Ciepłownictwo polskie jest oparte przede wszystkim na węglu, w następnej kolejności – na gazie. Aby wywiązać się z zadań wynikających z  programu Fit for 55 (do 2050 roku Europa ma osiągnąć neutralność klimatyczną) oraz nowego planu REPowerEU (uniezależnienie się od rosyjskich dostaw), branża musi zmniejszyć zużycie paliw kopalnych przez przyspieszenie rozwoju źródeł odnawialnych. 

Nie tylko biomasa

Najpopularniejszym źródłem energii odnawialnej w polskim ciepłownictwie systemowym jest biomasa, nie doceniamy energii słonecznej, którą coraz powszechniej wykorzystuje się w Europie Zachodniej. 

Słoneczne systemy ciepłownicze (ang. Solar District Heating, SDH), czyli wielkoskalowe instalacje kolektorów słonecznych o powierzchni co najmniej kilku tysięcy metrów kwadratowych, zintegrowane z sezonowymi magazynami energii, stanowią stabilne źródło odnawialnego czystego ciepła, którego cena jest praktycznie niezależna od cen paliw i kosztów uprawnień do emisji. To także jedna z najtańszych metod dostosowania systemu ciepłowniczego do statusu „efektywnego”, redukcji emisji zanieczyszczeń w ciepłownictwie i obniżeniu kosztów wynikających z opłat za emisje dwutlenku węgla.  

W Polsce w systemach ciepłowniczych właściwie nie wykorzystuje się kolektorów słonecznych. Trochę lepiej jest w ciepłownictwie indywidualnym, w którym zazwyczaj stosuje się je do przygotowania ciepłej wody. W Skandynawii natomiast dzięki farmom solarnym energia słoneczna w niektórych systemach ciepłowniczych stanowi  nawet  60 proc. wolumenu rocznej produkcji  ciepła.   

Farmy słoneczne rosną na świecie

Wielkopowierzchniowe kolektory słoneczne pojawiły się w Europie w latach osiemdziesiątych XX w. Pierwszą była zbudowana w 1983 roku w Lyckebo w Szwecji instalacja o powierzchni 4320 m kw. Ta centralna słoneczna ciepłownia dostarczała ciepło do 550 domków jednorodzinnych. Kolektory słoneczne połączono z magazynem ciepła, czyli wykutą 30 m pod powierzchnią ziemi sztuczną grotą skalną, w której w końcu lata woda osiąga w górnej części temperaturę 90°C. Rozsyłane stąd ciepło pokrywa 95 proc. zapotrzebowania. 

Kolektory słoneczne połączono z magazynem ciepła, czyli wykutą 30 m pod powierzchnią ziemi grotą skalną, w której w końcu lata woda osiąga temperaturę ok. 90°C. Rozsyłane stąd ciepło pokrywa 95 proc. zapotrzebowania.

W wykorzystaniu technologii SDH przoduje Dania – największe instalacje kolektorów słonecznych znajdują się m.in. w Silkeborg, Dronninglund, Vojens, Braedstrup, Marstal i Gram. W czołówce są także takie kraje jak Szwecja, Niemcy czy Austria. Ale ciepłownicze farmy słoneczne powstają na całym świecie, także w Chinach czy Australii.

Jak działa słoneczny system ciepłowniczy

Ciepło z kolektorów słonecznych może być wytwarzane w wielu małych, indywidualnych instalacjach przyłączonych do sieci ciepłowniczej w różnych jej miejscach. Najczęściej jednak wykorzystuje się do produkcji ciepła ze słońca wielkoskalowe instalacje scentralizowane, współpracujące z różnej skali magazynami ciepła, z których ciepło jest dostarczane do systemu ciepłowniczego. W takim systemie ciepłowniczym ciepło z kolektorów słonecznych może zaspokajać nawet ponad połowę całkowitego zapotrzebowania na ciepło.  

