Sektor ciepłowniczy intensywnie poszukuje stabilnych, lokalnych źródeł zielonej energii. Tymczasem jedno z najbogatszych źródeł znajduje się tuż pod naszymi stopami – w miejskich systemach kanalizacyjnych. Ścieki „płynące”, traktowane dotychczas jako odpad, mogą być cennym nośnikiem energii.

Jak podkreślają holenderscy projektanci instalacji wielkoskalowych pomp ciepła Riothermie (piszemy o tym projekcie na końcu artykułu), „ścieki są najbardziej stabilnym i przewidywalnym źródłem ciepła odpadowego w mieście – zawsze są dostępne i zawsze są ciepłe”.
To właśnie one otwierają drogę do wykorzystania dużych pomp ciepła w ciepłownictwie. W połączeniu z fotowoltaiką i biometanem produkowanym w oczyszczalniach mogą się stać niemal perpetuam mobile dla lokalnych systemów ciepłowniczych. Już od początku grudnia br. będzie można składać wnioski na dofinansowanie takich projektów, ciepłownicy czas start… 

Miks paliwowy 2024 – mniej węgla, więcej gazu

Transformacja polskiego ciepłownictwa systemowego przestała być abstrakcyjnym celem, a stała się mierzalną rzeczywistością. Potwierdzają to najnowsze dane z raportu Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki „Energetyka cieplna w liczbach 2024” (opublikowanego 4 listopada br.). Dane za 2024 rok pokazują nieodwracalny trend: udział węgla (kamiennego i brunatnego) w produkcji ciepła spadł do 57,4 proc., w porównaniu z 61,2 proc. w 2023 roku. W ujęciu długoterminowym, od 2002 roku, spadek ten wynosi już 24,3 punkty procentowe.

Kluczowe pytanie brzmi jednak: co wypełni tę lukę? Z raportu wynika, że polskie ciepłownictwo dekarbonizuje się głównie poprzez „gazyfikację” – udział paliw gazowych wzrósł z 13 proc. do 15,2 proc. Udział odnawialnych źródeł energii (OZE) wzrósł natomiast minimalnie – z 14,4 proc. do 14,7 proc. Jak zauważyła prezes URE, Renata Mroczek, w tych warunkach, konieczna się staje „współpraca z sektorem elektroenergetyki” oraz „elektryfikacja ciepłownictwa”. Oparte na ściekach jako dolnym źródle, wielkoskalowe pompy ciepła (WPC) są książkowym przykładem realizacji obu tych postulatów – oferują stabilne, lokalne i odnawialne źródło ciepła, stanowiąc strategiczną alternatywę dla paliwa przejściowego, jakim jest gaz ziemny.

Waste-to-Heat 2.0. Wielkoskalowe pompy ciepła na ściekach

Jeśli dane URE są obrazem obecnej sytuacji, to mapą drogową ku przyszłości jest dyrektywa Parlamentu Europejskiego w sprawie efektywności energetycznej (EED), która określa wymogi dla statusu efektywnego systemu ciepłowniczego. Od 1 stycznia 2028 roku, aby system zyskał/zachował taki status (do 31 grudnia 2034 roku), musi spełnić jeden z kilku nowych, zaostrzonych warunków. Dla większości systemów, które do tej pory opierały się na węglu lub nawet na wysokosprawnej kogeneracji gazowej, kluczowy staje się tzw. warunek mieszany. 

Określa on, że taki system musi wykorzystywać łącznie co najmniej 50 proc. energii pochodzącej z OZE, ciepła odpadowego lub wysokosprawnej kogeneracji. Co kluczowe, w tej puli musi się znajdować bezwzględne minimum w postaci co najmniej 5 proc. energii pochodzącej stricte z odnawialnych źródeł energii.

Dla wielu polskich przedsiębiorstw, które – jak wskazuje raport URE – nadal opierają się niemal wyłącznie na węglu, ten wymóg to regulacyjna „bomba zegarowa”. Utrata statusu efektywnego systemu oznacza bowiem potencjalne odcięcie od przyszłych funduszy pomocowych i drastyczne pogorszenie pozycji konkurencyjnej. Sektor ma nieco ponad dwa lata na realizację inwestycji, które pozwolą przekroczyć ten próg.

