Vídeň opět ukazuje, že cesta k uhlíkové neutralitě nemusí být jen o velkých vizích, ale i o chytrém využití toho, co už ve městě existuje. Rakouská metropole posiluje svou cestu k uhlíkové neutralitě modernizací spalovny Spittelau, která díky novému tepelnému čerpadlu dokáže využít energii z odpadu s účinností přes 95 %. Technologie umožní ekologicky vytápět dalších 16 tisíc domácností a zároveň snížit emise o 22 tisíc tun CO₂ ročně. Vídeň tak potvrzuje svou pozici jednoho z evropských lídrů v oblasti udržitelné energetiky a efektivního využívání zdrojů.
Spalovna Spittelau: Inovativní využití odpadního tepla
Městská spalovna Spittelau ve vídeňském obvodu Alsergrund zaujme nejen svou barevnou fasádou od Friedensreicha Hundertwassera, ale i inovativním využíváním odpadu. Spittelau, která je známá svou barevnou fasádou od Friedensreicha Hundertwassera, nyní přidává další důvod, proč přitahuje pozornost odborníků. Nedávno uvedla do provozu velké tepelné čerpadlo, které zachycuje odpadní teplo uvolněné při čištění spalin. Téměř beze ztrát jej pak přeměňuje na energii k vytápění a ohřevu vody až pro 16 000 domácností. Díky tomuto zařízení, které váží zhruba jako 27 dospělých slonů, může Spittelau zajistit teplo pro téměř 76 000 vídeňských domácností.
Po elektrárně Simmering a čistírně odpadních vod ebswien se jedná již o třetí obdobné čerpadlo městské energetické společnosti Wien Energie. Jde už o třetí podobné čerpadlo městské společnosti Wien Energie. Tato modernizace, která vyšla na 40 milionů eur, každoročně sníží emise o 22 000 tun CO2 a zvýší účinnost celého komplexu na více než 95 %. Spittelau se díky modernizaci řadí mezi nejefektivnější spalovny v Evropě. Podle vedení Wien Energie se tak Spittelau, kde se ročně zpracuje na 250 000 tun odpadu, řadí mezi nejefektivnější spalovny v Evropě.
Princip fungování
Princip nové technologie spočívá v maximálním využití energie z odpadu. Technologie stojí na jednoduchém principu, který je dotažený do extrému. Při spalování vznikají horké spaliny, které ohřívají vodu a mění ji na páru. Ta pohání turbínu propojenou s generátorem a vyrábí elektřinu. Zbylé teplo pak výměníky přenáší do městské sítě dálkového vytápění. Spaliny následně projdou vícestupňovou úpravou. Při mokrém čištění absorbuje voda jejich teplo a ohřívá se. Zachycená energie přitom slouží jako zdroj pro čerpadlo poháněné zelenou elektřinou. Díky tomuto systému lze energii z odpadu zpracovat dokonce třikrát. Podobná zařízení fungují v Evropě jen na několika místech, např. v Basileji, Kodani či Hamburku.
Dálkové vytápění a dekarbonizace Vídně
Při dekarbonizaci Vídně hraje dálkové vytápění klíčovou roli. Dálkové vytápění má ve vídeňské dekarbonizaci zásadní roli. Jeho podíl na celkové spotřebě tepla má do roku 2040 vzrůst ze 40 na 56 %. V té době se má výroba tepla ve městě opírat o čtyři pilíře: velká tepelná čerpadla a odpadní teplo (31 %), hlubinnou geotermii (26 %), obnovitelné kogenerační jednotky a kotle (22 %) a spalování odpadu (21 %).
Čtěte také: Vliv Energie na Přírodu
Wien Energie už dnes využívá odpadní teplo z různých zdrojů, např. z výrobny cukrovinek Manner, termálních lázní Therme Wien nebo datového centra Digital Realty ve Floridsdorfu. Do roku 2030 chce přibližně 57 % dálkového vytápění pokrýt z obnovitelných zdrojů a odpadního tepla. Vídeň tak ukazuje, že i tradiční infrastruktura může hrát zásadní roli v moderní energetice.
Česká republika: Cesta k energetickému využití odpadu
Ještě před několika desetiletími se spalovny odpadu považovaly za krajní řešení a symbol ekologického selhání. Dnes tvoří páteř systému, který přináší teplo, elektřinu i úspory surovin. Česká republika během třiceti pěti let vybudovala síť zařízení, která dokládají, že i zbytkový materiál může mít reálnou hodnotu. Česká republika za posledních pětatřicet let tak prošla mimořádnou proměnou, kterou lze doložit nejen čísly, ale i zásadní změnou přístupu společnosti k tomu, co bylo ještě nedávno považováno za nepotřebný materiál.
