Velká tepelná čerpadla budou v české energetice hrát zásadní roli
Ambice, které dnes EU vkládá do tepelných čerpadel jsou obrovské. Tlak na efektivnější využívání energie, snižování emisí CO2 a snaha o urychlenou náhradu zemního plynu má jedno synonymum – tepelná čerpadla. V ČR se téměř 30 % z celkové energie spotřebuje pro vytápění objektů, přičemž výroba tepla je dnes dominantně založena na uhlí a zemním plynu.
Strategie Green Deal, Fit for 55 či nově REPowerEU tvarují trh směrem ke zvyšování energetické bezpečnosti EU a udržitelnosti výroby energie. Velká tepelná čerpadla se tak díky svému principu dostávají do centra zájmu a navíc přidávají jednu zásadní funkcionalitu – zajištění flexibility distribuční soustavy vedoucí ke snížení nákladů na regulační energii. Vzniká tak poměrně jednoznačná preference rozvoje tohoto segmentu napříč EU, na což reagují v podstatě všichni výrobci masivními investicemi (v součtu přes 3 mld. EUR) do rozšíření výrobních kapacit a podporu vědy a výzkumu v této oblasti.
Přestože rezidenční jednotky jsou v ČR dlouhodobě etablované, průmyslové stroje o výkonu nad 100 kW u nás přes ohromný potenciál nemají prakticky žádnou tradici. To je způsobeno zejména faktem, že zemní plyn a ostatní paliva pro výrobu tepla byly historicky natolik levné, že nedávalo smysl investovat do sice ekologické, ale nákladné technologie. To se však rychle mění. V současnosti se odhaduje, že polovina stávající výroby v teplárenských soustavách je racionálně nahraditelná velkými tepelnými čerpadly se součtovým výkonem až 4GW. ČEPS ve svých prognózách predikuje spotřebu el. energie pro tepelná čerpadla v roce 2050 na úrovni 10 TWh. Tepelných čerpadel v teplárenství se poměrně často využívá pro využití tepla z chlazení směsi motorů kogeneračních jednotek, samostatné jednotky pracující jako základní či flexibilní zdroj výroby tepla se však v ČR prakticky nevyskytují.
Významný potenciál odpadního tepla v České republice mají překvapivě existující čistírny odpadních vod. Na výstupu z ČOV je totiž relativně konstantní teplota v průběhu celého roku a v zimních měsících, kdy je poptávka po teple nejvyšší jsou standardně teploty 12-15°C. V kombinaci s velkým průtokem se jedná o vydatný, celoroční a lokálně dostupný zdroj energie, kterým disponuje v podstatě každá obec či město v ČR. Pro ilustraci potenciálu se lze podívat na připravovaný projekt na ÚČOV Praha, který může dosahovat výkonu až 200 MW a pokrýt tak přes 20% spotřeby tepla hlavního města. Ve Vídni již obdobný projekt realizují, ve dvou etapách se předpokládá instalace 110 MW tepelných čerpadel na místní ČOV. Tento projekt má jednu zvláštnost – elektřinu pro pohon tepelných čerpadel získá Wien Energie přímo z nedaleké vodní elektrárny umístěné na Dunaji a bude se tak jednat o 100 % bezemisní výrobu tepla. Obdobné projekty ohlásily ale i další města v sousedních zemích, například Hamburg, Mannheim, Berlín či polský Krakow.
Dánsko, které je považováno za vzor rozvoje nízkoemisní výroby tepla s významným zastoupením centralizovaného vytápění (podíl cca 65 % vs. 40 % v ČR) jsou ještě o několik kroků dále. Díky změně legislativy, která ukládá za povinnost využít odpadní teplo z energetických procesů a současně daňově zvýhodňuje výrobce tepla, kteří odpadní teplo cíleně využívají nastal boom rozvoje této technologie. Cílem dánské vlády je instalovat každý rok až do roku 2028 přibližně 500MW nových zdrojů na bázi tepelných čerpadel s cílem dekarbonizace tepelného gridu, ale zejména již zmíněné zvýšení flexibility distribuční soustavy.
