i pompy ciepła, wynosi około 2,9 MW. Nowy system zastąpił częściowo starą ciepłownię węglową.
Uruchomienie instalacji było możliwe dzięki współpracy Veolii z Aquanetem – spółką zapewniającą usługi wodno-kanalizacyjne. Warszawskie Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji także zamierza zbadać możliwości wykorzystania ciepła odpadowego, jednak jak na razie jest to koncepcja. Podobnie w Warszawie Veolia podpisała ponad rok temu list intencyjny dotyczący współpracy nad projektem odzysku ciepła.
Jedne z pierwszych pomp ciepła kilka lat temu zamontował Zakład Energetyki Cieplnej w Inowrocławiu. Dwie pompy powietrzne, każda o mocy 225 kW, pracują tylko latem, dostarczając ciepłą wodę użytkową do osiedla. To projekt pomyślany początkowo jako badawczy. Pompy ciepła nie pracują przy niższych temperaturach, natomiast wspomagają system w najdalszych punktach w mieście.
Raport „Czyste ciepło” IGCP wymienia przykłady planowanych transformacji energetycznych przedsiębiorstw ciepłowniczych. Pompy ciepła jako element systemu ciepłowniczego planują m.in. przedsiębiorstwa w Grudziądzu, Jeleniej Górze, Kościerzynie, Darłowie. Duży projekt zastosowania pomp ciepła o mowy ok. 4 MW ma m.in. PEC Wałbrzych, który rozważa m.in. zasilanie pomp ciepła z farmy fotowoltaicznej. Rozwiązanie sprawdziłoby się latem, kiedy zapotrzebowanie letnie do produkcji ciepłej wody użytkowej wynosi ok. 5 MW.
Koncepcję jeszcze większego projektu przedstawił PEC Gliwice. W Centralnej Oczyszczalni należącej do miejskiej spółki wodociągowej planuje instalację w 2028 r. pompy ciepła o mocy szczytowej 13 MW.
– Miejsce na pompy ciepła jest zarówno w małych, średnich jak i dużych systemach ciepłowniczych, jednak różna zapewne będzie skala zastosowanych technologii i rola wytworzonego w ten sposób ciepła dla danego systemu ciepłowniczego. – Zapewne łatwiej będzie, ze względu na efekt skali dostępnych technologii, znaleźć takie rozwiązanie dla małych i średnich systemów ciepłowniczych, zaś w dużych miastach będą one stanowić jeden z elementów bardziej skomplikowanej układanki technologii wytwarzania ciepła. Tak na marginesie co do skali pomp ciepła w ciepłownictwie systemowym: w tym roku w systemie ciepłowniczym miejscowości Esbjerg w Danii zostanie uruchomiona największa jak dotąd pompa ciepła o mocy 48 MW, która wykorzystywać będzie wodę morską jako dolne źródło ciepła – przypomina Bogusław Regulski.
A już są planowane większe jednostki. We wrześniu ubiegłego roku duńska firma energetyczna Aalborg Forsyning zleciła firmie MAN Energy Solutions dostawę systemu wytwarzania ciepła pod klucz o całkowitej mocy grzewczej 132 MW, wyposażonego w trzy pompy ciepła o mocy 44 MW każda. Będzie to największa tego typu instalacja cieplna na świecie. Ogółem dostarczać około 550 tys. MWh ciepła rocznie i odpowiadać za prawie jedną trzecią produkcji ciepła w Aalborgu, trzeciej co do wielkości gminie w Danii.
Czytaj także: Polskie miasta zamiast węgla mogą ogrzać pompy ciepła i biometan
PGE wykorzysta ciepło wód z rzek i ze ścieków
PGE Energia Ciepła latem 2023 r. rozpoczęła fazę przygotowania do realizacji inwestycji związanej z zabudową wielkoskalowej pompy ciepła w Gdańsku. Dolnym źródłem energii będzie woda z Martwej Wisły
Półtora roku temu w Gdańsku została oddana do eksploatacji kotłownia z pierwszymi w Polsce kotłami elektrodowymi zasilanymi energią elektryczną. Wielkoskalowa pompa ciepła współpracująca z akumulatorem ciepła jest kolejnym etapem transformacji aktywów wytwórczych w Elektrociepłowni Gdańsk i będzie stanowiła dopełnienie dla kotłów elektrodowych, które, jako pierwsze takie rozwiązanie w Polsce, już dzisiaj z powodzeniem wykorzystują „zieloną energię” z krajowego systemu elektroenergetycznego do wyprodukowania „zielonego ciepła” – poinformowała portal WysokieNapiecie.pl spółka.
