Ako urobiť mestá energeticky udržateľnejšími a odolnejšími?

Začnime odpoveďami na päť základných otázok.

Mestá produkujú viac ako 70 % globálnych emisií skleníkových plynov [1], pričom sa odhaduje, že do roku  2050 sa počet ich obyvateľov zvýši na 7 miliárd [2] – to bude predstavovať 80 % svetovej populácie [3].  Bez adekvátnych opatrení bude tento rast viesť k výraznému zvýšeniu emisií v mestách, čo bude mať negatívny vplyv na ľudské zdravie a zmenu klímy. Práve v mestách sa preto boj o zmenu klímy primárne vyhrá alebo prehrá.

Energia vytvára približne 80 % všetkých globálnych emisií CO2 [4], pričom viac ako 60 % vyrobenej energie sa stratí alebo premrhá [5]. Potrebu zvýšiť efektivitu a znížiť závislosť od fosílnych palív zosilňujú aj stúpajúce ceny elektriny a nedostatok plynu, spôsobené celosvetovou energetickou krízou [6]. Pointa je: Mestá musia začať poskytovať viac za menej.

Vlády zavádzajú politiky, ktoré podporujú klimaticky odolný prechod s nulovým čistým uhlíkom. Urýchlenie dekarbonizácie budov a miest si však vyžaduje ísť nad rámec predpisov a riešiť, ako vyrábame a spotrebúvame energiu. To je tiež jadro vízie spoločnosti Schneider Electric pre budovy budúcnosti [7]. Aby sme mohli čeliť dnešným a budúcim výzvam, naše budovy musia byť udržateľnejšie, hyperefektívnejšie, odolnejšie a zamerané na ľudí. Ako sa tam dostaneme? Začnime nasledujúcimi piatimi otázkami.

1. Môžu dnes dostupné riešenia pomôcť mestám splniť ciele s nulovou čistou sieťou?

Keďže 50 % existujúcich budov bude v roku 2050 stále v prevádzke [8], musíme pracovať na tom, aby mali všetky nové a existujúce budovy do roku 2030 nulové emisie uhlíka. Tento cieľ je dosiahnuteľný vďaka konvergencii digitalizácie a elektrifikácie, čo Schneider Electric nazýva Elektrická energia 4.0 [9]. Digitalizácia budov pomáha urýchliť ich dekarbonizáciu vytváraním inteligentných štruktúr novej generácie, ktoré dokážu bojovať proti klimatickým zmenám počas celého ich životného cyklu – od návrhu cez výstavbu, prevádzku, údržbu až po vyradenie z prevádzky.

Dnešné prepojené zariadenia, analytické aplikácie a služby pomáhajú zviditeľniť neviditeľné a odhaľujú, ako znížiť plytvanie energiou a aké kroky treba podniknúť. Inteligentné mestá nemôžu existovať bez inteligentných budov, čo je kľúčové zameranie pri formovaní budov budúcnosti. Zároveň musíme budovy elektrifikovať, pretože elektrická energia je najlepším vektorom dekarbonizácie. Ako dva príklady môžeme uviesť nahradenie plynových kotlov účinnými elektrickými tepelnými čerpadlami a elektrifikáciou energetických sietí (ktoré pomáhajú maximalizovať využitie obnoviteľnej energie).

2. Čo nás vedie k prijatiu digitalizácie a dekarbonizácie v mestách?

Svetové ekonomické fórum odhaduje globálne ročné investície do toho, aby bola mestská infraštruktúra klimaticky inteligentná a odolná, až do výšky 5,4 bilióna dolárov [10]. V snahe podporiť túto transformáciu vlády na celom svete zavádzajú emisné a stavebné predpisy, ktoré ovplyvňujú normy elektrických a energetických systémov. Hoci sú nariadenia nevyhnutné, často zodpovedajú trendom na trhu a technológiám.

Najrozsiahlejšie prijatie stratégií a technológií s nulovou sieťou pochádza od inovatívnych spoločností, ktoré považujú udržateľnosť za základ dlhodobého úspechu. Tieto organizácie uznávajú, že udržateľné aktíva idú nad rámec súladu s predpismi tým, že prekonávajú ostatné triedy aktív a prinášajú nižšie prevádzkové náklady, odolnosť proti kolísaniu cien energií, vyššiu pohodu obyvateľov, silnejší imidž značky a ďalšie. Výsledkom sú nové technológie ako cloudová analytika a inteligentné operácie budov, ktoré môžu urýchliť dekarbonizáciu zariadení a zákazníkov [11].

