Centralizované zásobování teplem a obnovitelné zdroje

Systémy zásobování teplem (SZT) jsou možností, jak efektivně zásobovat teplem velké aglomerace a okresní města s bytovými domy. Je jedním z nejekologičtějších a zároveň i nejhospodárnějších způsobů vytápění, který má dlouholetou historii nejen u nás v České republice, ale i ve vyspělých západních zemích, jako je Rakousko, Německo, Dánsko či Finsko.

Centrální zásobování teplem (CZT) je systém zajišťující centrální výrobu tepla (tj. zajišťující centrální vytápění) v jednom nebo více zdrojích a následný rozvod vyrobeného tepla tepelnými sítěmi odběratelům do větších územních celků - města, městské čtvrti, sídliště, obchodní nebo průmyslové zóny. Centrální zásobování teplem, někdy také označované jako dálkové vytápění nebo síť dálkového tepla. Je to systém dodávek tepla pro vytápění a ohřev teplé vody, kdy je teplo vyráběno centrálně ve vzdáleném zdroji a následně rozváděno teplárenskými sítěmi odběratelům do městských čtvrtí, sídlišť a následně do bytových domů.

V České republice je dle Teplárenského sdružení České republiky zásobováno centrálně vytápěno téměř 1,5 milionu domácností. Pro uspokojování potřeb všech odběratelů je v České republice využíváno celkem 10 000 km tepelných sítí.

Proč se objevují snahy o decentralizaci?

Proč se začaly objevovat snahy o decentralizaci, tedy odpojení od centrálního zásobování teplem? Souvisí to s fenoménem nezávislosti vlastního rozhodování a očekáváním, že si majitelé domů dokážou teplo vyrábět levněji než od stávajícího dodavatele. Není to ale vůbec tak jednoduché, jak se na první pohled zdá. Decentralizačních vln bylo v minulosti hned několik a všechny nakonec ustaly. Proč? Ukázalo se, že odpojit se zase až tak výhodné není.

První decentralizační vlnu na přelomu tisíciletí zastavil tehdejší růst cen ropy a na ní navázaný růst ceny zemního plynu. Druhá vlna kolem roku 2004 skončila v momentě „narovnání“ ceny zemního plynu pro obyvatelstvo, před zahájením liberalizace trhu s touto komoditou v ČR. Třetí decentralizační vlnu v roce 2007 zastavil prudký nárůst cen všech komodit, kdy vzaly za své sliby, že liberalizace trhů přinese dlouhodobý pokles cen všech energetických médií. Poslední decentralizační vlna zasáhla ČR na přelomu let 2015/2016 v souvislosti s propadem cen energetických komodit a také nástupem dodavatelů tepelných čerpadel a trvá s různou intenzitou doposud.

Čtěte také: Jak překonat výzvy ESG reportingu

Vývoj posledních let ukázal, že jak domovní plynové kotelny, tak tepelná čerpadla jsou pro centrální zásobování přímými konkurenty. To znamená, že cena tepla z centrálního zásobování musí být stanovena tak, aby byla konkurenceschopná. V této souvislosti mluvíme o tzv. substituční ceně - konečné ceně tepla, při které se nevyplatí odpojení od centrálního zásobování a přechod na zdroj konkurenční.

Nachází-li se cena tepla z centrálního zdroje na úrovni stejné nebo nižší než u alternativního zdroje, neexistují ekonomické důvody k odpojení od centrální soustavy. I pokud se cena tepla z centrálního zdroje nachází jen mírně nad cenami z nových substitučních kotelen, není stále ještě ekonomicky výhodné se od centrálního zásobování odpojit.

Na co si dát pozor při přechodu na alternativní zdroje?

