Tepelné čerpadlo namiesto plynového kotla nemusí znížit’ náklady ani emisie
Elektrifikácia vykurovania sa v ostatnom čase vníma ako jedno z riešení zníženia emisií skleníkových plynov v sektore budov. Keď sa však pozrieme na dáta, je to naozaj tak?
Efektivita tepelných čerpadiel (TČ) je ovplyvnená klimatickými podmienkami. Pri tepelných čerpadlách voda – vzduch, ktoré sa na Slovensku inštalujú najčastejšie, práve teplota a vlhkosť vzduchu priamo ovplyvňujú ich účinnosť.
V zimných mesiacoch to vedie k značnému nárastu spotreby elektrickej energie tepelnými čerpadlami. Podľa údajov Slovenského zväzu pre chladenie, klimatizáciu a tepelné čerpadlá sa ich v roku 2022 predalo niečo vyše 13 200 kusov, pričom podiel TČ voda – vzduch predstavoval až 87,3 % (obr. 1).
Inštalácia účinnejších TČ typu zem – voda a voda – voda je v prípade výmeny zdroja tepla v jestvujúcich rodinných domoch ojedinelá. Je to jednak z dôvodu nákladov, ktoré môžu byť násobne vyššie, a zároveň je ich inštalácia technicky nerealizovateľná.
Finančné aspekty elektrifikácie vykurovania pre spotrebiteľa
Výmena existujúceho plynového kotla za tepelné čerpadlo si vyžaduje významné finančné investície. Aj keď existujú rôzne programy a stimuly na podporu prechodu na obnoviteľné zdroje energie, pre väčšinu slovenských domácností táto investícia predstavuje priveľké finančné bremeno.
Otázka návratnosti investície a finančnej efektivity je kritická predovšetkým pri nezateplených rodinných domoch.
Najdôslednejším meradlom ekonomickej efektívnosti jednotlivých zdrojov tepla sú celkové náklady na vlastníctvo počas celého životného cyklu zariadenia, známe ako TCO (z anglického Total Cost of Ownership).
Tieto náklady sa sledujú v priebehu 15 rokov, čo predstavuje životnosť zdrojov tepla. Pri výmene zdroja by sa mala okrem úspor energie dosiahnuť aj ekonomická úspora, a to v podobe návratnosti investície, ktorá by nemala prekročiť dve tretiny celkovej životnosti zariadenia.
V tabuľkách sme podrobne analyzovali výmenu starého atmosférického plynového kotla za moderný plynový kondenzačný kotol (PKK) a tepelné čerpadlo vzduch – voda. Toto porovnanie sme vykonali v dvoch typoch domov – v priemernom nezateplenom rodinnom dome s energetickým certifikátom C a v bežne zateplenom dome s energetickým certifikátom B.
Naša analýza sa sústredila na aspekty ekonomickej efektívnosti týchto alternatívnych zdrojov tepla.
Z analýzy vyplýva, že plyn zostáva ekonomicky najvýhodnejšou voľbou na vykurovanie rodinného domu, predovšetkým v prípade výmeny atmosférického plynového kotla za plynový kondenzačný kotol (PKK) v nezateplenom dome. PKK je výhodnou voľbou aj pri výmene kotla v rodinnom dome s energetickým certifikátom B.
V oboch prípadoch sú celkové náklady na vlastníctvo (TCO) tepelného čerpadla
o 42 % až 45 % vyššie v porovnaní s plynovým kondenzačným kotlom (bez dotácie na tepelné čerpadlo z programu Zelená domácnostiam). Tento rozdiel nebude zásadným spôsobom ovplyvnený ani zavedením plánovaného rozšírenia systému obchodovania so skleníkovými plynmi pre sektor budov od roku 2027, resp. 2028, ktorý môže v prípade zemného plynu spôsobiť zvýšenie TCO len o 6 až 7 %. Navyše, cena nového nízkoemisného plynového kondenzačného kotla je veľmi priaznivá, pohybuje sa okolo 3 200 € vrátane inštalácie. Naopak, cena tepelného čerpadla typu vzduch – voda s inštaláciou dosahuje približne 12 600 €.
Jednou z obrovských výhod PKK oproti tepelnému čerpadlu je aj jeho schopnosť modulácie výkonu v širokom rozsahu od 10 do 100 %, ktorá umožňuje jeho efektívnu prevádzku aj po následnom zateplení rodinného domu. Naopak, v prípade TČ tento postup musí byť presne opačný, t. j. najprv je vhodné rodinný dom kompletne zatepliť a až následne inštalovať TČ.
Úspory emisií skleníkových plynov pri masívnej elektrifikácii vykurovania z hľadiska štátu
Emisie CO2 z individuálneho vykurovania zemným plynom predstavujú v SR len približne 6,9 % z celkových ročných emisií skleníkových plynov (obr. 2).
Sektor individuálneho vykurovania v SR tvorí najmä:
a) 786 100 domácností s individuálnym vykurovaním plynom so spotrebou
1,3 mld. m3 zemného plynu (2019) – rodinné domy (RD) a byty (191 274),
b) 311 000 domácností vykurujúcich tuhým palivom (SOBD 2021) – len RD,
c) 66 000 domácností vykurujúcich elektrinou (SOBD 2021) – len RD,
d) 37 000 domácností vykurujúcich tepelnými čerpadlami.