W tym kontekście wielkoskalowe pompy ciepła na ściekach stają się technologicznym rozwiązaniem. Energia odzyskana ze ścieków jest klasyfikowana jako ciepło odpadowe, wpisując się w pulę 50 proc., a przy odpowiedniej interpretacji (zależnej od zasilania pomp energią z OZE) może być traktowana jako w pełni odnawialna. Często są to inwestycje o dużej skali, np. Wrompa we Wrocławiu, o mocy 12,5 MW, już teraz jest w stanie zapewnić do 5 proc. rocznego zapotrzebowania na ciepło systemowe w całym mieście. Oznacza to, że jedna inwestycja może samodzielnie rozwiązać problem progu 5 proc. OZE dla całego dużego systemu ciepłowniczego. 

Finansowe programy pomocowe

Wyzwanie dotyczące spełnienia wymogów dyrektywy EED jest mocno zależne od pozyskania funduszy na inwestycje. Projekty budowy WPC w skali miejskiej są kapitałochłonne. Koszt wrocławskiej Wrompy wyniósł ponad 82 mln zł, a planowana inwestycja PGE w Rzeszowie jest szacowana na 76 mln zł.

Kluczowe dla sektora znaczenie ma uruchamiany 1 grudnia br. roku program Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW) „OZE – źródło ciepła dla ciepłownictwa” (będący częścią nadrzędnego programu „Zeroemisyjny system energetyczny”). Wspiera on budowę lub przebudowę źródeł o łącznej mocy zainstalowanej co najmniej 2 MWt, w których do produkcji energii cieplnej wykorzystuje się OZE, w tym pompy ciepła. Warunkiem jest, aby co najmniej 70 proc. ciepła wytworzonego w instalacji trafiało do publicznej sieci ciepłowniczej.

Kryterium minimalnej mocy (2 MWt) jest idealnie dopasowane do skali projektów WPC na ściekach – czy to planowanych 4 MWt w Bytomiu, czy 12 MWt w Gliwicach. Co więcej, ten mechanizm już działa. Projekt Przedsiębiorstwa Energetyki Cieplnej w Gliwicach (12 MWt) jest współfinansowany przez NFOŚiGW właśnie z programu „Zeroemisyjny system energetyczny OZE”. Dostępne są także inne ścieżki dotacyjne, jak np. program „Ciepłownictwo Powiatowe”. Jest on skierowany do mniejszych systemów i wspiera m.in. instalacje w 100 proc. OZE. Tutaj także postawiono warunek, by co najmniej 70 proc. ciepła z instalacji trafiało do miejskiej sieci ciepłowniczej.

Polska awangarda: projekty WPC na ściekach

Instalację kogeneracyjną połączoną z pompami ciepła, odzyskującą ciepło ze ścieków, uruchomiła Veolia Energia Poznań w 2020 roku w wielkopolskim Szlachęcinie. Moc elektryczna instalacji wynosi około 1 MW, z czego 700 kW jest wykorzystane do zasilenia pomp ciepła. Nadwyżka 300 kW jest przekazywana do sieci energetycznej. Moc cieplna systemu – kogeneracji i pomp ciepła razem – wynosi około 2,9 MW. Ciepło wygenerowane w Szlachęcinie ogrzewa około 5000 mieszkańców Murowanej Gośliny. Veolia planuje także kolejne instalacje WPC – o mocy 16 MW i 5 MW – w Centralnej i Lewobrzeżnej Oczyszczalni Ścieków w Poznaniu.

Największa w Polsce, jak dotychczas, instalacja wielkoskalowej pompy ciepła na ściekach, tzw. Wrompa, została uruchomiona w 2024 roku we Wrocławiu. Zrealizowana przez Fortum we współpracy z Miejskim Przedsiębiorstwem Wodociągów i Kanalizacji działająca na ściekach nieoczyszczonych instalacja ma moc 12,5 MWt. Jak wspomniano, jej praca pozwala zaspokoić do 5 proc. rocznego zapotrzebowania na ciepło systemowe w mieście. 

