Analýza: Zvyškové teplo je poklad, ktorým mrháme. Dá sa ním aj vykurovať

Zvyškové teplo sa nachádza všade okolo nás. Je to nielen ohriaty vzduch z komínov priemyselných podnikov, ale aj z bežných klimatizácií, administratívnych budov, nákupných centier a podobne. Analýza agentúry GreenTalk ukázala, že táto tepelná energia nemusí byť len odpadom, ale má veľký potenciál.

Ing. Ján Janošovský, PhD. vypracoval analýzu, v ktorej sa venuje zvyškovému teplu, dostupnému vo veľkých množstvách a hodnotí potenciál Slovenska nahradiť fosílne palivá zvyškovým teplom. Táto tepelná energia sa nachádza všade okolo nás a je za bežných podmienok považovaná za odpad.

Vychádzal pri nej z dátových zdrojov dvoch celoeurópskych štúdií o množstve nevyužívaného tepla z priemyslu, domácností a komerčných budov. Prvou z nich je štúdia využiteľnosti mestského odpadového tepla v krajinách únie pod hlavičkou projektu ReUseHeat3. Druhou je analýza zvyškového tepla z priemyselných areálov v Európe vypracovaná v rámci projektu sEEnergies4.

Hlavní producenti v meste

Mestské zvyškové teplo pochádza od siedmich hlavných skupín producentov. Patria sem datacentrá, stanice metra, potravinárske podniky, supermarkety, administratívne budovy, rezidenčné budovy a čistiarne odpadových vôd. Teplo je dostupné ako ohriaty vzduch z chladiacich jednotiek a odpadová teplá úžitková voda. Ich teplota sa pohybuje od 10 až po vyše 70 °C.

Celkový tepelný potenciál mestského odpadového tepla na Slovensku je 9,9 miliónov GJ. Autori štúdie analyzovali 924 zdrojov odpadového tepla na území Slovenska, z čoho 645 sa nachádzalo v blízkosti mestských vykurovacích sietí.

Viac ako polovicu dostupného tepla (56 %) predstavujú čistiarne odpadových vôd. Zo zvyšných zdrojov mali najväčšie zastúpenie datacentrá (20 %) a supermarkety (17 %). Ak by sa brali do úvahy len zdroje v blízkosti vykurovacích sietí, energetický potenciál je na úrovni 8,5 mil. GJ.

Zvyškové teplo a priemysel

V energeticky náročných priemyselných sektoroch, napríklad pri výrobe ocele, cementu, skla, papiera alebo chemikálií, nevyhnutne vznikajú spaliny. Koncentrovaný odpadový prúd horúcich plynov je vďaka vysokej teplote a nepretržitej dostupnosti atraktívnym zdrojom tepla.

Vo väčšine priemyselných tovární sa spaliny vypúšťajú do okolia pri teplotách najmenej 120 °C. V prípade horšieho technického stavu a absencie účinnej rekuperácie tepla môže teplota spalín presiahnuť až 300 °C.

Na Slovensku bolo posudzovaných 18 najväčších podnikov, napríklad U. S. Steel Košice, Duslo, Slovnaft, Mondi SCP alebo Považská cementáreň. Maximálny energetický potenciál slovenského priemyslu na využitie zvyškového tepla je 13,2 miliónov GJ. Ten vychádza z predpokladu nepoužívanej rekuperácie tepla priamo v podniku a maximálneho využitia tepelného obsahu spalín ochladením až na 25 °C.

V prípade už existujúcej a prevádzkovanej rekuperácie tepla a získania tepelného obsahu spalín len ochladením na 95 °C, t. j. len ich čiastočného využitia, je dostupné zvyškové teplo na úrovni 3,5 mil. GJ.

Ako využiť zvyškové teplo?

Najvýhodnejšie je využiť identifikované zvyškové teplo priamo pri zdroji, čím sa redukujú zbytočné straty tepla do okolia pri jeho transporte. Pri „vrátení“ tepla do výrobného procesu dôjde k zvýšeniu energetickej účinnosti procesu. Zvyškové teplo možno využiť aj na vykurovanie ostatných priestorov, napríklad skladov alebo kancelárií. Druhou alternatívou je vykurovanie priľahlých budov.

V prípade vykurovania sa teplo rozdeľuje podľa jeho teploty – pri teplote viac ako 55 °C je ho totiž možné využiť priamo. Pokiaľ je jeho teplota nižšia, na efektívne využitie je potrebné ho „zušľachtiť“, čiže zvýšiť jeho teplotu. Jednou z možností je využiť tepelné čerpadlá. V takomto prípade je nutné zahrnúť do výpočtov aj elektrickú energiu potrebnú na chod čerpadla.

