Model kogenerační jednotky instalované v Teplárně Písek
Transformace českého teplárenství nabývá na dynamice. Od roku 2027 dopadne i na menší zdroje pod 20 MW systém EU ETS. Zároveň města a obce už dnes čelí vypovídání kontraktů na dodávky uhlí a musí během pěti let přejít na nové zdroje tepla. Jaké mají řešení? S přechodem čistě na zemní plyn nebo biomasu hrozí růst nákladů a cen tepla. Pokud má být transformace teplárenství dlouhodobě udržitelná – nejen environmentálně, ale i ekonomicky – je třeba hledat chytrou kombinaci technologií a flexibilní provozování více zdrojů, ne jediné dogma.
Pět let na řešení, které ovlivní desítky let provozu
V České republice dnes fungují vyšší stovky tepláren a výtopen, které jsou zpravidla ve vlastnictví měst nebo jejich technických služeb. Tyto provozy jsou ve většině případů závislé na uhlí nebo zemním plynu a čelí několika souběžným tlakům: ukončování dodávek uhlí kvůli postupnému uzavírání těžby, dynamické ceně plynu, hrozícímu zvyšování nákladů na emisní povolenky a často i potřebě rekonstrukcí sítí zásobování teplem.
Zároveň roste tlak na dekarbonizaci teplárenství – ze strany státu, veřejnosti i samotných měst, která chtějí zlepšit kvalitu života svých obyvatel. Mnohá z těchto zařízení přitom mají z důvodu již vypovězených dodávek uhlí necelých 5 let, aby transformaci zvládla a zprovoznila nové zdroje.
„Z časového hlediska je to velmi napjatý harmonogram. Pokud se města rozhodnou špatně, hrozí jim nejen logistické komplikace, ale především ekonomicky neefektivní provoz, který je bude tlačit k zdražování tepla,“ říká Jan Hanus, ředitel společnosti ORGREZ ECO s.r.o.
EU ETS nemilosrdně zdraží výrobu téměř všem
A je tu i další impuls, proč by se teplárny měly zajímat o snížení emisí. Od roku 2027 začnou platit povolenky i pro zdroje s výkonem pod 20 MW. To znamená, že se systém bude týkat i menších a malých výtopen, regionálních tepláren a dalších podobných zdrojů. To bude nezanedbatelný zásah do jejich ekonomik a samozřejmě i do cen tepla pro koncové zákazníky.
Menší města a obce a jejich tepelná energetika dosud, někdy i účelově, vyráběla pod hranicí EU ETS, tedy pod 20 MW, ale rok 2027 bude znamenat nezanedbatelné zdražení a již nyní vedení obcí uvažuje, jak s tím naložit. „Právě menší města a obce budou změnou nejvíce postižená, a proto je nutné snížit jejich uhlíkovou stopu. Méně emisí znamená platit méně za povolenky a přispět k tomu, aby nemuselo dojít k takovému zdražení tepla,“ vysvětluje generální ředitel ORGREZ, a.s., Jan Krišpín.
Čistě zemní plyn nebo biomasa nejsou vhodnou cestou
Bylo by chybou omezit své úvahy o přechodu jen na biomasové kotle a zemní plyn. Biomasa je omezený zdroj, který při velkém zatížení trhu a v kombinaci s legislativním zákazem využití primární biomasy v rámci směrnice RED III přináší riziko růstu cen a logistických komplikací.
Zemní plyn je sice flexibilní, ale jeho budoucnost je z hlediska emisní politiky EU i geopolitických rizik zatížena nejistotou. Tepelná čerpadla mají nesporné výhody v letních měsících v kombinaci s obnovitelnými zdroji, avšak v zimních měsících klesá jejich účinnost a společně s nižší produkcí obnovitelné energie představuje nadměrnou a neefektivní zátěž pro celou síť.
Hybridní systém nabízí flexibilitu i úspory
Každý ze zdrojů má však své nesporné výhody a smysl využití. Nejvýhodnější cestou je proto vhodně navržená kombinace zdrojů, tzn. hybridní systém. Spojením výhod lze nalézt ekonomické optimum vhodné pro příslušnou lokalitu. Kde takové optimum leží, závisí na místních podmínkách – charakteru a stáří CZT i samotného zdroje či např. dostupnosti jednotlivých paliv a připojení k síti. Z těchto úvah vyplývá vhodná kombinace v praxi osvědčených technologií – biomasových a plynových kotlů, kogenerace, FVE, tepelných čerpadel a elektrokotlů, akumulace, odpadního tepla a dalších.
