V Praze vznikne pozoruhodný energetický projekt, významný jak svou velikostí, tak vlivem na životní prostředí. Jde o ojedinělé energocentrum, které zanedlouho bude zásobovat teplem a chladem až 200 tisíc domácností – bezmála třetinu města..

Obří projekt za miliardy korun, který ale zároveň miliardy korun a miliony metrů krychlových plynu ušetří, zrealizují Pražská vodohospodářská společnost, a. s., a Pražská plynárenská, a. s. Plány úzce souvisejí s klimatickými cíli hlavního města na snížení emisí v oblasti teplárenství a energetiky o 60 % do roku 2030 proti dnešku.

Teplo z odpadu

Energocentrum se tak stává klíčovým projektem číslo jedna, „zeleným teplem“ pro Prahu. Principem je využití tepla z Ústřední čistírny odpadních vod (ÚČOV) Císařský ostrov, pro vytápění Prahy pomocí velkých průmyslových čerpadel typu voda/voda.

„Tento projekt, jehož jsme součástí, otevírá velkou přeměnu zdrojů tepla pro Prahu na tzv. obnovitelné zdroje tepla (OZE),“ říká Petr Heincl vedoucí odboru Teplárenství v Pražské plynárenské, a. s., která ze 100 % patří hlavnímu městu.

Praha se tak po vzoru jiných evropských velkoměst, jako jsou Vídeň, Stockholm, Helsinky, Berlín nebo Kodaň, vydává cestou využití obnovitelných zdrojů, které má na svém území k dispozici. Připravují se i další projekty na využití tepla z vody ve Vltavě. Už dnes je tak vytápěna např. budova Národního divadla.

Energetická budoucnost

Výrobou tepla přitom nevznikne žádný tuhý ani plynný odpad, žádné uhlíky, prach ani dusíky. Jako „palivo“ na vstupu poslouží energocentru odpadní vody a elektrická energie. Na výstupu z výrobny budou pouze teplo, chlad a vyčištěná voda, která se vypustí do Vltavy. Přitom ještě pomůže stabilizovat průtok v řece.

Až bude tento projekt fungovat, budou odstaveny teplárny Juliska a Veleslavín, dnes topící zemním plynem. Juliska úplně, ve Veleslavíně zůstane malá záložní teplárenská kapacita pro případy extrémně chladného počasí nebo při snížení výkonu energocentra při údržbě či poruše.

A aby byl celý řetězec uzavřen – kaly z vyčištěné vody se využijí k výrobě biometanu, který bude rozváděn stávající plynárenskou infrastrukturou.

V řeči čísel megawattů

Tepelný výkon takového soustrojí se pohybuje v rozsahu 10–20 MW. Čerpadla využívají jako médium čpavek a jejich výstupní teplota se pohybuje na úrovni až 95 °C. Na trh se již dostávají i vysokotlaká tepelná čerpadla, jejichž médium je kapalné CO2 a jejich tepelný výkon se pohybuje na úrovni více jak 30 MW na jedno soustrojí s výstupní teplotou až 110 °C, přičemž průměrný topný faktor se dle charakteru využití pohybuje na hodnotách COP = 3–3,5. To znamená, že z každé 1 MWh elektrické energie se vyrobí 3–3,5 MWh tepelné energie.

Jen pro srovnání – elektrický kotel s účinností 93 % vyrobí z každé 1MWh elektrické energie jen 0,93 MWh tepla a kondenzační plynový kotel s účinností 98 % pak vyrobí z každé 1 MWh zemního plynu 0,98 MWh tepla.

Zelená energie z pohádky

Zní to skoro pohádkově – získávat teplo bez odpadu, bez znečišťování ovzduší a vlastně jen jako vedlejší produkt z činnosti, která zde už stejně probíhá dlouhá léta „bez užitku“.

Technologicky to opravdu možné je.

Bude se získávat zbytkové teplo z odpadní vody a pro potřeby dálkového vytápění je budou „zahušťovat“ vysoce výkonná tepelná čerpadla.

Není to přitom kdovíjaká novinka. V zahraničí jsou už podobné systémy odzkoušeny a fungují dobře. Novinka to v daném rozsahu bude jen v České republice.

Nicméně i pohádkové řešení má svou cenu. A ta bude vysoká.

Miliardy a miliardy

Projekt je rozplánován do dvou etap, z čehož první etapa vyjde zhruba na 5,5 miliardy korun, dohromady s druhou fází se pak jedná celkem o 7,5 miliardy Kč bez DPH a v dnešních penězích.