3. Ako sa vysporiadame s výzvou dekarbonizácie existujúcich budov?

Existujúce zariadenia musíme modernizovať tak, aby spĺňali normy efektívnosti a udržateľnosti. Budovy s nulovým obsahom uhlíka musia byť mimoriadne efektívne, napríklad priemerná spotreba energie komerčnej budovy v Spojených štátoch je 242,5 kWh na štvorcový meter za rok [12]. Najlepšie benchmarky vo svojej triede sú takmer päťkrát menšie. Vzhľadom na to, že niektoré typy nehnuteľností sa predávajú relatívne rýchlo, akékoľvek nasadené riešenia musia priniesť rýchlu návratnosť investícií.

Mnoho digitálnych riešení je jednoduchých, rýchlych a cenovo dostupných na dodatočné vybavenie (napríklad bezdrôtové meranie a senzory Power Tag) a môžu rýchlo pomôcť pochopiť, ako budovy fungujú a ktoré z nich bude potrebné inovovať, aby sa zvýšila energetická efektívnosť. Keďže asi len 28 % stavebného fondu v top 20 mestách má zelenú certifikáciu [13], tvoria najvýznamnejšiu časť trhu neefektívne a uhlíkovo náročné nehnuteľnosti triedy B a C. Väčšinu budov je potrebné modernizovať a dodatočne vybaviť digitálnymi riešeniami [14], inak hrozí, že nebudú vhodné na daný účel.

Spoločnosť Schneider Electric ponúka odborné služby v oblasti udržateľnosti, ktoré pomáhajú zákazníkom používať odporúčaný 3-stupňový proces na reálne prepojenie ambícií s akciou:
1. Stratégia – pomáha zainteresovaným stranám vypracovať podrobný plán, ako dosiahnuť čistú nulu. Ide o pochopenie toho, kde sme dnes, a kde chceme byť zajtra.
2. Digitalizácia – pomáha modernizovať zastaranú a manuálnu technológiu pomocou inteligentného hardvéru a softvéru na zhromažďovanie a vizualizáciu energetických údajov budov pre informované rozhodovanie.
3. Dekarbonizácia – umožňuje činnosť založenú na cestovnej mape a digitálnych poznatkoch s cieľom znížiť energiu a uhlík, elektrifikovať prevádzku, nahradiť zdroje energie a dekarbonizovať budovu.

4. Ako inteligentné siete a mikrosiete pomáhajú robiť mestá udržateľnejšími a odolnejšími?

Existujúca sieťová infraštruktúra sa rozpadá pod ťarchou abnormálnych poveternostných podmienok, výkyvov dopytu a významných zmien základného zaťaženia, ktoré bolo historicky podporované fosílnymi palivami. Musíme začať budovať decentralizované, obojsmerné inteligentné siete, Grids of the Future [15], ktoré pomôžu mestám stať sa efektívnejšími, odolnejšími a dekarbonizovanými. Mnoho organizácií, najmä v západných a severských krajinách, začína budovať tzv. mikrosiete (MicroGrids [16]), aby sa stali „spotrebiteľmi“, čím sa uvoľní potenciál obojsmerných sietí.

Mikrosiete sú zároveň najvhodnejšie pre veľké a kritické zariadenia, ako sú vojenské základne, nemocnice a univerzity. Technologický pokrok a zníženie cien však otvorili trh mnohým ďalším zariadeniam. Mikrosieť inteligentne optimalizuje využívanie zdrojov energie na mieste – solárne panely, veterné turbíny, elektrárne na kombinovanú výrobu tepla a elektriny (CHP), nabíjanie elektrických vozidiel (EV), skladovanie energie atď. – a komunikuje s inteligentnou sieťou na optimalizáciu toku energie, zníženie nákladov, dekarbonizáciu a zvýšenie odolnosti. Náhrada sieťovej energie mikrosieťami urýchľuje proces dekarbonizácie budovy a poskytuje jej odolnosť.

Jedným z najlepších príkladov projektu mikrosietí je mestské centrum Lippulaiva by Citycon vo Fínsku [17], ktoré si drží prvenstvo, čo sa týka inteligentného riešenia, energetickej efektívnosti a zodpovedného prístupu k životnému prostrediu v rámci Európy. Od prvého dňa prevádzky je uhlíkovo neutrálne, čiastočne vďaka svojej výrobnej infraštruktúre na mieste, ktorá využíva solárnu energiu, skladovanie energie a flexibilitu dopytu. Stalo sa prosumerom – výrobcom aj spotrebiteľom energie. Infraštruktúra solárnej energie a skladovania energie umožňujú centru speňažiť svoju výrobnú kapacitu a flexibilitu.

Za určitých okolností zaplatí miestna energetická spoločnosť Cityconu, aby dodávali časť svojej obnoviteľnej energie späť do siete. Riadiace systémy Microgrid zároveň automatizujú rozhodnutia o tom, kedy je najlepšie využiť skladovanie energie, energiu z mikrosiete alebo energiu zo siete, na základe aktuálnych algoritmov oceňovania a vonkajších premenných, ako sú predpovede počasia.