Nabízejí vám prodejci přechod na alternativní zdroje vytápění? Nejedná se o řešení na jeden či dva roky. Před případným rozhodnutím investovat do nového způsobu vytápění je proto dobré pečlivě posoudit všechny ekonomické i technické aspekty. Je třeba si ověřit, zda tento krok bude skutečně výhodný, a zkušenosti ukazují, že se nevyplácí spoléhat jen na výpočty prodejců alternativních tepelných zdrojů, jako jsou domovní plynové kotelny nebo tepelná čerpadla.

Jaké taktiky prodejci alternativních zdrojů vytápění používají?

• Prodejci mnohdy účelově podhodnocují investice, zamlčují další vstupní náklady a zkreslují provozní náklady na vytápění tak, aby za každou cenu dosáhli významně nižší ceny tepla oproti stávajícímu zdroji.
• Do nákladů na výrobu tepla prodejci mnohdy zahrnují pouze část toho, co odběratelé za zajištění dodávky tepla a teplé vody skutečně zaplatí, a zamlčují další složky ceny, jako je promítnutí odpisů z investice, promítnutí nákladů na odpojení ze strany dodavatele atp.
• Prodejci mnohdy záměrně bagatelizují problematiku reálného provozu a s ním spojených povinností i nákladů (revizí, obsluh, údržby, legislativu).
• Prodejci mnohdy nadhodnocují účinnost nového zdroje a při kalkulaci návratnosti prodejci mnohdy nevychází z reálných spotřeb tepla.
• Prodejci mnohdy neuvádějí pravdivé informace o dodávce, spotřebě a cenách tepla z tepláren.

Jedinou přípustnou možností prokázání ekonomické nepřijatelnosti využití tepla ze SZT je energetický posudek dle zákona č. 406/2000 Sb., a to i v případě zdroje s výkonem nižším než 200 kW.

Čtěte také: Zásobování vodou v kontextu klimatické změny

Komfort a zodpovědnost

U vlastních zdrojů ztrácíte komfort a přebíráte zodpovědnost!!! Případná substituce centrálního zásobování jiným alternativním zdrojem je vždy doprovázena nemalou investicí a ztrátou současného komfortu. Centrální zásobování je totiž komplexní službou, která v sobě zahrnuje nepřetržitý monitoring provozu a kvality dodávky tepla a teplé užitkové vody prostřednictvím centrálního dispečinku, bezprostřední zásahy v případě poruchy nebo závady prostřednictvím pohotovostní služby, odborné zajištění veškerých servisů, oprav a revizí instalovaného zařízení, optimalizovaný provoz a údržbu zařízení, realizaci úsporných opatření na provozovaných zařízeních, jistotu celoroční a bezpečné dodávky tepla a teplé užitkové vody a také minimalizaci ekologických dopadů na životní prostředí. Všechny tyto služby jsou zahrnuté v konečné ceně za dodávku tepla z centrálního systému. I toto by mělo být dobře zváženo, neboť všechny zmiňované činnosti přecházejí na bedra odběratelů.

Výhodou decentralizace je vlastní nezávislost, nevýhodou pak zodpovědnost. Velmi často se při instalaci alternativních zdrojů zapomíná na to, že nový provozovatel (představenstvo bytového družstva nebo předseda SVJ) ponese plnou právní zodpovědnost za provoz nízkotlaké kotelny, tedy před uvedením do provozu, při vlastním provozu a zajištění vydání místního provozního předpisu.

Zákonné povinnosti spojené s provozem alternativních zdrojů:

• Místní provozní řád
• Provozní deník
• Revize elektro - kotelny
• Revize det. úniku plynu
• Kontrola a revize tlakových nádob
• Kontrola a zkouška hasicích přístrojů
• Odborné prohlídky
• Občasná odborná obsluha a její odborná kvalifikace
• Kontrola kotlů
• Výchozí revizi plynových zařízení
• Výchozí revizi elektrického zařízení a hromosvodů
• Čištění a kontrola spalinových cest a komínů
• Stabilní hasicí zařízení

Dopady na životní prostředí

Malí znečišťovatelé neplatí, ale… Pravda je, že podle české legislativy „pouze velký znečišťovatel platí“, což znevýhodňuje centrální zdroje. Osvobození malých decentrálních zdrojů od všech poplatků ale neznamená, že jsou ekologičtější, čistší a ekonomičtější. V řadě případů je tomu právě naopak.

