MIKS ENERGETYCZNYW OGRZEWNICTWIE
Jakie są perspektywy rozwoju branży grzewczej w kontekście postępu i rozwoju różnych technologii urządzeń grzewczych oraz jaką rolę odgrywają w nim odnawialne źródła energii? Co jest ważne dla branży, a co dla konsumenta? Jakie wyzwania kształtują rynek urządzeń grzewczych?
Wymogi stawiane przez Green Deal i Fit for 55 przed branżą instalacyjno-grzewczą stanowią pewne wyzwanie, jakim jest dekarbonizacja ogrzewania. Z jednej strony bardzo mocno obecnie jest promowana technologia pomp ciepła, która z pewnością odegra ważną rolę w transformacji ogrzewnictwa w przyszłości, z drugiej zaś wieszczone jest całkowite odejście od gazu jako źródła ciepła w niedalekiej przyszłości, co jest raczej nierealne z powodów praktycznych. Równocześnie do niedawna pomijana była jeszcze rola ciepła pozyskiwanego z energii słonecznej jako czystego źródła ciepła w przyszłości. Czy słusznie? Należałoby poddać analizie obecną strukturę infrastruktury grzewczej oraz możliwy potencjał źródeł energii w przyszłości.
Dywersyfikacja źródeł ciepła
Chcąc w przyszłości wykorzystać czyste źródła energii w sposób efektywny, konieczne jest pogodzenie się z faktami i zaakceptowanie konieczności dywersyfikacji źródeł ciepła w zależności od lokalnych zasobów energetycznych. Dywersyfikacja sposobów pozyskiwania energii, w tym ciepła, w oparciu o lokalne zasoby jest warunkiem zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego oraz optymalizacji kosztów zaopatrzenia w energię. Bezpośrednia elektryfikacja ogrzewania w połączeniu z gazowymi nośnikami energii wykorzystującymi zdekarbonizowany gaz oraz ciepłem słonecznym pozyskiwanym z kolektorów z możliwością jego magazynowania jest lepszym rozwiązaniem niż zakładana totalna elektryfikacja dla wszystkich rodzajów użytkowania i może obniżyć koszty całej transformacji systemu energetycznego oraz zapewnić obywatelom i przedsiębiorstwom możliwość opcji radzenia sobie z wyzwaniami związanymi z dekarbonizacją w sposób wszechstronny i bardziej dostępny dla wszystkich zainteresowanych. Gazy odnawialne i zdekarbonizowane mają zasadnicze znaczenie dla osiągnięcia do 2050 r. neutralności zasobu budynków pod względem emisji dwutlenku węgla, zwiększenia udziału elektryfikacji w zaopatrzeniu w energię w sposób bezpieczny i podwyższania efektywności energetycznej w gospodarce i gospodarstwach domowych. Oczekuje się, że budynki pozostaną największym odbiorcą zużywającym energię końcową w Europie, ze szczytowym zapotrzebowaniem na energię w okresach roku, kiedy panuje najniższa temperatura. W związku z tym rozwiązanie zwiększenia wykorzystania energii elektrycznej do ogrzewania pomieszczeń i podgrzewania wody za pomocą wydajnych pomp ciepła i grzewczych układów hybrydowych jest jedną z dostępnych efektywnych technologii do osiągnięcia założonych celów.
Jednak nie całe zapotrzebowanie na ciepło może być i będzie pokrywane przez elektryczne pompy ciepła, ze względu na możliwy niedobór i ograniczenia w dostawach energii elektrycznej oraz mogące wystąpić problemy z siecią przesyłową i dystrybucyjną. Ograniczeniem w tym zakresie jest także wielkość zapotrzebowania na ciepło do ogrzania danego budynku, szczególnie w istniejącej infrastrukturze, i specyfika panującego lokalnie klimatu.