Optimální návrh může v závislosti na lokalitě přinést:
- až 30% snížení nákladů na výrobu tepla oproti klasickým fosilním řešením (při střízlivém odhadu vývoje cen povolenek),
- vyšší provozní flexibilitu – systémy umí reagovat na aktuální ceny energií, teploty, poptávku,
- chytré využití fosilních zdrojů, zejména zemního plynu, pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla a tím zajištění lepší celkové ekonomiky provozu,
- možnost aktivního řízení výroby a optimalizace pro využití obchodních příležitostí vyplývajících z měnící se ceny elektřiny,
- vyšší provozní bezpečnost – větší počet zařízení má také vyšší úroveň zálohování při případných poruchách.
OZE velmi efektivně a levně vykryje celou letní spotřebu. V zimních měsících klesá účinnost, proto se dotápí plynovým kotlem. „U takovýchto malých zařízení jiná logičtější cesta nyní zřejmě není. Cesta v současnosti není, aby zelené či fosilní zdroje vyhrály 10:0. Smysl dává rozumná koexistence všech zdrojů a postupné nasazování dalších zelených technologií, jakmile vzniknou. Nebýt za každou cenu dokonalí, ale každý rok o kousek lepší, a to zejména ve zvyšování účinnosti. Snížení uhlíkové stopy o 30 až 40 % je nezanedbatelný posun,“ uzavírá Jan Krišpín.
Flexibilní energetické systémy provozovatelům umožňují i lepší škálovatelnost a odolnost vůči regulatorním změnám – města mají větší manévrovací prostor v nestabilním regulačním i tržním prostředí a mohou v čase doplňovat další zdroje bez nutnosti měnit celý systém.
Optimální řešení je založeno na práci s daty
V rámci služby Zelené teplárenství experti ORGREZ ECO vždy začínají posouzením teplárny či výtopny, vyhodnocením její ekonomiky, spotřeby a zbývající životnosti. Podle této analýzy je pak možné poskládat různé zdroje vedle sebe tak, aby se vzájemně co nejlépe doplňovaly. Podle charakteristiky konkrétní lokality je zpravidla odlišný počet typů zdrojů a jejich kombinace. Vhodná kombinace zdrojů umožní stabilitu i za nejméně příznivých podmínek, umožní využívat cenových výkyvů ve prospěch ekonomiky a současně zajistí, aby zdroj využíval v co největší možné míře obnovitelné zdroje.
Do hry také vstupuje identifikace možných výzev a projektů. Je nutné zjistit, kolik dotačních prostředků bude možné na rekonstrukci teplárny dostat. „Dotační tituly jsou nastaveny zejména s ohledem na úsporu paliva a celkové snížení emisí. Na dotační financování si tak sáhnou zejména provozy, které to potřebují nejvíce. Vhodné je však zejména u těchto provozů naplánovat celkovou modernizaci a dlouhodobou strategii, nejen dílčí řešení,“ upozorňuje Jan Hanus.
Následuje vyhotovení dokumentace pro povolení záměru, vypracování žádostí o dotace, dodávka jednotlivých technologií a vybudování klíčového rozhraní pro PLC, které bude propojeno se softwarovým řízením. Není totiž myslitelné, aby lidská síla v každé obchodní čtvrthodině správně rozhodovala o nejlepší ekonomickém rozhodnutí. Moderní teplárenský systém potřebuje pro efektivní a ekonomicky výhodný provoz každý den sestavovat robustní plán výroby, aby v každém okamžiku dispečink věděl, který zdroj má právě vyrábět, který má stát, nebo třeba který je nutné odstavit, kdy nabíjet či vybíjet akumulaci.
ORGREZ Trade dozírá celý teplárenský provoz a jeho hlavní funkcí je hlídat pohyby cen energií na trhu, předpovídat vývoj počasí, kolik budou vyrábět v následujícím čase obnovitelné zdroje či kolik a jakých výroben elektřiny je v propojené síti odstaveno, jak se vyvíjí dodávky a ceny plynu a pak na to reagovat vhodným poskládáním zdrojů v daném dni i uvnitř něj. Služba funguje na vlastním cloudu, který ORGREZ původně vyvinul pro podpůrné služby výkonové rovnováhy. „Software v každém okamžiku vyhodnocuje, zda je výhodnější na spotovém trhu elektřinu nakoupit nebo prodat, zda raději spalovat plyn, kdy je výhodnější teplo akumulovat a kdy naopak z akumulace vybíjet, stejně jako kdy zapálit biomasu nebo jakou strategii zvolit pro podpůrné služby a obchod s flexibilitou, zkrátka online plánujeme provoz. Velkou výhodou je správně navržená kombinace technologií.“ objasňuje Jan Krišpín a dodává, že součástí služeb ORGREZ Trade je i optimalizace nastavení přepravních kapacit a tarifů.