Pokud by došlo k masivnímu odpojování od centrálního zásobování, rozhodně by to nevedlo k čistějšímu životnímu prostředí. Při přechodu na domovní plynové kotelny by došlo k nárůstu koncentrace NOx na sídlištích. Na to již existují zcela průkazné studie.

V některých případech byl v minulosti navíc důsledkem rozpadu centrálního zásobování přechod části zákazníků na spalování tuhých odpadů v lokálních topeništích, bez jakékoli kontroly znečišťování okolí. V neposlední řadě je značně diskutabilní i ekonomický přínos rozhodnutí o odpojení a přechod na lokální decentrální zdroj.

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

Emise prachu na jednu vytápěnou domácnost jsou u lokálních topenišť na pevná paliva až 100 krát větší než v případě domácností připojených na uhelné teplárny. Byt v bytovém domě připojeném na uhelnou teplárnu s BAT technologií „vypustí“ za rok do ovzduší 0,1 kg prachu. Při vytápění ekologicky nejméně vhodným prohořívacím kotlem na pevná paliva vypustí rodinný domek (a je jedno, zda se v něm topí uhlím nebo dřevem) za rok do ovzduší i při provozování v optimálním topném režimu minimálně 65 kg prachu.

Rozpad soustav centrálního zásobování

Je nutné si také uvědomit, co se stane, pokud by došlo k masivnímu odlivu zákazníků ze systému centrálního zásobování teplem. Ne u všech je totiž odpojení možné. Vznikla by tak velká skupina zákazníků, kteří by museli zůstat připojeni na zbytkovou centrální soustavu s mnohem vyšší cenou než před započetím odpojování. Tím by se roztočila tzv. cenová spirála. Změny portfolia koncových zákazníků centrální soustavy navíc ovlivňují nejen zvyšování ceny tepla, ale také funkčnost celé soustavy, tzn. vliv na komfort a spolehlivost dodávek pro všechny zákazníky.

Konečný rozpad soustavy centrální soustavy by pak znamenal nutnost vybudování vlastních zdrojů tepla pro všechny odběratele tepla, tedy i ty, kteří se odpojit nechtěli, a také nutnost investice do nových zařízení bez ohledu na podmínky a vlastní finanční možnosti odběratelů. Odpojení domu je totiž poměrně jednoduché, ale zpětné vybudování centrálního systému velmi obtížné a nákladné.

V minulosti je známo několik případů, kdy cena tepla pro zbývající (tzv. zajaté) zákazníky na soustavě, kteří zaplatili odpojení ostatních, stoupla až na trojnásobek původní ceny!!

Doporučení před rozhodnutím

Pokud výhledově zvažujete alternativní zdroje vytápění, je vždy dobré provést detailní technicko-ekonomickou analýzu zohledňující všechny parametry daného objektu a navrhovaného alternativního zařízení. K tomuto účelu dodavatelé centrálního zásobování teplem často nabízejí možnost konzultace.

Výroba tepla v CZT

Výroba tepla v rámci CZT probíhá v několika typech zdrojů tepla:

• Výtopna
• Teplárna
• Paroplynová teplárna
• Kogenerační motor

Výtopna

Výtopna je samostatně stojící zdroj tepla, který má ze čtyřech výše uvedených zdrojů nejjednodušší cyklus získávání energie. Celý proces začíná spalováním paliva (uhlí, zemní plyn, topné oleje, …) v kotli, při kterém dochází k ohřevu vody. Tepelná energie je následně přes tepelný výměník dodávána do rozvodné soustavy CZT. Cyklus se vyznačuje až 90% účinností. Nevýhodou v porovnání se zbývajícími třemi technologiemi je absence výroby elektřiny.