Ide o ťažko dekarbonizovateľný sektor z nasledujúcich dôvodov:
Cena nového nízkoemisného plynového kondenzačného kotla je veľmi priaznivá, pohybuje sa okolo 3 200 € -vrátane inštalácie
1. Vysoké náklady na zmenu:
a) náklady na komplexnú obnovu rodinných domov (RD) a inštaláciu OZE sú veľmi vysoké (30 000 €/domácnosť a viac),
b) veľký počet RD bez obnovy obvodového plášťa (bez zateplenia) (773 000, SOBD 2021), veľká disperzia, ťažko manažovateľné programy podpory.
2. Nízka kúpna sila slovenských domácností (obr. 3) => potreba dotovať zvýšené náklady ekologických riešení v plnom rozsahu. Toto platí pre majoritu slovenských domácností – early adopters, teda bonitnejšie domácnosti, ktoré by si pravdepodobne aj bez ohľadu na dotáciu vybrali nízkoemisný zdroj tepla či zateplili svoju nehnuteľnosť z vlastných zdrojov, je možné motivovať aj nižšou mierou dotácie.
Konečným a často jediným správnym riešením podľa viacerých iniciatív by mala byť hĺbková obnova rodinných domov (do energetického štandardu A0) a ich prechod na tepelné čerpadlá. Namodelovali sme teda prechod 786 100 domácností s individuálnym vykurovaním plynom na vykurovanie TČ vzduch – voda a ich rekonštrukciu do štandardu A0 z hľadiska emisií skleníkových plynov.
Modelový príklad – všetky domácnosti D2 – D8 v roku 2019 s individuálnym vykurovaním plynom v energetickej triede A0 (obr. 4):
– Úspora emisií na úrovni 1,94 mil. ton CO2eq.
Modelový príklad – všetky domácnosti D2 – D8 v roku 2019 s individuálnym vykurovaním TČ vzduch – voda v energetickej triede A0 (obr. 5):
– Úspora emisií na úrovni 2,35 mil. ton CO2eq (pri EF EE 157g CO2/kWh; r. 2022).
Ak by sa štát rozhodol masívne podporovať prechod na tepelné čerpadlá, je nevyhnutné uvažovať, z akých zdrojov sa bude elektrina na pohon TČ vyrábať počas špičiek. Ak sa bude elektrina v špičkách vyrábať v paroplynových cykloch (PPC), je zrejmé, že nemusí dôjsť k zníženiu emisií oproti priamemu vykurovaniu plynom v domácnostiach.
Účinnosť výroby elektriny v PPC je len približne 50 %, t. j. na jednotku vyrobenej elektriny sa minie dvojnásobok zemného plynu. Pritom plynový kondenzačný kotol pracuje v zateplenej nehnuteľnosti s účinnosťou 97 až 109 %.
Obnoviteľné zdroje energie v podmienkach SR poskytujú najmenší výkon práve v zimnom období. V strednodobom horizonte 15 rokov nie sú iné flexibilné zdroje ako paroplynové elektrárne v SR technicky reálne. Z hľadiska emisnosti elektriny sú na tom ešte horšie uhoľné elektrárne. Našťastie, s tými v SR už nepočítame. V modelovom príklade by tak emisie z vyrobenej elektriny pre TČ mohli byť aj viac ako dvojnásobné (0,82 mil. t CO2).
Víziu masívnej elektrifikácie vykurovania analyzovali aj vo Veľkej Británii. Na obr. 6 je oranžovou farbou znázornená súčasná hodinová spotreba elektriny počas roka. Modrá plocha grafu ukazuje, čo by sa stalo, keby sa majoritná časť domácností a podnikov vo Veľkej Británii vykurovala tepelnými čerpadlami.
Bez TČ je podľa oranžovej plochy na obr. 6 spotreba elektriny v zime o niečo vyššia ako v lete, predovšetkým z dôvodu osvetlenia a malého množstva elektrifikovaného vykurovania. Ak však väčšina domácností začne využívať tepelné čerpadlo, „špičková“ zimná spotreba elektriny vzrastie na viac ako dvojnásobok letnej spotreby a zároveň na viac ako dvojnásobok súčasnej špičkovej zimnej spotreby. Je to preto, že vykurovanie predstavuje každoročne veľkú spotrebu energie a koncentruje sa okolo zimy. V podmienkach SR sme odhadli, že by pre tepelné čerpadlá chýbal výkon nových zdrojov elektriny na úrovni 3 350 MW!
Čo z toho vyplýva?
Výmena plynových kotlov za tepelné čerpadlá môže narážať na problémy s úsporami emisií skleníkových plynov a finančnou náročnosťou pre domácnosti. Plynové kondenzačné kotly sa ukazujú ako stále výhodná voľba, zohľadňujúc ich ekonomickú efektívnosť a schopnosť modulovať svoj výkon aj po významnom zateplení domu.
Pri masívnej elektrifikácii vykurovania treba brať do úvahy nárast špičkovej spotreby elektriny a investície do nových zdrojov a posilnenia elektrizačnej infraštruktúry. Každá možnosť výmeny vykurovacieho systému by mala byť dôkladne zvážená s ohľadom na ekonomickú efektivitu, environmentálnu udržateľnosť a druhú najhustejšiu plynárenskú sieť v EÚ, ktorú máme na Slovensku a ktorá sa aktívne pripravuje na distribúciu obnoviteľných plynov.
Zdroj: text + obrázky SPP – distribúcia, a. s.