ORGREZ Group pomáhá s přechodem na udržitelnější teplárenství, aniž by města a obce měly s projektováním, instalací či následným provozováním zdrojů starosti. Komplexní řešení a chytré systémy umí skupina navrhovat a dodávat díky hluboké znalosti teplárenské infrastruktury, energetické flexibility a ekonomiky provozu. „Co se týče přípravy podobných projektů, máme velké, mnohaleté zkušenosti. Dosud jsme realizovali větší stavby, větší celky, nyní jde o menší energetické bloky, ale pravidla jsou stejná,“ vysvětluje Jan Krišpín.
Příklad z Písku: vysoce účinná kombinovaná výroba elektřiny a tepla
Koncepčně a ekonomicky racionálně pojatý odklon od uhlí se daří aplikovat v Teplárně Písek. Na základě návrhů skupiny ORGREZ zde letos v létě byla zahájena instalace jedné z největších kogeneračních jednotek v Česku. Umožní vysoce účinnou kombinovanou výrobu elektřiny a tepla, díky které může teplárna v budoucnu optimalizovat provozní náklady, zajistit spolehlivé pokrytí energetických potřeb a také výrazně snížit emise, zejména CO₂. Výstavba, která je spojena s investicí v objemu 180 milionů korun, bude dokončena v květnu příštího roku. Kogenerační jednotka tak doplní biomasový kotel a společně s dalšími plány teplárny umožní kompletní odchod od uhlí.
Kogenerační jednotka, jejímž dodavatelem je společnost GENTEC CHP, bude mít 9válcový motor s elektrickým výkonem 5,1 MW a tepelným 5,2 MW spalujícím zemní plyn. Instalovaná jednotka umožní kombinovanou výrobu tepla a elektřiny s celkovou účinností přes 96 % a snížením emisí CO₂ až o 30 % ve srovnání s dnešním uhelným zdrojem. Umístěna bude v nové železobetonové hale, kterou doplní akumulační nádrže s kapacitou minimálně 60 MWh, přičemž projekt počítá i s místem pro možné budoucí rozšíření o druhou identickou jednotku.
Díky tomuto kroku Teplárna Písek nejen stabilizuje cenu tepla pro domácnosti, ale i zvyšuje svou nezávislost na fosilních palivech a připravuje se na zapojení do služeb výkonové rovnováhy. KGJ bude nasazována zejména v době vyšších cen elektřiny a v budoucnu může přispět k rozvoji komunitní energetiky v Písku. “Nová jednotka bude díky své vysoké flexibilitě schopna stabilizovat elektrizační soustavu, zejména v obdobích, kdy je omezený výkon fotovoltaických a větrných elektráren nebo dochází k výrazným výkyvům ve výrobě,” dodává k přínosům řešení Jan Krišpín.
Zcela ukončit spalování uhlí Teplárna Písek plánuje do roku 2030.
Na trhu je spousta provozoven, které stojí před klíčovým rozhodnutím
Dalším příkladem může být teplárna v Bruntále, která čelí specifickým problémům. Síť je zde rozdělena na dvě části, hlavní část dodávek tepla je stále závislá na uhlí a teplárna již má na stole termín ukončení smluv o dodávkách uhlí. Do hry navíc vstupuje aktuální spekulativní přetíženost distribuční soustavy a v plánu teplárny je také kompletní rekonstrukce výměníkových stanic. Dle návrhu ORGREZ ECO je ve variantě potvrzené teplárnou úspora emisí z fosilních paliv, a tedy i plateb za emisní povolenky, dokonce 54 % s možností dalšího rozvoje a většího využití obnovitelných zdrojů. Teplárna tak splní nově definované podmínky energetického zákona o účinné soustavě zásobování teplem minimálně do roku 2035 a bude mít prostor pro další adaptaci.
„Klíčové je přitom myšlenkové nastavení teplárny a vůle řešit jednotlivé kroky postupně a organizovaně. Ukončení dodávek paliva za 5 let se zdá být za dlouho, vzhledem k potřebným krokům ale není na co čekat,“ dodává Jan Hanus.
ORGREZ ECO s.r.o., www.zeleneteplarenstvi.cz
