Fundamentem nowoczesnych sieci ciepłowniczych staje się wykorzystanie pomp ciepła, energii fotowoltaicznej, magazynów ciepła oraz odzyskiwanie energii z nieoczywistych źródeł, takich jak ścieki, metro czy centra danych. Inwestycje w tego typu infrastrukturę wspierają cele zrównoważonego rozwoju i wywierają istotny wpływ na redukcję emisji gazów cieplarnianych.

Pompy ciepła: serce nowoczesnych systemów ciepłowniczych

Pompy ciepła odgrywają ważną rolę w dekarbonizacji systemów grzewczych. Dzięki przekształcaniu niskotemperaturowego ciepła z otoczenia w użyteczną energię cieplną, stanowią ekologiczne i ekonomiczne rozwiązanie dla miejskich sieci ciepłowniczych.

Sztokholm. W stolicy Szwecji funkcjonuje jedna z największych na świecie instalacji pomp ciepła, zlokalizowana w zakładzie Hammarbyverket. Siedem gigantycznych pomp ciepła (zainstalowanych już w latach 80. i 90. XX w., o mocy 225 MW), każda o rozmiarach dwupiętrowego budynku, wykorzystuje ciepło z oczyszczonych ścieków oraz wody morskiej do ogrzewania tysięcy mieszkań. Instalacja ta nie tylko redukuje emisje dwutlenku węgla, ale także stanowi model efektywnego wykorzystania lokalnych zasobów energetycznych. 

Wiedeń. W dzielnicy Simmering od marca 2019 roku działa pompa ciepła o mocy 27,2 MW, która wykorzystuje ciepło odpadowe z lokalnej elektrowni. System ten zaopatruje w ciepło około 25 tys. gospodarstw domowych.

Esbjerg. W duńskim portowym mieście Esbjerg w grudniu ub.r. uruchomiono jedną z największych na świecie pomp ciepła o mocy grzewczej 70 MW. Ta innowacyjna instalacja wykorzystuje bezpieczny dla środowiska i nietoksyczny dwutlenek węgla jako czynnik chłodniczy, energię odnawialną z pobliskich farm wiatrowych oraz wodę morską jako źródło ciepła. Pompę można włączać i wyłączać wiele razy dziennie, co pozwala na szybkie reagowanie na zmieniające się warunki pogodowe. Instalacja dostarcza neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla ciepło do sieci ciepłowniczych w Esbjerg i Varde, ogrzewając 25 tys. gospodarstw domowych.  

Helsinki. Działająca od września ub.r. pompa ciepła o mocy 33 MW zasila system ciepłowniczy w Helsinkach. Urządzenie wykorzystuje powietrze z otoczenia jako źródło energii cieplnej w celu podniesienia temperatury wody zgodnie z wymaganiami sieci ciepłowniczej. Rocznie dostarczy około 200 GWh ciepła, co pozwoli na zaspokojenie potrzeb około 30 tys. gospodarstw domowych.

Kraków. Miejskie Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej zastosowało innowacyjne rozwiązania dotyczące dostarczania energii w oparciu o układy energetyki rozproszonej. MPEC zainstalował powietrzne pompy ciepła o mocy 20 kW na potrzeby ogrzewania i ciepłej wody użytkowej z wtryskiem pary w budynkach wielorodzinnych przy ulicy Kuryłowicza i ulicy Kantorowickiej (tu wraz z instalacją fotowoltaiczną na potrzeby zasilania pompy ciepła).

Synergia energii fotowoltaicznej i magazynów ciepła

Kombinacja pomp ciepła z instalacjami fotowoltaicznymi oraz magazynami ciepła pozwala na maksymalizację wykorzystania odnawialnych źródeł energii, zapewniając jednocześnie stabilność dostaw ciepła.

Lidzbark Warmiński. W ramach projektu „Ciepłownia Przyszłości” zrealizowano system ciepłowniczy o wysokiej efektywności energetycznej, w 100 proc. oparty na OZE. Kluczowym elementem instalacji są pompy ciepła zintegrowane z farmą fotowoltaiczną oraz magazynami ciepła. Oficjalne otwarcie instalacji odbyło się pod koniec maja ub.r. Dzięki temu rozwiązaniu mieszkańcy osiedla Astronomów korzystają z ekologicznego ciepła.

Odzysk ciepła odpadowego z nietypowych źródeł

Wykorzystanie ciepła odpadowego z różnych procesów miejskich staje się coraz bardziej popularne – ciepło odpadowe to wielki rezerwuar energii. Powstaje jako produkt uboczny procesów produkcyjnych, a także np. oczyszczania ścieków. W ciepłownictwie systemowym wykorzystanie ciepła odpadowego może przesądzić o uznaniu systemu ciepłowniczego za efektywny energetycznie. 