Już dziś gazowe urządzenia grzewcze zainstalowane w budynkach europejskich są dostosowane do pracy w zasilaniu biometanem, mieszanką metanowo-wodorową, metanem syntetycznym i bio-LPG. Nowoczesna technologia gazowych kotłów kondensacyjnych już obecnie pozwala na wykorzystanie mieszanek gazu z udziałem do 20% wodoru (najlepsze dostępne technologie działają z maksymalnie 30% zawartością wodoru w mieszance gazu). Rozwiązania te pasują zarówno do nowo wybudowanych obiektów, jak i tych poddawanych renowacji, a jednocześnie pozwalają na optymalne wykorzystanie istniejącej infrastruktury przesyłowej i dystrybucyjnej gazu nawet po stosunkowo niewielkiej modernizacji.
Branża grzewcza opracowuje szeroką gamę produktów z przeznaczeniem dla budynków mieszkalnych, handlowych i przemysłowych, które będą działać w zasilaniu 100% wodorem – co dotyczy zarówno ogrzewania, jak i przygotowania ciepłej wody użytkowej, co będzie wymagało odpowiedniej infrastruktury. Do takich urządzeń można zaliczyć np. kotły grzewcze, instalacje do mikrokogeneracji, zasilane cieplnie pompy ciepła, instalacje hybrydowe. Na rynku są już obecnie ogniwa paliwowe, które są w stanie funkcjonować w zasilaniu 100% wodorem.
Ogrzewanie gazowe to najczęściej stosowane źródło ciepła w budynkach na terenie UE: w 2017 r. kotły gazowe stanowiły 70% zainstalowanych urządzeń grzewczych wykorzystujących wodę jako nośnik ciepła w UE. Równocześnie około 44 milionów zainstalowanych obecnie kotłów gazowych jest starego typu i nieefektywnych energetycznie, a zatem będą musiały niedługo zostać zastąpione przez przyszłościowe technologie, takie jak kotły przystosowane do spalania wodoru i typowe kotły wodorowe, elektryczne pompy ciepła, instalacje hybrydowe, termicznie zasilane pompy ciepła, instalacje kolektorów słonecznych z magazynami ciepła, kotły na biomasę nowej generacji i mikrokogenerację. Jest to zgodne z założeniami fali renowacji, której celem jest przyspieszenie wymiany zainstalowanych i wykorzystywanych starych i nieefektywnych urządzeń grzewczych w celu osiągnięcia celów klimatycznych UE do 2030 r. Biorąc pod uwagę drastyczne zwiększanie zapotrzebowania na energię elektryczną ze strony różnych odbiorców, przy równoczesnym wyłączaniu istniejących bloków energetycznych wykorzystujących paliwa kopalne, konieczne będzie zwiększenie w miksie energetycznym udziału wykorzystania ciepła innych alternatywnych źródeł, będących koniecznym uzupełnieniem ogrzewania elektrycznego, a wielu wypadkach podstawowym źródłem ciepła. Mówimy tutaj o instalacjach złożonych z kolektorów słonecznych wraz z magazynowaniem ciepła, wykorzystywania w przyszłości zdekarbonizowanego paliwa gazowego, w tym głównie wodoru, czy kotłach na biomasę o znacznie zredukowanej emisji cząstek stałych w spalinach jako czynnika stabilizującego cały miks zaopatrzenia w ciepło i uzupełnienie brakującego ciepła pochodzącego z ogrzewania elektrycznego. Ostatnio wiele się mówi o energetyce rozproszonej i mikroźródłach energii wykorzystujących OZE, do których z pewnością można zaliczyć kolektory słoneczne i pompy ciepła. Właśnie takie instalacje w połączeniu z magazynami ciepła mają przyszłość zarówno w zasilaniu sieci centralnego ogrzewania, jak i w mikrosieciach cieplnych oraz zaopatrzeniu w ciepło w budownictwie indywidualnym. Na pewno dynamika rozwoju rynku pomp ciepła, kolektorów słonecznych oraz innych technologii pozyskiwania ciepła przy wykorzystaniu OZE wymusi na decydentach konieczność potraktowania ciepła z OZE w sposób równoprawny do innych źródeł energii. W przypadku braku sieci ciepłowniczej i gazowej efektywnym nisko- lub bezemisyjnym źródłem ciepła mogą być instalacje wykorzystujące odnawialne źródła energii. Z tego powodu wspierane jest m.in. instalowanie kotłów biomasowych spełniających wymogi klasy 5 wg PN-EN 303-5:2012, a w przyszłości spełniające także jeszcze wyższe wymogi ograniczania niskiej emisji.
