Ciepło odpadowe i OZE jako przyszłość ciepłownictwa systemowego – wnioski z raportu IEA

Najważniejsza teza raportu „Renewables in district energy” brzmi: odnawialne źródła energii i ciepło odpadowe mogą znacząco zwiększyć skalę, bezpieczeństwo i efektywność systemów ciepłownictwa i chłodnictwa sieciowego, ale potrzebne są lepsze polityki publiczne, planowanie, modernizacja sieci i finansowanie. Główne bariery nie są już więc technologiczne, lecz ekonomiczne, regulacyjne, planistyczne i organizacyjne. Wykorzystanie ciepła odpadowego z kolei wymaga nowoczesnych, niskotemperaturowych sieci, dużych pomp ciepła, magazynowania ciepła, cyfryzacji, mapowania źródeł oraz stabilnych ram regulacyjnych i finansowych.

Raport obejmuje globalny przegląd systemów, ich miksów paliwowych, warunków rynkowych, modeli zarządzania, kwestii cenowych i dostępności dla odbiorców. Omawia także potencjał bioenergii, geotermii, energii solarnej, ciepła odpadowego, dużych pomp ciepła i magazynowania ciepła.

IEA wskazuje, że ciepłownictwo i chłodnictwo sieciowe jest strategicznym narzędziem dla bezpieczeństwa energetycznego i redukcji emisji. Systemy ciepłownicze dostarczają ok. 10% globalnego końcowego zużycia energii na ciepło, a ponieważ ogrzewanie i chłodzenie odpowiadają za ponad połowę końcowego zużycia energii na świecie, daje to ok. 5% całkowitego zużycia energii. Ciepłownictwo systemowe obsługuje ponad 600 mln ludzi, a długość globalnych sieci przekracza 1 mln km. Ilość ciepła dostarczanego przez DH wzrosła od 2010 r. o ok. 35%.

Jednocześnie raport pokazuje, że globalne ciepłownictwo systemowe nadal jest silnie oparte na paliwach kopalnych. OZE dostarczają dziś tylko ok. 7% globalnej produkcji ciepła sieciowego, a bez zmian politycznych produkcja odnawialnego ciepła sieciowego wzrośnie do 2030 r. jedynie o ok. 10%. Jednocześnie w samych istniejących sieciach OZE i ciepło odpadowe mogłyby wzrosnąć nawet dziesięciokrotnie bez dużych inwestycji infrastrukturalnych.

Raport porządkuje rekomendacje wokół czterech głównych priorytetów: planowanie, modernizacja, elektryfikacja i integracja oraz finansowanie:
1.    Planowanie ogrzewania i chłodzenia powinno być elementem strategii miejskich i energetycznych, a nie działaniem dobrowolnym.
2.    Modernizacja powinna obejmować obniżanie temperatur pracy sieci, ograniczanie strat, cyfryzację i dostosowanie budynków.
3.    Integracja oznacza powiązanie ciepłownictwa z elektroenergetyką, pompami ciepła, magazynami ciepła i ciepłem odpadowym.
4.    Finansowanie ma obejmować m.in. modele koncesyjne, regulowany zwrot, blended finance i wsparcie przygotowania projektów.

Dokument traktuje ciepło odpadowe jako jedno z najważniejszych, ale wciąż niewykorzystanych lokalnych źródeł ciepła dla systemów DHC. Samo wychwycenie takiego ciepła jest technicznie stosunkowo proste, ale wdrażanie zależy od warunków lokalnych: bliskości źródła i odbioru, zgodności temperatur oraz kosztów przyłączenia.

Ciepłu odpadowemu poświęcono cały rozdział „Waste heat: A largely untapped local resource for district heating”, zgodnie z którym może być odzyskiwane z wielu źródeł miejskich i przemysłowych, w tym z centrów danych, systemów metra, supermarketów i oczyszczalni ścieków. Duża część tego ciepła jest dziś po prostu uwalniana do atmosfery lub wód. Część strumieni może być wprowadzana bezpośrednio do istniejących sieci, a inne wymagają podniesienia temperatury — tutaj szczególną rolę mają duże pompy ciepła.

IEA podkreśla, że nowoczesne niskotemperaturowe systemy ciepłownictwa i chłodnictwa sieciowego są szczególnie dobrze przystosowane do integracji różnych źródeł ciepła odpadowego. Obniżanie temperatur zasilania i powrotu zwiększa zakres możliwych do wykorzystania niskotemperaturowych źródeł, ogranicza straty i pozwala efektywniej korzystać z lokalnych zasobów. Wykorzystanie ciepła odpadowego wymaga jednak nie tylko znalezienia jego źródła, ale też modernizacji sieci i obniżenia parametrów pracy.

Raport pokazuje też kontrast między krajami. W Chinach ciepło odpadowe odgrywa na razie ograniczoną rolę w ciepłownictwie systemowym, mimo że teoretyczny potencjał — obejmujący przemysł, ścieki i centra danych — szacowany jest na ok. 10 EJ. W praktyce tylko część tego potencjału jest ekonomicznie możliwa do odzyskania, a bariery to odległość między źródłem a zapotrzebowaniem, wymagania temperaturowe oraz koszt przyłączeń i adaptacji infrastruktury. Dla porównania, w krajach nordyckich integracja ciepła odpadowego jest już standardową praktyką – w Finlandii ciepło odpadowe odpowiadało w 2024 r. za 18% produkcji ciepła sieciowego.