Budowę instalacji o mocy 12 MWt – największej wielkoskalowej pompy ciepła na Śląsku – rozpoczyna PEC w Gliwicach. Inwestycja ta jest częścią większego projektu pn. Park Zielonej Energii i ma przynieść redukcję emisji dwutlenku węgla o 35 tys. ton rocznie. Jak podkreśla prezes PEC-Gliwice Krzysztof Szaliński, budowana na terenie Centralnej Oczyszczalni Ścieków PWiK instalacja „to ekologiczny przełom i praktyczny krok ku niezależności energetycznej Gliwic”. Oczyszczone ścieki, zanim opuszczą obiekt, będą oddawać ciepło do miejskiej sieci ciepłowniczej, zasilając nawet kilka tysięcy gliwickich mieszkań. Zakończenie prac zaplanowano na październik 2027 roku.

Ambitny projekt realizuje również PGE Energia Ciepła w Rzeszowie. Tam, przy lokalnej oczyszczalni, powstanie pompa ciepła o mocy 14 MWt, z planowanym zakończeniem prac również w 2027 roku. Instalacja rzeszowska ma wykorzystywać ścieki oczyszczone.

W 2024 roku Veolia Energia Warszawa podpisała z Miejskim Przedsiębiorstwem Wodociągów i Kanalizacji umowę na pilotażowy projekt odzysku ciepła ze ścieków nieoczyszczonych. W Stacji Pomp Kanałowych „Nowodwory” ścieki staną się nośnikiem energii dla miejskiego systemu ciepłowniczego w Warszawie.

Za pionierami podąża reszta rynku. W Bytomiu PEC planuje budowę źródła o mocy 4 MW opartego na WPC w Centralnej Oczyszczalni Ścieków w perspektywie lat 2026–2030. W Krakowie PGE Energia Ciepła analizuje budowę WPC jako jeden z kluczowych elementów dekarbonizacji. Również w Chrzanowie naukowcy badają możliwość wykorzystania osadów ściekowych jako paliwa alternatywnego w instalacjach produkujących ciepło. WPC w swojej strategii transformacji uwzględnia również PEC w Gnieźnie – przedsiębiorstwo, które już obecnie może się pochwalić statusem efektywnego systemu dzięki wykorzystaniu biomasy (blisko 60 proc. energii z OZE).

Jak to robią na świecie

Ścieki to najpopularniejsze źródło ciepła dla wielkoskalowych pomp ciepła w krajach Europy północnej i zachodniej, głównie w Norwegii, Danii, Szwecji, Finlandii, Niemczech, Austrii i Szwajcarii, gdzie działa ponad 50 dużych instalacji o łącznej mocy 891 MW.

W Wiedniu, przy głównej oczyszczalni ścieków Simmering, powstaje jedna z największych i najnowocześniejszych instalacji w Europie. System sześciu pomp ciepła będzie odbierał ciepło (około 6°C) ze ścieków oczyszczonych (zanim trafią do Dunaju), podgrzewając wodę sieciową do 90°C. Docelowo, od 2027 roku, system ten zasili w czyste ciepło 112 tys. gospodarstw domowych, redukując emisję o 300 tys. ton dwutlenku węgla rocznie.

W Sztokholmie od lat działa elektrownia Hammarbyverket, jedna z największych na świecie instalacji WPC na ściekach, o mocy 225 MWt, również wykorzystująca ścieki oczyszczone.

Systemy ciepłownicze w Oslo rutynowo integrują ciepło z oczyszczalni ścieków, wykorzystując pompy ciepła do efektywnego podniesienia temperatury tego źródła energii.

W wielu miastach w Szwajcarii (m.in. w Zurychu i Bazylei), w Niemczech (np. w Hamburgu czy w Monachium) ścieki są podstawowym źródłem ciepła dla systemów o mocy od kilku do kilkudziesięciu MW.

Z kolei w Amsterdamie, pilotażowy projekt pn. Riothermie obejmuje około 600 lokali, wykorzystując ścieki jako lokalne źródło ciepła dla pomp ciepła. Instalacja działa od dwóch lat, zastępując ogrzewanie gazowe.

Kluczowe źródło przyszłości?

Mamy już pierwsze polskie doświadczenia (Wrocław czy Szlachęcin), rośnie liczba projektów przygotowawczych, a unijne wymogi i programy wsparcia przyspieszą ten proces. Wielkoskalowe pompy ciepła oparte na ściekach mogą odegrać kluczową rolę w dekarbonizacji polskiego ciepłownictwa – zarówno w dużych aglomeracjach, jak i w mniejszych miastach.