Odnawialne źródła energii dobrze się uzupełniają w wytwarzaniu ciepła, zwiększając efektywność funkcjonowania systemu  ciepłowniczego.

Szczyt produkcji ciepła instalacja solarna osiąga w miesiącach letnich, a szczyt zużycia ciepła – w miesiącach zimowych Aby zapewnić jej elastyczność, uniezależnić od warunków pogodowych, zwiększyć bezpieczeństwo dostaw ciepła i ograniczyć koszty jego pozyskiwania – lokalne SDH powinny być połączone z  magazynami ciepła, najlepiej sezonowymi. Dzięki temu ciepło produkowane wtedy, kiedy sprzyjają temu warunki,  przede wszystkim wytworzone wiosną i latem i będące „nadwyżką” nad bieżącym zapotrzebowaniem, można przechowywać w magazynie i zużyć wtedy, gdy będzie potrzebne.

– Jednym z warunków rozwoju i stabilizacji ciepła systemowego nowej generacji, w szczególności produkowanego z OZE, są magazyny ciepła – podkreśla Bogusław Regulski, wiceprezes Izby Gospodarczej Ciepłownictwo Polskie. – To rozwiązanie nadal jest u nas w powijakach, a to wielka szkoda, gdyż bez magazynu ciepła nie będzie istniał w przyszłości żaden nowoczesny system ciepłowniczy. Rozwój ciepłownictwa solarnego i inwestycje w magazyny ciepła umożliwiłyby efektywne zazielenienie ciepłownictwa systemowego.

Inteligentny system ciepłowniczy w  duńskim Gram współpracuje z  instalacją  kolektorów słonecznych o powierzchni  44 800 m kw., pompą ciepła, kogeneracją gazową, kotłem elektrodowym i kotłami na paliwa kopalne, a magazyn ciepła o pojemności  122 000 m sześc. umożliwia elastyczne wykorzystywanie tych różnorodnych generatorów energii. 

Sezonowe magazyny ciepła

W Europie sezonowe magazynowanie energii cieplnej na dużą skalę zaczęto prowadzić od lat siedemdziesiątych XX w. Pilotażowe inwestycje wykonano w Szwecji, jedne z największych na świecie projektów magazynowania są realizowane w Danii.

Magazyny wykorzystuje się głównie do gromadzenia nadwyżek energii ze źródeł odnawialnych, np. kolektorów słonecznych, oraz nadwyżek energii cieplnej z jednostek kogeneracji wyprodukowanej w sezonie letnim. 

Najbardziej są rozpowszechnione magazyny ziemne (PTES, ang. Pit Thermal Energy Storage). Największy w Danii magazyn w Vojens ma pojemność ok. 203 tys. m sześc. Pierwszy w Polsce sezonowy akumulator ciepła (STES, ang. Seasonal Thermal Energy Storage), o pojemności 800 m sześc., powstał w 2015 roku w Mazowieckim Centrum Psychiatrii „Drewnica” w Ząbkach koło Warszawy.  

Magazyny sezonowe dzielą się na: wodne naziemne, żwirowo-wodne zagłębione w grunt, osadzone w warstwie wodonośnej czy typu „sonda ziemna”. Magazyn naziemny (TTES, ang. Tank Thermal Energy Storage) to najczęściej zbiornik wykonany z żelbetu, stali nierdzewnej lub szkła wzmocnionego tworzywem sztucznym, napełniany wodą, o pojemnościach do kilku tysięcy metrów sześciennych. Wykorzystanie wody do gromadzenia ciepła wymaga zastosowania uszczelnienia odpornego na temperatury do ok. 80°C. W magazynie żwirowo-wodnym (PTES) do magazynowania ciepła jest stosowana mieszanka ziemi lub żwiru z wodą. W magazynach „wodonośnych” (ATES, ang. Aquifer Thermal Energy Storage) do gromadzenia ciepła wykorzystuje się naturalne, zamknięte, podziemne zbiorniki wodne.