Studie proveditelnosti k tomu říká, že s dotací z evropského fondu Modernizace soustav zásobování tepelnou energií (HEAT) má projekt ekonomický smysl, i když jeho návratnost se skoro kryje s dobou účetních odpisů hlavních investic, tj.

zhruba 30 let. Životnost stavebních investic a infrastruktury nicméně bude mnohem delší. Návratnost se ještě bude měnit v závislosti na cenách stavebních prací a materiálu, ale také na cenách energetických surovin, které projekt ušetří.

Především tedy zemního plynu, ale také elektřiny, která bude výkonná tepelná čerpadla pohánět, a jíž nebude zapotřebí zrovna málo. Co se však v čase měnit nebude, nebo jen k lepšímu, to jsou ekologické přínosy.

Jak to celé funguje?

Do Ústřední čistírny odpadních vod (ČOV) na Císařském ostrově je přiváděno přibližně 96 % všech odpadních vod z území hlavního města Prahy. Odpadní vody jsou čištěny na dvou vodních linkách – Nové vodní lince (NVL) a Stávající vodní lince (SVL) s rozdělením přiváděných odpadních vod v poměru 50 :

50. Odpadní vody přitékající do ČOV mají díky významné spotřebě teplé užitkové vody obyvateli města relativně vysokou teplotu, která se při čištění v uzavřených objektech NVL prakticky nezmění, u otevřených objektů SVL dojde k mírnému snížení.

V obou případech jsou vyčištěné odpadní vody významným potenciálním zdrojem tepelné energie využitelné především ve vytápění. Jejich využití může významně přispět ke snížení závislosti na zemním plynu a ke snižování uhlíkové stopy teplárenských soustav v Praze.

Budoucnost Prahy

Teplo z odpadních vod je považováno za obnovitelný zdroj energie a v řadě velkých evropských metropolí je jejich energetický potenciál využíván na úrovni městských čtvrtí i velkých městských aglomerací, a to nejen pro dodávku tepla, ale i chladu, jenž tepelná čerpadla mohou zajišťovat společně s výrobou tepla.

Zpracované studie potvrdily, že i ve specifických podmínkách Prahy s rychle rostoucím počtem obyvatel (nyní zhruba necelých 1,3 milionu) a domů může být toto řešení technicky proveditelné a za určitých podmínek i ekonomicky konkurenceschopné.

„Každou vteřinu opouštějí vodní linky 3 m3 odpadních vod, které mají i v nejchladnějších měsících teplotu 15 stupňů Celsia. Každý metr krychlový přitom obsahuje více využitelné energie než třeba jeden kubický metr zemního plynu.

Dostáváme obrovskou příležitost využít tuto vodu pro získávání tepla pro třetinu Prahy,“ vysvětluje energetický expert Tomáš Voříšek, jednatel a technický ředitel nezávislé poradenské společnosti SEVEn, specialista na posuzování technicko-ekonomických podmínek a možností využívání obnovitelných zdrojů energie, zejména biomasy a bioplynu.

Spotřeba energie v porovnání stávajícího a výhledového stavu

 

Umístění a technologické funkce energocentra

Stavba energocentra (EGC) by předběžně měla mít stavební rozměry 110 x 70 metrů a její výška by měla pro instalaci potřebné technologie činit 20 až 25 metrů. Stavba by byla částečně zapuštěna do země, aby její velikost příliš nerušila vedle stojící památkově chráněný objekt staré čistírny.

Rozměry objektu a jeho vnitřní uspořádání byly navrženy tak, aby do něj bylo možné umístit technologii tepelných čerpadel, napájení elektrickou energií na úrovni vysokého napětí (VN), strojovnu s čerpadly odpadní vody, topné vody i chladící vody a ostatní potřebné technologie.

Stavba byla kapacitně řešitelským týmem navržena tak, aby instalovaná technologie byla schopna využívat tepelný potenciál odpadních vod v míře odpovídající návrhovému odtoku vyčištěných odpadních vod ve výši téměř 11 000 m3 za hodinu. .

Cena tepla

Nejvýznamněji bude ekonomiku výroby tepla ovlivňovat cena, resp. roční náklady na zajištění elektrické energie, které energocentrum bude pro svůj provoz potřebovat. Podíl výdajů za elektřinu na celkových provozních nákladech společně s odpisy může dosahovat 60 a více procent.

V této turbulentní době je sice obtížné další vývoj ceny elektřiny predikovat, nicméně při konzervativním střednědobém odhadu velkoobchodních cen elektřiny k roku 2030 (stanoveny i s přihlédnutím k budoucím cenám zemního plynu na hranici cca 3,5 tis.

Kč/MWh) by nákladová cena tepla ze zařízení mohla dosahovat hodnoty 750 Kč/GJ bez DPH.