Teplárna

V teplárně dochází na rozdíl od výtopny ke kombinované výrobě elektřiny a tepla. Energie získaná spálením paliva je v tomto případě hnána na vysokotlakou parní turbínu, která je hřídelí spojena s generátorem elektřiny. Tím ovšem proces nekončí. Stále horká pára putuje do tepelného výměníku, kde podobně jako v případě výtopny předává teplo do soustavy CZT. V parní teplárně, ve které je výroba elektřiny vázána na výrobu tepla, lze tímto způsobem přeměnit přibližně 18 % uvolněné energie na elektřinu a 72 % energie využít ve formě předaného tepla. Ztráty energie tvoří tedy pouze 10 %.

Podobně jako teplárna může fungovat také kondenzační elektrárna. V té je při klasickém provozu emisní pára z parní turbíny pomocí chladiče (tepelný výměník) vypouštěna bez užitku do ovzduší chladícími věžemi. Přitom průměrně pouze 38 % vstupní energie je přeměněno na elektřinu. Při odběru odpadového teple, které putuje opět do soustvy CZT a následně ke spotřebitelům tepla, je možné účinnost energetického procesu zvýšit až na 65 %.

Paroplynová teplárna

Paroplynová teplárna využívá k výrobě elektřiny a tepla, jak již označení napovídá, kinetickou a chemickou energii plynů. Nejdříve je ve spalovací komoře zapálena směs vzduchu a zemního plynu, která hořením zvětšuje objem a roztáčí plynovou turbínu. Plynová turbína pohání generátor, přičemž je vyráběna elektřina. Horké spaliny poté předávají tepelnou energii vodě ve spalinovém kotli, čímž je generována pára. Vzniklá pára prochází parní turbínou, čímž je vyráběna další elektřina. Na konci procesu pára odevzdá ve výměníku zbylou tepelnou energii do soustavy CZT. Celý cyklus se vyznačuje souhrnnou účinností až 85 % - 47 % energie je přeměněno na elektřinu a 38 % na odvedené teplo.

Kogenerační motor

V kogeneračním motoru je plyn spalován v upraveném pístovém motoru, který pohání generátor vyrábějící elektřinu. Teplo se v tomto procesu získává chlazením spalin, chladící vody a oleje. Následně je přes výměníky dodáváno do soustavy CZT. Při ideálním odběrovém diagramu jsou motorové jednotky schopny pracovat až s 97% účinností - až 40 % vstupní energie je přeměněno na elektřinu a 57 % na teplo. V praxi se obvykle dosahuje souhrnné účinnosti přibližně 91 %.

Rozvod tepla

V rozvodech tepla se jako teplonosné médium používá pára, horká nebo teplá voda. Takto je teplo dopravováno jak do domácností, tak průmyslovým odběratelům. Ve vytápěném objektu je instalována domovní předávací stanice, ve které přivedené teplo ohřívá vodu pro topný okruh s radiátory a pro okruh teplé užitkové vody v domě. Tento systém rozvodu se nazývá dvoutrubkový. Ve starším čtyřtrubkovém systému není přívodní potrubí vedeno až do zásobováných objektů, ale pouze do centrální výměníkové stanice. Ta zásobuje více domů a vycházejí z ní dva okruhy. Jeden dodává po celý rok teplou vodu do vodovodních baterií. Druhý okruh je v provozu pouze od září do května následujícího roku a dodává teplo pro vytápění.

Jak je již uvedeno výše, celková délka tepelých sítí v soustavě CZT je v ČR 10 000 km. Samotná vzdálenost vytápěných objektů od výtopny se pohybuje od metrů až po několik desítek kilometrů. Tepelná síť je tvořena vždy dvěma potrubími (přívodní a vratné), která je vedeno buď do centrální výměníkové stanice nebo až do zásobovaných objektů.