Rozvoj tepelných čerpadel pro průmysl v Dánsku po změně legislativy Zdroj: Benjamin Zühlsdorf, Danish Technological Institute
V EU má být do roku 2030 realizováno 60 milionů tepelných čerpadel a zastavení prodeje zdrojů na fosilní paliva (zejména zemní plyn) je plánováno na rok 2029, v některých státech ještě dříve. Jedná se tedy v podstatě o exponenciální nárůst a v zásadě o náhradu plynové základny určené pro vytápění. Pro zajištění podpory této moderní technologie Evropská komise nedávno schválila Německu investiční a provozní podporu ve výši 3 mld. EUR pro tzv. nízkoenergetické teplárenské soustavy a díky této podpoře má být v 10letém horizontu realizováno zhruba 680 MW instalovaného výkonu v tepelných čerpadlech ročně, často v kombinaci se sezónní akumulací a tzv. solar thermal.
Předpokládaný rozvoj technologie tepelných čerpadel v EU. Zdroj: Delta-EE
Dalším, neméně významným spotřebitelem tepla je průmysl. Vysoko-teplotní tepelná čerpadla, která budou uvedena na trh v blízké budoucnosti umožní zvýšit výstupní teplotu až 200 °C, což otevírá významný prostor pro dekarbonizaci mnoha průmyslových procesů, například v papírnách, pivovarech, mlékárnách, ve výrobě masa a dalších.
Ambice vyžadují akci
Takové je současné motto Evropské asociace tepelných čerpadel. Náhoda? Zcela jistě ne.
„Segment tepelných čerpadel je dnes na stejné startovní pozici jako fotovoltaika před deseti lety. Je nutné odstranit legislativní bariéry pro city-scale tepelná čerpadla a zajistit vhodné metody financování pro tyto projekty.“
Odile Renaud-Basso (prezidentka Evropské banky pro obnovu a rozvoj EBRD):
Stojí před námi mnoho nesnadných úkolů, ČR si však nemůže dovolit nechat ujet vlak v tomto segmentu jako se to stalo v případě fotovoltaiky. Naše konkurenceschopnost je do značné míry poplatná cenově dostupné energii a tyto lokální projekty mohou celkové bilanci významně pomoci. Výhodou naší země je fakt, že centralizované teplárenské soustavy jsou u nás solidně rozšířené a investice do navazující infrastruktury, stejně jako časový horizont realizace nemusí představovat zásadní překážku v rozvoji této slibné technologie.
Velká tepelná čerpadla současně představují klíčovou technologii výroby tepla v rámci komunitní energetiky.
Pokud Vás tento nově vznikající segment s mnohamiliardovým potenciálem zajímá do větší hloubky, srdečně bychom Vás rádi pozvali na mezinárodní konferenci, která bude jako jediná v ČR plně věnována průmyslovým jednotkám a jejich aplikaci. Na akci získáte unikátní vhled do komplexní problematiky velkých tepelných čerpadel díky renomovaným zahraničním řečníkům (např. prezident EHPA) a těšit se můžete také na prezentace nejvýznamnějších běžících projektů nejen z EU, ale i z Prahy či Vídně.
Budoucnost je elektrifikovaná, buďte připraveni.
Více informací a registrace na konferenci: www.exergie.cz
Mohlo by vás zajímat:
Jasně, teď nikdo elektřinu z Freudenau ani trochu nevyužívá a Rakousko není čistý dovozce z ČR. Verbund asi pouští všechnu vodu přes jez přepadem.
Tak ale celý rok snad Rakousko čistý dovozce není, nebo snad ano? Tepelná čerpadla mají sloužit elektrizační soustavě jako prvek FLEXIBILITY ?♂️
Letos víceméně celý rok čístý dovozce je, ale dlouhodobě je čistý dovozce hlavně v zimě, kdy je právě největší spotřeba těch tepelných čerpadel.
Jako prvek flexibility mohou tepelná čerpadla sloužit tím, že mohou podle potřeby krátkodobě spotřebovávat více nebo méně elektřiny a moc se to nepozná.