Dobrou správou je, že väčšina elektrickej spotreby sa premení na teplo, čím ešte vzrastie potenciál dodaného tepla. Doplnkom je kombinácia tepelného čerpadla s kondenzáciou spalín. Kým tento proces nie je žiaduci pri vypúšťaní spalín cez komín do okolia, v prípade cieleného využitia tepla zo spalín sa kondenzácia využíva bežne (kondenzačné kotle).

Využívaním zvyškového tepla dochádza zároveň k zníženiu vypúšťaných emisií skleníkových plynov, a to vďaka nahradeniu fosílnych zdrojov energie.

Najväčší potenciál je v Košickom kraji

Agentúra Green Talk vytvorila tri scenáre hĺbky využitia zvyškového tepla. Konzervatívny ráta s menšou mierou využitia bez tepelných čerpadiel a nezahŕňa teplo z čistiarní odpadových vôd, ktoré je prítomné pri teplotách nižších ako 20 °C.

Scenár „Medium“ rozširuje zdroje zo scenára „Konzerv“ a vyžaduje inštaláciu čerpadiel. Posledný scenár „Super“ zahŕňa všetky dostupné zdroje tepla a pracuje s najvýhodnejšími podmienkami pre získavanie zvyškového tepla. Tepelné čerpadlá by mali byť poháňané zelenou elektrinou z obnoviteľných zdrojov energie.

Rozdelenie potenciálu zvyškového tepla v scenári „Super“ po samosprávnych krajoch ukázalo, že najviac tepla je k dispozícii v Košickom kraji. Nasleduje Bratislavský kraj a tretí najvyšší tepelný potenciál má Žilinský kraj.

Limitujúcim faktorom zvyškového tepla je však jeho teplota. Ani najmodernejšie technológie „zušľachťovania“ tepla nedokážu zabezpečiť také vysoké teploty, aké je možné dosiahnuť priamym spaľovaním paliva v kotli.

Príklady z Európy

Ako ukázala analýza, vo svete nájdeme viacero príkladov úspešnej integrácie zvyškového tepla. Jednou z možností je smart plánovanie miest. V nemeckom Frankfurte majú rozbehnutých viacero projektov na využívanie odpadného tepla z datacentier pre domácnosti a administratívne budovy. Teplo z dátových centier by mohlo do roku 2030 pokrývať celkový dopyt domácností a kancelárií.

V podobnom duchu uzavreli minulý rok zmluvu o kooperácii fínska energetická spoločnosť Fortum a Microsoft. Teplo generované dvomi novými dátovými centrami, ktoré Microsoft buduje v Helsinkách, využije Fortum na vykurovanie domácností a kancelárií v susednom meste Espoo.

V dánskom meste Horuphav zrekonštruovali v roku 2015 supermarket po požiari tak, že zvyškové teplo z chladiaceho systému pokrýva nielen väčšinu spotreby tepla samotného obchodu, ale časť tepla je predávaná miestnej teplárni. Inštaláciu tepelných čerpadiel na využitie tepla z odpadových vôd plánujú aj v nemeckom Hamburgu. V roku 2025 by mohli štyri veľké tepelné čerpadlá zásobovať teplom 39-tisíc domácností.

Aj chemický gigant BASF plánuje zapojiť tepelné čerpadlo na využitie zvyškového tepla v komplexe v Ludwigshafene. Na chod využijú elektrinu z obnoviteľných zdrojov. Úspešnú inštaláciu tepelných čerpadiel má za sebou kogeneračná jednotka v dánskom meste Bjerringbro. Využitím kondenzácie spalín spolu s tepelnými čerpadlami v nej dokázali ochladiť spaliny až na teplotu 15 °C a ohrievať vodu pre lokálnu sieť centrálneho zásobovania teplom.

Zvyškové mestské teplo možno integrovať aj netradične. Dobrým príkladom je farma na homáre v blízkosti nórskeho mesta Stavanger. Miestne dátové centrum využíva ľadovú morskú vodu z neďalekých fjordov. Voda oteplená na 20 °C, ktorú vypúšťa, je vhodná práve na chov homárov. Kombináciou vhodného zdroja a odberateľa tak vznikol inovatívny biznis model.

Zdroj: GreenTalk