Obecnie, do 31 grudnia 2027 roku, efektywny energetycznie system ciepłowniczy wykorzystuje w co najmniej 50 proc. energię z odnawialnych źródeł lub w 50 proc. ciepło odpadowe (np. z instalacji przemysłowych czy systemów kanalizacji), lub w 75 proc. ciepła pochodzące z kogeneracji, lub w co najmniej 50 proc. połączenie źródeł energii i ciepła, o których mowa wyżej.

Ciepło ze ścieków. We Wrocławiu już wkrótce ma zostać uruchomiona instalacja pozyskująca ciepło ze ścieków komunalnych i deszczowych. Moc ważącej ponad 100 ton pompy ciepła, tzw. Wrompy, wyniesie 12,5 MW, co pozwoli na pokrycie do 5 proc. rocznego zapotrzebowania na ciepło z miejskiej sieci ciepłowniczej. W Szlachęcinie w Wielkopolsce Veolia Energia Poznań uruchomiła w 2020 roku innowacyjną instalację kogeneracyjną połączoną z pompą ciepła, odzyskującą ciepło ze ścieków. Moc elektryczna tej instalacji wynosi około 1 MW, z czego 700 kW jest wykorzystane do zasilenia pompy ciepła. Nadwyżka, około 300 kW, jest odbierana przez krajowy system energetyczny. Moc cieplna systemu – kogeneracji i pompy ciepła razem – to około 2,9 MW. Ciepło wygenerowane w Szlachęcinie ogrzewa 5000 mieszkańców Murowanej Gośliny. Inwestycja częściowo zastąpiła ciepłownię węglową w pobliskim Bolechowie, dzięki temu zmniejszyła się o ok. 2 tys. ton rocznie emisja dwutlenku węgla, nastąpiła znaczna redukcja emisji związków siarki oraz pyłów do atmosfery i obniżyła się temperatura ścieków, które po oczyszczeniu trafiają do Warty.  

Odzysk ciepła z metra. W Londynie ciepło odpadowe z metra zapewnia ogrzewanie i ciepłą wodę dla ponad 1350 mieszkań, szkoły i dwóch ośrodków wypoczynkowych na terenie dystryktu Islington. W Warszawie Veolia Energia Warszawa, we współpracy z Metrem Warszawskim, realizuje innowacyjny projekt odzysku ciepła z warszawskiego metra. Ciepło generowane przez pracujące urządzenia oraz systemy wentylacyjne w metrze będzie odzyskiwane za pomocą pomp ciepła i kierowane do miejskiej sieci ciepła systemowego. 

Ciepło z centrów danych. W Poznaniu Veolia Energia Poznań planuje inwestycję w odzysk ciepła generowanego przez serwery. Szacuje się, że moc nowego źródła ciepła wyniesie około 30 MW, co pozwoli na ogrzanie tysięcy mieszkańców oraz znaczną redukcję emisji dwutlenku węgla. 

Ciepło z przemysłu. Za pośrednictwem miejskiej sieci ciepłowniczej Veolia Energia Poznań wykorzystuje ciepło wydzielane podczas pracy sprężarek w odlewni Volkswagena (OVW) w Poznaniu do ogrzewania budynków. Moduł rekuperacji ciepła w OVW odpowiada źródłu ciepła o mocy około 6 MWt. Ekologiczne ciepło dociera do ponad 30 budynków na Wildzie i Dębcu, w tym do szpitala HCP. 

Ciepło z kopalni. W grudniu 2024 roku Dalkia Polska Energia podpisała umowę z Polską Grupą Górniczą dotyczącą budowy instalacji odzysku ciepła z wód dołowych w Kopalni Mysłowice-Wesoła. Instalacja o mocy 2 MW pozwoli wykorzystać ciepło geotermalne i rocznie da możliwość ograniczenia emisji dwutlenku węgla o 1319 ton i przyniesie oszczędność energii końcowej rzędu 5260 MWh. Inwestycja zostanie oddana do użytku w trzecim kwartale 2026 roku.

Korzyści i wyzwania związane z rozproszonymi systemami ciepłowniczymi

Integracja rozproszonych źródeł energii w miejskich systemach ciepłowniczych niesie ze sobą liczne korzyści, takie jak:

• Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii oraz ciepła odpadowego przyczynia się do znacznego obniżenia emisji gazów cieplarnianych.
• Wzrost wykorzystania OZE i mniejsza zależność od paliw kopalnych
• Zwiększenie efektywności energetycznej systemów ciepłowniczych
• Wyższa stabilność sieci energetycznej
• Niższe koszty ogrzewania dla mieszkańców.