Zatímco na konci osmdesátých let se spalovalo necelých šedesát tisíc tun odpadu ročně, v roce 2024 už statistiky Ministerstva průmyslu a obchodu uvádějí více než 1,35 milionu tun energeticky využitých odpadů a alternativních paliv. Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO) provádí od roku 2003 pravidelná statistická šetření (Statistika energetického využívání odpadů a alternativních paliv v letech 1989-2024), která mapují energeticky využívané odpady a alternativní paliva. Data MPO jsou doplňována údaji Energetického regulačního úřadu (ERÚ), Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) a Českého statistického úřadu (ČSÚ).
První kroky této proměny byly učiněny ještě v době, kdy pojem oběhové hospodářství nebyl součástí politických strategií ani veřejné debaty. V 80. letech vznikla v Brně první česká spalovna komunálního odpadu, jejíž kapacita tehdy činila 240 tisíc tun ročně, ale zdaleka nebyla plně využívána. Technologie byla jednoduchá, účinnost nízká a ekologické parametry odpovídaly době, která energetické využití odpadu chápala především jako prostou formu likvidace odpadu. O více než dvacet let později prošlo zařízení zásadní modernizací, která z něj učinila kogenerační zdroj vyrábějící teplo i elektřinu.
Zařízení pro energetické využívání odpadů (ZEVO)
Podle aktuálních údajů MPO představují zařízení pro energetické využívání odpadů (ZEVO) největší kategorii v rámci celé bilance. V roce 2024 bylo v těchto zařízeních spáleno přes 830 tisíc tun komunálního odpadu, což odpovídá zhruba 8 milionům gigajoulů energie. Z tohoto množství se vyrobilo 261 tisíc megawatthodin elektřiny a více než čtyři miliony gigajoulů tepla.
Čtěte také: Udržitelná Budoucnost
Příběh brněnské spalovny se postupně stal inspirací pro další města. V Praze vzniklo zařízení ZEVO Malešice, jehož projekt se začal připravovat již na přelomu sedmdesátých a osmdesátých let. Po složitém období výstavby bylo uvedeno do provozu na podzim roku 1998. Od té doby prošlo několika modernizačními etapami, které se zaměřily především na čištění spalin a na zvýšení energetické efektivity. Dnes je ZEVO Malešice považováno za klíčové městské zařízení s kogenerační výrobou. Kromě dodávky tepla do sítě Pražské teplárenské vyrábí také elektrickou energii, která pokrývá potřeby desítek tisíc domácností.
Třetím důležitým mezníkem bylo uvedení do provozu spalovny Termizo v Liberci, která od roku 2000 zpracovává až 96 tisíc tun odpadu ročně a dodává elektřinu i teplo do místní sítě. V roce 2016 se přidalo zařízení v Chotíkově u Plzně, moderní kogenerační zdroj s výkonem 10,5 MW elektřiny a 31,7 MW tepla. Tato čtyři zařízení dnes představují páteř systému energetického využívání komunálních odpadů. Dohromady v roce 2024 vyrobila 261 tisíc megawatthodin elektřiny a více než čtyři miliony gigajoulů tepla.
Z historických dat je patrné, že objem komunálního odpadu využívaného pro výrobu energie vzrostl mezi lety 1989 a 2024 osmnáctinásobně. Kromě zvyšování kapacit hrálo zásadní roli i zavádění kogenerace - tedy současné výroby elektřiny a tepla.
Průmyslové a nemocniční spalovny
Energetické využívání odpadů se však v České republice neomezuje jen na městské spalovny. Významnou roli hrají také průmyslové a nemocniční spalovny, které tvoří samostatný a dlouhodobě stabilní segment. Jejich počet se v posledních letech pohybuje kolem tří desítek, přičemž se nacházejí například v Jihlavě, Kolíně, Kralupech nad Vltavou, Ostravě, Plzni, Trmicích nebo Zlíně. Od roku 1989, kdy v těchto zařízeních vzniklo 180 tisíc gigajoulů tepla, vzrostl jejich energetický výkon více než čtyřnásobně. Tyto provozy dohromady spálí ročně okolo 65-90 tisíc tun odpadu, přičemž přispívají především teplem využívaným pro technologické procesy nebo vytápění průmyslových areálů.