Přínosy projektu energocentra

Tepelná čerpadla v předpokládaném provedení jsou schopna podle energetického posudku s rezervou pokrýt celou potřebu. Při modelování výroby tepla se v energetickém posudku počítá i po realizaci projektu s malou (zbytkovou) výrobou tepla na stávajících kotlích (cca 3 % výchozí potřeby), z důvodu možnosti krátkodobých výpadků energocentra.

Přínosem z hlediska ovzduší je v tomto případě významné snížení spotřeby zemního plynu ve stávajících zdrojích – tedy teplárně Veleslavín. Výroba tepla v těchto zdrojích zůstává na úrovni asi 3 % původní výroby před realizací energocentra a teplo bude případně vyrobeno v teplárně Veleslavín.

S tímto razantním snížením výroby v kotlích souvisí zejména významný pokles emisí NOx z kotlů, spalujících zemní plyn.

A nevýhody…

Protipólem pro toto snížení výroby na stávajících zdrojích je významný nárůst spotřeby elektrické energie pro tepelná čerpadla nového energocentra. Spotřeba elektřiny pro pohon tepelných čerpadel byla spočtena na základě charakteristik předběžně navržených tepelných čerpadel podrobně pro jednotlivé provozní stavy s příslušnými teplotami výstupní topné vody během roku.

Topný faktor (COP) se pohybuje mezi hodnotami cca 3,1 v letním období až po cca 2,5 v zimní špičce. Tyto výpočty jsou součástí a předmětem energetického posudku. Provoz tepelných čerpadel negeneruje do ovzduší žádné emise škodlivin. Nicméně elektrická energie je stále z části vyráběna v uhelných elektrárnách.

Příklad: Vídeň

Praze může být příkladem Vídeň s 1,9 milionu obyvatel. Rakouské hlavní město patří k evropským metropolím s nejvíce rozvinutým systémem dálkového vytápění (SZT). Souhrnná délka tepelných sítí dosahuje 1250 kilometrů a ročně je jimi dodáno/prodáno okolo 5,5 TWh užitečné tepelné energie (tedy přibližně 1,7krát více, než je tomu dnes v Praze).

Dodávkami tepla ze SZT má být kryto přibližně 40 % celkové spotřeby tepla na území města (připojeno má být zřejmě 420 tis. domácností z celkových cca 950 tis.), což dokládá, jak rozsáhlým teplárenským systémem dnes rakouské hlavní město disponuje (v případě Prahy je podíl SZT na trhu s teplem méně než 30 %).

Vídeň topí hlavně plynem

Vídeň až doposud využívá pro výrobu dálkového tepla především zemní plyn (cca 60 % podíl) a odpady (cca 20 %). Zbývající potřebu tepla kryjí provozy využívající biomasu, odpadní teplo z průmyslu i nízkopotenciální teplo za pomoci tepelných čerpadel.

Oproti Praze je hlavní odlišností fakt, že Vídeň má na svém území dvě veliké paroplynové teplárny (Kraftwerk Simmering a Kraftwerk Donaustadt) o celkovém elektrickém výkonu více než 1500 MW a tepelném výkonu blížícím se 1500 MW. Oba provozy ročně kromě cca 4 TWh tepla vyrobí o něco více (zpravidla okolo 5 TWh) elektřiny, což mimo jiné přímo vstupuje do hospodářského výsledku vlastníka teplárenské soustavy a příznivě se projevuje na ceně tepla.

Součástí vídeňské strategie dekarbonizace je ale odklon od využívání zemního plynu prokrytí tepelných potřeb.

Ale v budoucnu…

Tržní podíl dálkového vytápění má postupně růst a dosáhnout v roce 2040 více než 55 procent. K vyššímu podílu má přispět pokles poptávky po teple, především zlepšování tepelněizolačních vlastností staveb.

Pokles potřeby tepla mezi lety 2019 a 2040 má dosáhnout zhruba 18 %, a to i přes další růst počtu obyvatel města, a tedy i novou výstavbu.

Zásadní rozdíl oproti Praze je, že vídeňské teplárenství má proměnit svou zdrojovou základnu způsobem, který bohužel nemůže být v podmínkách Prahy plně replikován. Zachováno má být využívání odpadů pro výrobu tepelné energie, třebaže s mírným poklesem.

Výroba tepla ze zemního plynu se však má přibližně ze 60 % v budoucnu nahradit využíváním geotermální energie za pomoci hlubinných vrtů a ze zbývajících 40 % s využitím tepelných čerpadel a souběžným zavedením dalších power-to-heat výroben.

Protože absolutní výroba tepla určeného k dodávce do tepelných sítí se má současně zvýšit o téměř 20 % (abs. o zhruba 1,1 TWh), plynové zdroje tepla zůstanou nicméně v provozu a budou využívány na krytí odběrových špiček.