Innym rozwiązaniem jest wykorzystywanie bezemisyjnych technologii bazujących na cieple pochodzącym z OZE, w tym kolektorów słonecznych i pomp ciepła, oraz wzrastające wykorzystanie energii elektrycznej do celów grzewczych w obliczu coraz większej produkcji energii elektrycznej pochodzącej z OZE (panele fotowoltaiczne, małe turbiny wiatrowe, małe elektrownie wodne). Równocześnie możliwości, jakie dają instalacje hybrydowe, pozwalają na to, że nie ma potrzeby w sposób szokowy rezygnować z zasilania gazem, tym bardziej że coraz bardziej widać zastępowanie gazu ziemnego biometanem oraz w przyszłości innymi zielonymi gazami, np. wodorem. Wykorzystanie OZE w hybrydowych sieciach ciepłowniczych już obecnie może w widoczny sposób ograniczyć zużycie gazu czy innych paliw kopalnych i może sukcesywnie zastępować paliwa kopalne wraz ze zwiększaniem z postępem czasu możliwości korzystania ze źródeł odnawialnych.
Zwiększenie wykorzystania tego typu instalacji do wytwarzania ciepła przyczynia się nie tylko do poprawy jakości powietrza, ale również pozytywnie wpływa na poprawę lokalnego bezpieczeństwa energetycznego (wykorzystanie lokalnie dostępnych zasobów – brak konieczności transportu paliw z innych obszarów).
Przykładowe możliwości zastosowania OZE w ciepłownictwie
Kolektory słoneczne są jedną z najbardziej innowacyjnych i równocześnie najtańszych technologii pozyskiwania ciepła zarówno w budownictwie indywidualnym, jak i w wypadku ciepła systemowego. Tego typu instalacje powstają w pobliżu odbiorców ciepła, jak również w układach scentralizowanych wielkowymiarowych o powierzchni od 500 do 50 000 m2 (co daje odpowiednio od 0,35 do 35 MW mocy cieplnej). W Polsce istnieją dobre warunki do wykorzystania tej technologii, zarówno w wypadku odbiorców indywidualnych, jak i przedsiębiorstw ciepłowniczych.
Pompy ciepła są coraz powszechniej stosowane i rekomendowane do stosowania, szczególnie na terenach miejskich. W wypadku sieci ciepłowniczych, podobnie jak w wypadku kolektorów słonecznych, najbardziej efektywne wykorzystanie tej technologii pozyskującej ciepło z otoczenia ma miejsce we współpracy z sezonowymi magazynami ciepła. Obecnie pompy ciepła są z powodzeniem stosowane w budownictwie indywidualnym i wielorodzinnym, jak również w budynkach publicznych.
Biomasa jest jak dotąd najbardziej rozpowszechnioną formą pozyskiwania ciepła, zarówno przez użytkowników indywidualnych, jak i przedsiębiorstwa ciepłownicze. Ze względu na pewną emisyjność powstającą podczas procesu spalania oraz nadmierne wykorzystywanie biomasy powodujące wzrost jej ceny dyrektywa RED III miała ograniczyć zakres paliw pochodzących z biomasy (zaliczanych do OZE, czyli niepodlegających obowiązkowi naliczania kosztów uprawnień do emisji CO2. Jako tzw. stabilne źródło energii będzie istotnym elementem miksu energetycznego instalacji opartych na innych OZE.