V článku se píše, že potenciál v ČR je na úrovni 4GW, což pak odpovídá hodně přes 1GW flexibilní spotřeby el. energie. To se podle mého pozná docela dost. Navíc teplo se vyrábí po celý rok, nejen v zimě.
1) Myslel jsem to tak, že se to moc nepozná na těch dodávkách tepla.
2) Teplo se vyrábí celý rok, ale třeba v červenci v našich teplárenských soustavách jen zhruba třetina toho co v lednu. Takže logicky bude i v zimě výrazně vyšší spotřeba těch tepelných čerpadel než v létě, což je zrovna u Rakouska problém, protože je právě v zimě ve výrobě elektřiny výrazně deficitní, takže vysává sousedy a zdražuje elektřinu nejen sobě ale i jim.
Nemohu s Vámi souhlasit. Velké tepelné čerpadlo se zpravidla dimenzuje na letní a přechodové období a v zimních měsících efektivně "vyzobává" hodiny s levnou elektřinou - těch navíc ani v tomto období není málo zejména díky rychle narůstající kapacitě offshore větrných elektráren.
1) Nemůžete souhlasit s čím konkrétně z toho co jsem psal?
2) Jak souvisí údajné nemalé množství hodin s levnou elektřinou (co je pro vás nemalé množství a co je pro vás levná elektřina?) s tím že je Rakousko v zimě výrazně deficitní? V Rakousku ta kapacita offshore větrných elektráren rychle narůstající není.
@Emil:
1) Nesouhlasil jsem s tvrzením, že spotřeba tepelných čerpadel bude vyšší v zimě než v létě, což jsem však vysvětlil již v předchozím komentáři.
2) otázku mohu otočit - je teplo za 1500-3000 Kč/GJ z plynu levné? Z tepelného čerpadla s účinností 3 rozhodně dražší nebude a s využitím flexibility pak bude VÝRAZNĚ levnější. Evropská elektrizační soustava je integrovaná, proto není nezbytné spoléhat na rozvoj jedné konkrétní technologie v rámci jednoho konkrétního státu.
Ad 1) Já tam tedy žádné vysvětlení, proč by v zimě neměla být spotřeba tepelných čerpadel vyšší, nevidím. Vy pouze píšete o údajném "vyzobávání" nemalého množství levné elektřiny, aniž byste specifikoval, co je pro vás nemalé množství a co je pro vás levná elektřina. Cena elektřiny ale se spotřebou nesouvisí a objektivně je prostě v zimě potřeba mnohem víc tepla než v létě, o tom snad není sporu.
Ad 2) Já jsem přece o ceně vůbec nic nepsal, psal jsem pouze o spotřebě, tak nevím proč se neustále snažíte odvádět řeč na cenu. Nezbytné není spoléhat na rozvoj jedné konkrétní technologie v rámci jednoho konkrétního státu do chvíle, dokud je možné zajistit tu konkrétní technologii z jiného státu. Ovšem v případě výroby elektřiny se prakticky všechny státy v našem regionu spoléhají na to, že budou dovážet odjinud, takže je evidentní, že tento přístup nebude fungovat.
Pro přemýšlení ve velkém má Vídeň výhodu obrovského zdroje tepla na studené straně v podobě říční vody. Praha má řeku menší, v zimě ale možná teplejší. Jak to začlenit do stávající horkovodní sítě bude v obou případech zajímavý technický oříšek. Možná by šlo předehřívat vratku Energotransu v Mělníku, teplotu má ovšem dost vysokou.
Byl bych raději, kdyby se používání tepelných čerpadel prosazovalo standardní ekonomikou, bez apriorního ideologického nálepkování, polopravd a úředních deformací trhu. Citát paní Basso děsí jako celek, nejen (jak se zdá již politicky rozhodnutou) podporou komunizace energetiky.
Řeky jsou jako zdroj energie vcelku ok, ČOVky jsou však mnohem lepší díky svému vyrovnanému teplotnímu profilu. Technicky jsou dnes řešitelné jednotky, které umí na výstupu 150stC (což samozřejmě není potřeba), takže takové zdroje mohou pracovat obdobně jako jiné výrobny tepla bez potřeby dotápění.