Měření odebraného tepla

Pro měření tepla, dodaného přívodním potrubím do objektu, se používá tzv. kalorimetr, který je instalován na hlavním přívodu (pata objektu). Složitější záležitostí je rozdělení přivedeného tepla na teplo přivedené do jednotlivých bytových jednotek. Složitost je dána fyzikální podstatou šíření tepla, které se vždy šíří z teplejšího tělesa (prostoru) do chladnějšího. Při rozdílu teplot sousedních bytů tedy dochází k přestupu tepla stěnami.

Další příčinou složitého spravedlivého rozdělení dodávaného tepla je vertikální systém stoupaček, při kterém je jednou trubkou vytápěno hned několik místností umístěných nad sebou a ne pouze jeden samostatný byt. Jak se tedy dodávané teplo měří?

Vzhledem k popsanému procesu šíření a přestupu tepla v bytových domech je dodané teplo rozdělováno mezi jednotlivé bytové jednotky poměrově. V praxi to znamená, že dodavatelem fakturovaná spotřeba tepla za celý dům je rozdělena mezi jednotlivé byty poměrově dle naměřených hodnot použitých měřících metod. Dále do výpočtu vstupuje proměnná zohledňující polohu bytů a s tím související energetickou náročnost při vytápění.

Účtování odebraného tepla

Cena tepla je věcně usměrňovaná a dodavatel ji kalkuluje v souladu s platnými cenovými předpisy - Zákon o cenách č. 526/1990 Sb. a aktuální cenové rozhodnutí Energetického regulačního úřadu (ERÚ). Cena se ve výsledku skládá z ekonomicky oprávněných nákladů, zisku dodavatele a daně z přidané hodnoty (DPH). ERÚ vydává každý rok detailní přehled cen tepelné energie v členění podle cenových lokalit. Cena je takto kalkulována na začátku a v průběhu roku jako předběžná a vychází z předpokládaného množství dodaného tepla. Výsledná cena se zpětně dopočítává na konci roku v závislosti na skutečné spotřebě.

Vyhláška 372/2001 Sb. Ministerstva pro místní rozvoj stanovuje pravidla pro rozúčtování nákladů na tepelnou energii na vytápění a nákladů na teplou užitkovou vodu mezi konečné spotřebitele. Tyto náklady se dále dělí na dvě složky - základní a spotřební.

Základní složka nákladů na vytápění se pohybuje mezi 40 až 50 % z celkových nákladů a je spojena se započítatelnou podlahovou plochou bytu. Bere se zde v úvahu zmíněný fakt, že byt není vytápěn pouze radiátorem umístěným v bytě, ale také prostupem tepla z okolních bytů. V této složce jsou zahrnuty také náklady na vytápění společných prostor.

Spotřební složka nákladů na vytápění se rozpočítává dle hodnot odečtených z měřičů tepla nebo indikátorů vytápění s použitím korekcí a výpočtových metod. Hodnoty použitých korekcí by měly být určeny na základě tepelných ztrát příslušných místností. Dále se ve výpočtu uplatňují např. koeficienty dle typů topných těles a další (určené normou ČSN EN 834 (835)).

Co se teplé vody týče, základní složka zde tvoří 30 % z celkových nákladů a je určena na základě podlahové plochy bytu. Platba základní složky pokrývá náklady spojené s dodávkou teplé vody, které nejsou závislé na odebraném množství teplé vody. Jedná se o náklady na udržení vyhláškou upravených parametrů teplé vody.

Zásobníky tepla

Zásobníky tepla slouží ke krátkodobému i dlouhodobému ukládání tepelné energie. Uplatní se zejména tam, kde není možné zajistit dodávku tepla z výrobního zdroje v době jeho potřeby. V minulosti nebyla jejich existence nutná - využívaly se převážně levné a snadno regulovatelné fosilní zdroje jako uhlí a zemní plyn. S přechodem na obnovitelné zdroje se však situace mění a roste potřeba flexibilních řešení pro uskladnění tepla.