Geotermia ma w Polsce kilkanaście instalacji opartych na odwiertach głębokich. Od lat w kraju toczy się dyskusja na temat szerszego wykorzystania geotermii, niemniej jednak na obecnym etapie koszty pozyskiwania ciepła z tego źródła w Polsce są w dalszym ciągu wysokie. Mamy ponad 30 przedsiębiorstw ciepłowniczych zlokalizowanych na obszarach, gdzie dostęp do zasobów geotermalnych może być korzystny.
Elektryfikacja ogrzewania i chłodzenia w oparciu o OZE, także na przyszłość, z uwagi na lokalne warunki panujące w Polsce. Duża wietrzność w okresie jesienno- -zimowym pozwala na zagospodarowanie nadwyżek energii elektrycznej z energetyki wiatrowej na cele grzewcze. Podobnie jak wykorzystanie nadwyżek energii elektrycznej z fotowoltaiki w okresie wiosenno-letnim. Pewnym rozwiązaniem przyszłości może być także elektryfikacja ogrzewania poprzez wymianę indywidualnych pieców węglowych na urządzenia zasilane energią elektryczną, np. nowoczesne i wysokosprawne indukcyjne lub oporowe elektryczne kotły grzewcze czy pompy ciepła. Taki sposób ogrzewania może być dobrym sposobem na zagospodarowanie nadwyżek produkowanej przez siłownie wiatrowe energii elektrycznej w okresie jesienno-zimowym i rozwiązanie w ten sposób nadwyżek energii elektrycznej z OZE, które spędzają sen z powiek koncernom energetycznym. Jeżeli jeszcze wykorzystałoby się magazynowanie energii, wówczas możliwy do stworzenia jest całkiem efektywny energetycznie model zaopatrzenia w ciepło pochodzące z OZE po niskich kosztach wytwarzania.
Magazyny ciepła pozwalają na efektywne wykorzystanie OZE w systemach ciepłowniczych. Rozwój technologii pozwala na magazynowanie ciepła w cyklach zarówno kilkudniowych, jak i wielotygodniowych, w przeciwieństwie do magazynów energii elektrycznej, które pozwalają w praktyce magazynować energię w cyklach kilkugodzinnych i są znacznie droższe. W wypadku wykorzystania magazynów ciepła w systemach grzewczych można optymalnie wykorzystać ciepło pochodzące z zależnych od warunków pogodowych OZE.
Instalacje hybrydowe pozwalają na łączenie różnych źródeł ciepła w jeden system efektywny pod względem bezpieczeństwa zaopatrzenia w ciepło oraz kosztów eksploatacji. Hybrydowa instalacja grzewcza to instalacja łącząca różne źródła energii, takie jak gaz, olej, energia elektryczna, drewno lub odnawialne źródła energii, w jednym systemie grzewczym. Hybrydowe źródła ciepła idą o krok dalej i łączą kilka generatorów energii w jedną kompaktową jednostkę. Zmniejsza to nakłady na instalację, zajmuje mniej miejsca i ułatwia właścicielom domów ogrzewanie. Dzieje się tak dlatego, że działanie hybrydowego systemu grzewczego zapewnia, iż zintegrowane inteligentne sterowanie automatycznie wybiera najbardziej ekologiczne lub ekonomiczne źródło energii. Przeznaczenie hybrydowego systemu grzewczego:
– Z reguły każda z technologii sama jest w stanie pokryć zapotrzebowanie na ciepło w budynku. –– Połączenie dwóch technologii pozwala użytkownikowi korzystać z najbardziej wydajnej, najtańszej i najbardziej przyjaznej dla środowiska technologii w danym momencie.
– W praktyce zarządzanie instalacją hybrydową jest przejmowane przez zintegrowaną technologię sterowania, która może nawet oceniać i uwzględniać wahania cen energii.
– W ten sposób można stać się bardziej niezależnym od rynku energii i trwale obniżyć koszty operacyjne ogrzewania.