Pokud hovoříte o "standardní ekonomice" je třeba si uvědomit, že elektřina je dnes zdaněna daleko více než plyn a fosilní zdroje do 20MW výkonu jsou mimo EU ETS. Navíc velké jednotky jsou ekonomcké již dnes při spreadu kolem 2,3.
V Plzni mají teplárnu u Mže, ČOV je vzdálená jen 1km ale přes seřazovací nádraží. Tož jsem zvědav. Flexibilitu poskytnutou soustavě si neumím představit bez velkého tanku s horkou vodou, a i tak v zimě z hlediska celku elektro nicmoc, čerpací práce s médiem o nižší teplotě jde proti. A pokud je to dimenzované příliš málo, musím souběžně víc investovat i do fosilu či elektroohřevu. Provozní využití jak u motorové kogenerace - podstatu by odpracovaly jiné zdroje. Najít optimum bude chtít vtipnou hlavu i zicflajš.
@Emil:
1) Spotřeba TČ v zimě nemusí být vyšší, protože v zimě nepojede jako baseload. Jak jsem již uvedl, velké jednotky se dimenzují na LETNÍ a PŘECHODOVÉ období, ne na zimní výkon (a z něj vyplývající omezené využití v čase). Takto je možné pokrýt cca 50% poptávky po teple.
2) Ale spotřeba bez uvedení cen přece nedává smysl, ne? Spotřeba elektřiny pro pohon tepelného čerpadla (a z ní vyplývající výroba tepla) je a bude tvořena cenou komodity, která je však v čase různá. Pokud však chcete abych byl exaktní, můžeme hovořit o ceně nižší než je marginální cena výroby tepla z KVET, což může být v topném období řekněme 1000-1500 hodin a vynásobením výkonu máte výrobu tepla a z ní vyplývající spotřebu el. energie. Těžko to jde paušalizovat, ani by to nemělo být účelem! To, že se celková roční výroba elektřiny musí a bude navyšovat o tom není pochyb.
Ad 1) "Nemusí být vyšší" ale neznamená že nebude vyšší. Zvlášť u využití teploty odpadních vod, o kterém je článek, se dá očekávat, že se bude využívat právě především relativně vysoká teplota odpadních vod oproti teplotě okolí v zimním období, a tedy bude i vyšší spotřeba elektřiny, protože v zimním období je prostě spotřeba tepla násobně vyšší než v létě.
Ad 2) Spotřeba bez uvedení cen dává smysl ve chvíli když se řeší odpověď na otázky jako byla ta vaše: "Tak ale celý rok snad Rakousko čistý dovozce není, nebo snad ano?" Pak naopak nedává smysl tahat do toho cenu.
ad TC 14. říjen 2022, 10:10
@Emil:
1) Spotřeba TČ v zimě nemusí být vyšší, protože v zimě nepojede jako baseload. Jak jsem již uvedl, velké jednotky se dimenzují na LETNÍ a PŘECHODOVÉ období, ne na zimní výkon (a z něj vyplývající omezené využití v čase). Takto je možné pokrýt cca 50% poptávky po teple.
v reakciach popierate svoje vlastne vyroky ako aj informacie v clanku, ku ktoremu je debata
vid:
TC 13. říjen 2022, 21:09
Řeky jsou jako zdroj energie vcelku ok, ČOVky jsou však mnohem lepší díky svému vyrovnanému teplotnímu profilu.
alebo jedna z hlavnych info v clanku:
Významný potenciál odpadního tepla v České republice mají překvapivě existující čistírny odpadních vod. Na výstupu z ČOV je totiž relativně konstantní teplota v průběhu celého roku a v zimních měsících, kdy je poptávka po teple nejvyšší jsou standardně teploty 12-15°C. V kombinaci s velkým průtokem se jedná o vydatný, celoroční a lokálně dostupný zdroj energie, kterým disponuje v podstatě každá obec či město v ČR.