5. Ako dekarbonizujeme dopravu?

Konvergencia inteligentnej siete, e-mobility a vybudovaného prostredia znamená, že teraz môžete nabíjať tam, kde sa zastavíte, a nie prestať nabíjať [18]. Potrebujeme, aby budovy zvýšili svoju elektrickú kapacitu, aby podporili nabíjanie elektromobilov, pričom môže pomôcť aj výroba energie na mieste. Jedným z príkladov je okresné mesto v Nórsku, ktoré sa stalo lídrom v oblasti elektrifikácie vozového parku miestnej samosprávy a archetypom udržateľnosti.

Vďaka využitiu modelu AlphaStruxure® [19] od spoločnosti Schneider Electric (energia ako služba) integrovaného s riešeniami EcoStruxure® Microgrid je to, čo bolo kedysi depom autobusov na naftu, teraz veľké autobusové depo so 70 elektrickými autobusmi. Toto depo obsahuje 6,5 MW mikrosieť s lokálnou solárnou energiou, batériovým úložiskom a s výrobou zemného plynu, ktorá pomôže kraju dosiahnuť čistú nulu do roku 2035.

Okrem toho integrácia inteligentnej siete a inteligentného mesta umožní dynamické riadenie budov a okresov, aby mohli „znížiť“ svoju spotrebu energie a vyvážiť potreby nabíjania elektrických áut. To si vyžaduje inteligentné systémy budov, ktoré dokážu využiť energetickú flexibilitu zariadenia, ako napríklad automatické nastavenie vnútornej teploty o niekoľko stupňov bez výrazného ovplyvnenia komfortu.

Verím, že týchto päť otázok približuje, ako môžeme urobiť naše mestá energeticky efektívnejšími, odolnejšími, ale hlavne udržateľnejšími. Máme dostupné všetky potrebné nástroje, musíme už len začať konať. História nás navyše učí, že to, čo poháňa energetické prechody, nie je jednoduchá dostupnosť nových technológií, ale chuť používateľov a spotrebiteľov užívať si výhody, ktoré tieto technológie prinášajú. Ak sa dopyt zhmotní, technológie budú prekvitať. Ak nie, budú chradnúť.

Foto: iStock.com

Literatúra

1. https://news.un.org/en/story/2019/09/1046662.
2. https://ourworldindata.org/urbanization.
3. https://www.weforum.org/agenda/2022/04/global-urbanization-material-consumption.
4. https://ourworldindata.org/energy-overview.
5. https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=44436.
6. https://www.se.com/ww/en/download/document/998-22386009_GMA/?_ga=2.221983384.161710619.1684174822-1619106066.1674759873.
7. https://www.se.com/ww/en/work/campaign/buildings-of-the-future/?_ga=2.221983384.161710619.1684174822-1619106066.1674759873.
8. https://www.energy.gov/eere/buildings/about-commercial-buildings-integration-program.
9. https://www.se.com/ww/en/insights/electricity-4-0/?_ga=2.256530059.161710619.1684174822-1619106066.1674759873.
10. https://www3.weforum.org/docs/WEF_C4IR_GFC_on_Cities_Climate_Resilience_2022.pdf.
11. https://www.se.com/ca/en/work/campaign/innovation/buildings.jsp?_ga=2.209403666.161710619.1684174822-1619106066.1674759873.
12. https://www.buildingsiot.com/blog/building-energy-consumption-breakdown-for-owners-and-management-bd.
13. https://www.savills.com/impacts/environment/the-rising-demand-for-green-certified-office-space.html.
14. https://www.se.com/ww/en/work/campaign/buildings-of-the-future/retrofitting-buildings-for-sustainability.jsp?_ga=2.184055590.161710619.1684174822-1619106066.1674759873.
15. https://www.se.com/ww/en/work/campaign/grids-of-the-future/?_ga=2.255359496.161710619.1684174822-1619106066.1674759873.
16. https://www.se.com/ww/en/work/solutions/microgrids/?_ga=2.255359496.161710619.1684174822-1619106066.1674759873.
17. https://www.se.com/ww/en/work/campaign/life-is-on/case-study/lippulaiva.jsp?_ga=2.146415412.161710619.1684174822-1619106066.1674759873
18. https://www.se.com/ww/en/work/solutions/for-business/automotive-and-emobility/emobility.jsp?_ga=2.16003894.161710619.1684174822-1619106066.1674759873.
19. https://www.se.com/us/en/work/services/energy-as-a-service/?_ga=2.16003894.161710619.1684174822-1619106066.1674759873