Sieci ciepłownicze wykorzystujące OZE mogą być ważnym elementem likwidacji problemu niskiej emisji i ubóstwa energetycznego. Korzystanie z efektywnych energetycznie rozwiązań wymagać będzie zastępowania przestarzałych kotłów zasilanych paliwami stałymi w budynkach jednorodzinnych alternatywnymi źródłami ciepła. W miejscach występowania sieci ciepłowniczych dobrym rozwiązaniem wydaje się ich rozbudowa i przyłączanie kolejnych indywidualnych odbiorców. Niemniej jednak przejście z sieci ciepłowniczych na alternatywne źródła energii oparte na OZE oraz zmiana struktury zasilania i dystrybucji ciepła będzie stanowić dla ciepła systemowego nie lada wyzwanie, dlatego konieczne jest przygotowanie odpowiednich regulacji, które wsparłyby implementację odnawialnych źródeł energii w sektorze ciepłowniczym. Dzięki nowoczesnym technologiom możliwe jest również zmniejszenie strat w obszarze wytwarzania ciepła poprzez efektywniejszą pracę źródła ciepła lub organizację pracy jednostek składowych wytwarzających ciepło, wchodzących w skład jednego obiektu. Oprócz magazynowania ciepła istnieją rozwiązania umożliwiające optymalizację pracy źródła ciepła, np. dynamiczne przewidywanie zapotrzebowania na ciepło bazujące na permanentnie aktualizowanych warunkach pogodowych (temperatura, wilgotność, nasłonecznienie).
Na koniec warto zwrócić uwagę na jeszcze jeden aspekt, który może mieć wpływ na kształt przyszłego miksu energetycznego w ogrzewnictwie.
Akty prawne UE a dobór urządzeń grzewczych
W ostatnich latach toczy się burzliwa dyskusja nad aktami prawnymi w UE, które będą miały bezpośredni wpływ na branżę instalacyjno-grzewczą, szczególnie na dobór urządzeń grzewczych w przyszłości. Wokół zamiarów dotyczących zmian narosło wiele mitów. Niektóre sugestie były przedstawiane jako już obowiązujące bądź uzgodnione. Jednak w dalszym ciągu trwają dyskusje co do ostatecznego kształtu aktów prawnych UE, które miałyby obowiązywać w przyszłości.
Jest to o tyle ważne, o ile machina biurokratyczna UE jest powolna i to, co będzie uchwalone teraz (i np. w trakcie praktycznego funkcjonowania regulacji okaże się, że takie rozwiązanie nie jest najszczęśliwsze dla użytkowników czy gospodarki), to „odkręcone” może zostać dopiero za cztery lata, \ podczas następnego przeglądu danego aktu prawnego.
Istnieje cała lista unijnych regulacji prawnych, które będą miały wpływ na kształt sposobu ogrzewania w krajach członkowskich.
Ekoprojekt i Etykietowanie energetyczne
Jednym z wielu projektów UE, mającym duży wpływ na branżę instalacyjno-grzewczą, jest Ekoprojekt, który jest nierozerwalnie połączony z Etykietowaniem energetycznym. Obecnie trwają prace przeglądowe Ekoprojektu i Etykietowania, które zakończą się zmianami, ale budzą także duże emocje ze względu na dość kontrowersyjne propozycje. Obecnie opracowywana jest nowelizacja Ekoprojektu oraz przeskalowywania urządzeń grzewczych. Można odnieść wrażenie, że ze względu na dość kontrowersyjne wstępne propozycje ograniczeń dotyczących stosowania urządzeń grzewczych wzrasta opór coraz większej grupy państw członkowskich, tym bardziej że wprowadzenie zapisów w proponowanej pierwotnie formie mogłoby stać w sprzeczności z kompromisem zapisanym w EPBD. O co w tych kontrowersjach chodzi? To, co budzi duże emocje, to fakt, że pierwotnie proponowana nowa etykieta energetyczna wykluczała wsparcie dla technologii innych niż elektryczne pompy ciepła i jednostki kogeneracyjne, co by sprawiło, że alternatywne rozwiązania stałyby się niedostępne, utrudniając przyjęcie technologii gotowych na wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, zwiększając niebezpieczeństwo wykluczenia energetycznego i utrzymując w eksploatacji nieefektywne urządzenia. Aby temu zaradzić, należy rozszerzyć możliwość wsparcia na wszystkie dostępne technologie pomp ciepła za pomocą podwójnej skali efektywności energetycznej lub premii, zwiększyć świadomość na temat bardziej ekologicznych paliw i cyfryzacji, a jednostki kogeneracyjne powinny być zwolnione z etykiety energetycznej, pozostając jednocześnie w ramach Ekoprojektu rozporządzenia, dzięki czemu etykieta energetyczna może skutecznie napędzać zrównoważone zmiany w sektorze ciepłowniczym. I to jest aktualny temat dyskusji.