Pokud má soustava v Plzni letní odběr na úrovni cca 30 MW není třeba žádné akumulační nádrže a zdroje tepla se mohou dle situace na trhu s elektřinou střídat. Jinak ale souhlasím, že kombinace tepelné čerpadlo a akumulátor horké vody je ta správná cesta kupředu. Využitelnost vidím vyšší než u plynové kogenerace, záleží však na konkrétním projektu - každá instalace velkého tepelného čerpadla je svým způsobem unikátní. PS: čerpací práce nemusí jít proti spotřebě pokud máte na topném médiu velké dT - to přesně mají tepelná čerpadla ráda.
@richie: Nemám pocit, že bych popíral své vlastní výroky a řeknu Vám proč. Fakt, že ČOV je vydatný celoroční zdroj odpadního tepla pouze vytváří předpoklad, že tuto energii lze efektivně využít (neboť existuje), avšak nestanovuje povinnost tuto energii využívat "za každou cenu". Zimní výkon je navíc myšlen ve vztahu k výpočtové teplotě, nikoliv k ročnímu období. Je třeba si uvědomit, že tepelná čerpadla mají sloužit jako prvek FLEXIBILITY - bez ohledu na to kdy je zařízení spouštěno a ČOV zde mohou významně pomoci. Snad jsem to vysvětlil dostatečně srozumitelně.
Teplárenské soustavy jsou vysokoteplotní a tepelná čerpadla mají tomto režimu špatnou účinnost. Možná z teplé odpadní vody nebo odpadního tepla z průmyslu by je šlo využít nebo pro letní provoz. Ale když se nad tím zamyslíte logicky pak pokud teplárenská soustava nemá zdroj tepla z nekvalitního paliva jako je odpad nebo uhlí nebo odpadní teplo z elektrárny , pak ta soustava nemá smysl a nedokáže dávat cenově přijatelné teplo , pálit v teplárnách plyn je nesmysl protože je lepší mít domovní kotelny nebo tepelná čerpadla přímo v domech a ne platit zisk teplárně.
On je třeba si položit otázku proč vlastně jsou teplárenské soustavy vysokoteplotní - pro vytápění domu na 22°C a ohřev TUV na 55°C? Moderní soustavy tzv. 4. generace pracují s výrazně nižšími teplotami, než jsou u nás dnes zvykem - typicky 35/70°C. To pak otvírá ohromné množnosti využití odpadního tepla - ze spalin, ze supermarketů, z geotermálních vrtů, z ČOV, z řek, ze solar thermal a dalších OZE technologií. Díky těmto opatřením se naopak konkurenceschopnost tepláren výrazně zvýší. Centralizované zásobování teplem v podobě jak jej známe se musí změnit, avšak cesta rozpadu soustav co popisujete je velmi špatná, ba dokonce možná nejhorší ze všech alternativ. Rozsah soustav CZT v ČR nám mnohé státy závidějí.
Tomuto kroku fandím a dokážu si ten provoz představit. Základní podmínky ekonomiky provozu bych viděl dvě. Jednou je teplota vody v řece, a to bude splněno od dubna do října. Druhým předpokladem bude laciná el. energie tj. období od února do září. Podmínky provozu se překrývají od dubna do září, kdy bude obojí Zařízení bude pracovat s lacinou elektrickou energií a současně s vysokou účinností TČ z důvodu teplé vody v řece. Laciná el. energie bude dána vysokou penetrací zdrojů na straně výroby el. energie (FV elektrárny u kterých se předpokládá masivní rozvoj v našich končinách). Noční proluku, kdy FV nevyrábí, by měl pokrýt akumulátor pro zajištění stability dodávky.
Děkuji, souhlasím s Vašim názorem. Doplnil bych ještě jeden aspekt z pohledu flexibility a tou je akumulace. S dostatečně velkou akumulací se jedná skutečně o zásadní prvek zlepšení ekonomiky, kdy pomůžete nejen elektrizační soustavě, ale i životnímu prostředí. A to se vyplatí :)
Komentáře v diskuzi mohou pouze přihlášení uživatelé. Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj níže.
V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.
Přihlásit se