Ważny fragment dotyczy również bezpieczeństwa energetycznego. IEA wskazuje, że lokalne lub regionalne OZE, ciepło odpadowe i elektryfikacja przez pompy ciepła ograniczają potrzebę importu paliw kopalnych, wzmacniając odporność i przewidywalność systemów ciepłowniczych. W kluczowych regionach ciepłowniczych OZE i ciepło odpadowe wypierają już ponad 190 mln baryłek ekwiwalentu ropy importowanych paliw kopalnych rocznie, głównie dzięki Europie.

Ciepło odpadowe jest też silnie powiązane z dużymi pompami ciepła. Raport wskazuje, że kraje nordyckie mają długą praktykę wykorzystywania dużych pomp ciepła w systemach zasilanych m.in. ciepłem ze ścieków, wody morskiej, przemysłowym ciepłem odpadowym, geotermią i coraz częściej centrami danych. Chiny również zaczynają skalować duże pompy ciepła, szczególnie w północnych prowincjach, wykorzystując m.in. ścieki i przemysłowe ciepło odpadowe.

Raport pokazuje również, że rozwój ciepła odpadowego wymaga odpowiednich mechanizmów rynkowych. W modelach inwestycyjnych wskazano m.in. projekty dodające niskoemisyjne źródła do istniejących sieci w Finlandii, Chinach i Polsce. Dokument opisuje dolnośląsko-saksoński transgraniczny projekt „United Heat” z udziałem partnerów z Görlitz i Zgorzelca. Przewidziana w ramach projektu inwestycja o planowanej wartości 195 mln euro obejmuje połączenie transgraniczne i szerszą, ok. 12 km sieć z miksem obejmującym energię solarną, magazynowanie sezonowe, bioenergię, power-to-heat i odzysk ciepła odpadowego, łącząc lokalne źródła, integrację sektorów, magazynowanie i wymiar transgraniczny.

Osobny wątek dotyczy centrów danych. IEA wskazuje, że centra danych odprowadzają prawie całą zużywaną energię elektryczną w formie niskotemperaturowego ciepła, co czyni je coraz ważniejszym źródłem energii odzyskanej dla ciepłownictwa systemowego. Odzysk jest technicznie możliwy przez wymienniki ciepła i, jeśli trzeba, pompy ciepła. Raport przypomina też, że zaktualizowana dyrektywa EED wymaga od centrów danych o całkowitej znamionowej mocy wejściowej powyżej 1 MW odzysku ciepła odpadowego, chyba że wykażą, iż jest to niemożliwe technicznie lub ekonomicznie.

Kolejnym analizowanym zagadnieniem jest sector coupling. Łączenie nadwyżek ciepła z pobliskim zapotrzebowaniem tworzy nowe źródła przychodów dla nietradycyjnych interesariuszy systemu ciepłownictwa i chłodnictwa sieciowego i może dostarczać tanie ciepło do lokalnych sieci. IEA podaje przykład Zibi Community Utility w Ottawie, gdzie wykorzystywane jest ciepło odpadowe z sąsiedniej papierni. Wskazuje też, że niemiecki program finansowania efektywnych sieci ciepłowniczych obejmuje projekty wykorzystujące ciepło odpadowe, a unijna EED wzmacnia rolę ciepła odpadowego, wysokosprawnej kogeneracji i integracji sektorów.

IEA kilkukrotnie wraca do ciepła odpadowego również w rekomendacjach politycznych. Dla rynków z wysokim udziałem OZE zaleca m.in. wprowadzenie standardowych ram przyłączeniowych i kontraktowych dla odzysku ciepła odpadowego, standardów niskotemperaturowych dla nowych budynków i dużych modernizacji oraz taryf nagradzających niższe temperatury powrotu. Dla rynków opartych na paliwach kopalnych wskazuje, że duże pompy ciepła i odzysk ciepła odpadowego mogą być szybką ścieżką ograniczania zależności od paliw kopalnych, ale wymagają lepszych warunków ekonomicznych i regulacyjnych.

Raport podkreśla, że ciepłownictwo i chłodnictwo systemowe są szczególnie ważne w gęsto zabudowanych obszarach miejskich, bo pozwalają produkować ciepło lub chłód centralnie i dostarczać je do wielu budynków. Historycznie sieci przeszły od wysokotemperaturowych systemów parowych do bardziej efektywnych, elastycznych i niższotemperaturowych konfiguracji, zdolnych integrować OZ i ciepło odpadowe.

Z punktu widzenia projektu DISCO szczególnie ważne są trzy spostrzeżenia:
1.    Raport potwierdza, że ciepło odpadowe jest lokalnym zasobem strategicznym, dostępnym nie tylko w przemyśle, ale też w centrach danych, ściekach, metrze, supermarketach, szpitalach i innych elementach infrastruktury miejskiej.
2.    Raport wskazuje, że sieci ciepłownicze są infrastrukturą umożliwiającą wykorzystanie tego zasobu, bo pojedyncze budynki najczęściej nie są w stanie robić tego efektywnie.
3.    Raport podkreśla, że główne bariery mają charakter regulacyjny, organizacyjny, finansowy i planistyczny, co bezpośrednio potwierdza sens działań DISCO ukierunkowanych na poprawę polityk regionalnych i praktyczne uruchamianie potencjału ciepła odpadowego.

Szczegóły: www.iea.org.