Obecnie trwają jeszcze dyskusje
nad definicją instalacji hybrydowych oraz nad regulacjami prawnymi dla kotłów na paliwa stałe. Jest
to szeroki temat, ale warto w tym miejscu zwrócić uwagę na kilka aspektów. Etykieta
energetyczna dla ogrzewania pomieszczeń stawia wszystkie techno- logie wodnego ogrzewania pomieszczeń na tej samej skali efektywności energetycznej. Nie pozwala to na rozróżnienie między
bardziej i mniej wydajnymi produktami z tej samej kategorii. Rzeczywiście, bez współczynnika
biomasy większość kotłów na biomasę na paliwo stałe, deklarowanych zgodnie z normą EN 303-
5:2021, należałaby do klasy G, czyli byłaby eliminowana z obrotu.
Rozwijając wątek kotłów na biomasę, zróżnicowanie jest ważne, ponieważ wybór kotła na paliwo stałe w porównaniu z jakąkolwiek inną technologią będzie zależał od konkretnych lokalnych i indywidualnych uwarunkowań osobistych, takich jak lokalna dostępność biomasy na paliwo stałe, dostępność i wykonalność infrastruktury energetycznej, właściwości budynku, systemy techniczne budynku, ich powiązanie z systemem energetycznym oraz indywidualne plany np. etapowych ścieżek renowacji. Dlatego konsumenci muszą przed zakupem kotła na paliwo stałe wiedzieć, który jest najbardziej dla nich efektywny.
Komisja wskazała podczas spotkania, że czynnik biomasy nie jest zgodny z prawem, ponieważ
wprowadza konsumenta w błąd co do rzeczywistej efektywności energetycznej urządzenia. Dostępne
są precedensy czynników, które zwiększają efektywność energetyczną na etykiecie bez rzeczywistej
poprawy efektywności energetycznej, np.:
– aktualne rozporządzenie w sprawie etykietowania energetycznego kotłów na paliwo stałe,
– rozporządzenie w sprawie etykieto- wania energetycznego lodówek.
Komisja wprowadziła współczynnik biomasy, aby umożliwić wszystkim urządzeniom grzewczym taką samą skalę efektywności energetycznej oraz aby móc odróżnić urządzenia zasilane paliwami odnawialnymi od urządzeń wykorzystujących paliwa kopalne. Bez tego czynnika nie będzie możliwe zachęcenie konsumentów do przejścia z kotłów węglowych na kotły na biomasę, ponieważ nie będzie różnicy na etykiecie energetycznej. Rzeczywiście: wszystkie kotły będą należeć do klasy G, niezależnie od użytego paliwa, w przypadku połączonej etykiety ze wszystkimi innymi ogrzewaczami pomieszczeń.
W takim przypadku wsparcie finansowe nie będzie już dostępne w odniesieniu do tych produktów. Wynika to z ram Etykietowania energetycznego, które dopuszczają zachęty finansowe jedynie dla dwóch najbardziej reprezentowanych klas efektywności energetycznej. Dlatego trwające obecnie konsultacje przyszłego kształtu ekoprojektu i etykietowania ą tak ważne dla branży grzewczej.
Archiwum: Viessmann