PGE Energia Ciepła ma w planach inwestycje w kolejne wielkoskalowe pompy ciepła. Spółka dodaje, że w Rzeszowie dolnym źródłem mają być ścieki komunalne z oczyszczalni ścieków sąsiadującej z Elektrociepłownią w Rzeszowie. Z kolei w Elektrociepłowni Wrocław dolnym źródłem będą wody płynące z rzeki Odry, w elektrociepłowni EC 1 Bydgoszcz oraz EC 2 Bydgoszcz – wody rzeki Brda, a w elektrociepłowni Kraków – rzeki Wisły.
Wielkoskalowe pompy ciepła w perspektywie długoterminowej mogą stać się ważnym źródłem „zielonego ciepła” dla naszych systemów ciepłowniczych, dlatego PGE Energia Ciepła rozwija tego typu projekty i dąży, aby w możliwie najkrótszym czasie przekazać taką instalację do eksploatacji – informuje nas spółka.
Nowoczesny system ciepłowniczy
– Generalnie, ciepło z pomp ciepła określa się jako ciepło niskotemperaturowe, chociaż wspomniana powyżej pompa ciepła w Danii może uzyskiwać temperatury wody nawet powyżej 100 st Celsjusza. Ale fakt ten nie stanowi problemu dla nowoczesnych systemów ciepłowniczych. W naszych systemach ciepłowniczych, w których obecnie maksymalne temperatury pracy przekraczają 100 stopni Celsjusza, każdy ładunek energii jest przydatny, nawet ten z pompy ciepła, której temperatury pracy są niższe. Nie stanowi też problemu tworzenie wydzielonych fragmentów sieci ciepłowniczych o niskiej temperaturze – uważa Bogusław Regulski.
Z kolei zdaniem Pawła Lachmana, zwiększenie udziału OZE w sieciach ciepłowniczych oznacza konieczność ich modyfikacji w celu obniżenia wartości temperatury zasilania poniżej 70 stopni Celsjusza. – Niezbędne jest też realizowanie zaplanowanej termomodernizacji budynków i budowanie dużych sezonowych magazynów ciepła. Już teraz potrzebna jest także pilna zmiana przepisów budowlanych w odniesieniu do temperatury zasilania instalacji grzewczej w nowych budynkach i poddanych gruntownej modernizacji – jej wartość nie powinna przekraczać 55 stopni Celsjusza – ocenia Paweł Lachman.
– Warto zauważyć, że zgodnie ze zmienioną dyrektywą EED, wykorzystanie samego kotła elektrodowego zasilanego energią elektryczną z OZE nie będzie traktowane jako korzystanie z OZE. W przepisach pojawił się bowiem wymóg minimalnej sprawności urządzenia grzewczego na poziomie 100 proc., co promuje pompy ciepła. Jednak zastosowanie kotła katodowego będzie bardzo opłacalne przy cenie energii elektrycznej bliskiej zeru – dodaje.
Opłacalność będzie zależała od cen energii elektrycznej
Bogusław Regulski spodziewa się, że opłacalność zastosowania pomp ciepła podniesie się dzięki wykorzystaniu taryf dynamicznych na rynku energii elektrycznej, a to ma nastąpić latem tego roku.
Paweł Lachman uważa, że w kwestii powszechnego zastosowania pomp ciepła w ciepłownictwie decydujące będzie również zwiększenie udziału OZE w produkcji energii elektrycznej w najbliższych latach. Przy udziale OZE w produkcji energii elektrycznej na poziomie 50-60 proc. w 2030 roku i większym w kolejnych latach, spodziewany jest spadek kosztów energii elektrycznej i zarazem drastyczne zwiększenie kosztów CO2 (ETS), co pozwoli na bardziej efektywne i powszechne zastosowanie pomp ciepła w sieciach ciepłowniczych. Przypomina, że od 2027 roku podatek ETS2 obejmie również paliwa kopalne, takie jak gaz ziemny, również w przypadku małych sieci ciepłowniczych.