Díky tomu získáváme velmi podrobné údaje pro projektování zásobníků tepla v nejrůznějších klimatických podmínkách. Zásobníky tepla jsou klíčové i s ohledem na rozvoj obnovitelných zdrojů energie, zejména větrných a fotovoltaických elektráren, jejichž výkon je ale velmi závislý na počasí a denní době.

Zajišťování výkonové rovnováhy pomocí bateriových systémů, mezinárodních transferů elektrické energie či agregace spotřebitelů energie je drahé a nedostačující. Zásobníky tepla umožňují přijímat energii k ohřevu vody z nejrůznějších uvedených zdrojů a naopak poskytovat teplo prostřednictvím výměníků kdykoliv a v množství dle potřeby vytápěných objektů. Mohou být cíleně zásobovány energií nejlépe z trvalého zdroje energie, který tak pracuje rovnoměrně a s nejvyšší účinností. S využitím účinné tepelné izolace s plynotěsným pláštěm, která efektivně pokryje povrch celé soustavy modulů, může být teplo uskladněno v zásobníku tepla i dlouhodobě pro sezónní využití v zimním období.

Trendy v odvětví vytápění

Odvětví vytápění dnes ovlivňuje řada trendů:

• Nízká teplota v rozvodných sítí.
• Posílit angažovanost a spolupráci s koncovým uživatelem, aby se zaměřil na energetickou účinnost a opětovné využití tepla.

Současná situace v Evropě

Evropa prochází zásadní proměnou ve způsobu, jakým vyrábí a distribuuje teplo a chlad. Vyplývá to z aktuální studie Market Outlook 2025, kterou na červnovém EHP Congressu v Praze představila organizace Euroheat & Power. Jde o komplexní pohled na dálkové vytápění a chlazení ve 24 zemích Evropské unii, a to jak z hlediska dekarbonizace, tak i flexibility, digitalizace a energetické bezpečnosti.

Podíl obnovitelných zdrojů a využití odpadního tepla v teplárenství v Evropské unii se v roce 2023 zvýšil na 44,1 procent, což představuje meziroční nárůst o téměř 10 procent. Současně došlo k propadu ve využití uhlí o 12,3 procent a plynu o 3,7 procent. Trend je jasný - decentralizované, efektivní a udržitelné zdroje nahrazují centrální fosilní kolosy.

Outlook mimo jiné ukazuje, že pokud by se dálkové vytápění v Evropě rozšířilo na 20procentní podíl dodávek tepla (ze stávajících cca 13 procent), ušetřilo by se až 24 miliard kubíků plynu ročně - tedy třetina plynu, který EU dovážela z Ruska před rokem 2022.

Velká část budoucnosti dálkového tepla má navíc být nejen dekarbonizovaná, ale i flexibilní. Řada evropských měst zavádí systémy umožňující efektivní řízení dodávek podle aktuální potřeby, integraci s elektrickou sítí či využití odpadního tepla z průmyslu a datacenter. Švédský model, kde díky flexibilnímu řízení teplárenských sítí odpadá potřeba až 10 gigawattů výkonu v elektrické síti, je toho důkazem. Podobným směrem se může vydat i Česká republika - pokud dokáže chytrým způsobem propojit elektrizační a teplárenské systémy.

Situace v České republice

V tomto kontextu má Česká republika silný výchozí bod - 40 procent obyvatel je napojeno na soustavy zásobování teplem, přičemž síť čítá přes 7 500 kilometrů potrubí. Jenže základem těchto sítí jsou stále uhelné zdroje.

Transformace bude vyžadovat masivní investice do alternativních zdrojů - biomasy, geotermie, odpadního tepla, ale i velkých tepelných čerpadel.

tags: #centralizované #zásobování #teplem #obnovitelné #zdroje

Oblíbené příspěvky:

• Inovace a tradice v českém zemědělství
• Složení emisí spalovacích motorů
• 60litrové kovové koše na odpad
• Imisní zatížení ovzduší Brno - analýza
• Kariéra v ekologii v Plzeňském kraji