Cementárny a vápenky
Zcela mimořádný rozvoj zažily v posledních dvaceti letech cementárny a vápenky. Ty dnes spalují nejen drcené pneumatiky, ale i odpadní oleje, čistírenské kaly, masokostní moučku nebo tzv. TAP - tuhá alternativní paliva vyráběná z vytříděného komunálního odpadu. V roce 2024 cementářský sektor zpracoval 391 tisíc tun těchto paliv a odpadů, což odpovídá zhruba třetině veškerého energeticky využívaného odpadu v České republice. Nejvyšší objem alternativních paliv byl zaznamenán v roce 2019, kdy cementárny využily více než 465 tisíc tun odpadů - tedy více, než kolik spálily všechny české komunální spalovny dohromady o dvě desetiletí dříve.
Čtěte také: Význam obnovitelné energie
Teplárny a oběhové hospodářství
Dalším milníkem se stala modernizace teplárny v Přerově, která v roce 2023 spustila provoz nových multipalivových kotlů. Ty umožňují spalování TAP i biomasy a představují první krok k hlubšímu propojení teplárenství s oběhovým hospodářstvím. Přerov se tak stal symbolem nového trendu, kdy energetická zařízení začínají chápat odpad jako lokální surovinu s konkrétní energetickou hodnotou. Teplárna Přerov není jediná. Menší spalovací zkoušky alternativních paliv probíhaly i v Dětmarovicích, Plzni či v závodních energetikách.
Celková energie obsažená v odpadech a alternativních palivech využitých v roce 2024 přesáhla 19 milionů gigajoulů. V roce 1989 to přitom bylo jen necelých sedm set tisíc. Jinými slovy, množství energie získané z odpadu dnes odpovídá spotřebě středně velkého města během celého roku.
Závěr: Odpad jako zdroj energie
V evropském kontextu se Česká republika postupně přibližuje vyspělým státům, které odpad považují za zdroj energie i suroviny. Zatímco dříve jsme se orientovali na skládkování, dnes je trend opačný - rozšiřují se zařízení ZEVO, cementárny zvyšují podíl alternativních paliv a teplárny testují nové směsi TAP a biomasy. Český systém spaloven, cementáren a tepláren tak dokládá, že energetické využívání odpadu není konkurencí recyklaci, ale jejím přirozeným doplňkem. Zatímco recyklace vrací materiály zpět do oběhu, ZEVO a průmyslové spalovny uzavírají cyklus - proměňují zbytky na energii. Tím se uzavírá i symbolický kruh oběhového hospodářství.
Energetické využití odpadních vod
Snížení nákladů za elektrickou energii je dnes hlavní prioritou provozovatelů nejen čistírenských a vodohospodářských společností. Odpadní voda obsahuje organické látky, tepelnou a kinetickou energii, jejíž množství je zhruba 9x vyšší než je potřeba na její čištění. Paradoxně však na čištění odpadní vody energii ještě dodáváme. Čistírny odpadních vod často nejsou v současné době provozovány v optimálním energetickém režimu. Tento režim lze "vyladit" např. optimalizovanou spotřebou jednotlivých elektrických spotřebičů , změnou technologie, nebo využitím tepelné energie pomocí tepelných čerpadel na vytápění objektů či technologických procesů.
V mnoha provozech je měřena spotřeba a využití elektrické energie neefektivně. Data jsou sbírána, nicméně se s nimi nepracuje správně. Jejich správné vyhodnocení je však nesmírně důležité pro kontrolu spotřeby elektrické energie celého systému. Pokročilá analytika také dokáže předejít haváriím nebo vzniku provozních rizik . Po samotném energetickém auditu následuje analýza výměny spotřebičů za spotřebiče se stejným výkonem, ale nižší spotřebou energie. Při výměně se soustřeďujeme na čerpací stanici a dodávku vzduchu. Součástí snížení energetické náročnosti je také optimalizace řídícího procesu. V jeho rámci aplikujeme jednoduché modelovací systémy.
Stejně jako každý jiný produkt mají i čerpadla svůj životní cyklus, v rámci kterého se mění investiční náklady a náklady na údržbu. Pro čerpadlo o diskontinuálním chodu a výkonu např.14kW tvoří investiční náklady 40 % (po pětiletém provozu při 1000 provozních hodinách za rok). Po 10 letech tvoří tyto náklady už pouze 25 %. Nejvyšší část nákladů pak tvoří spotřeba elektrické energie , která po pěti letech zaujímá celých 50 % a po 10 letech 63 % nákladů.
Recyklace tepelné energie
Zařízení na recyklaci tepelné energie tvoří dvě části. Tepelný výměník a tepelné čerpadlo . Výměník se umisťuje přímo do kanalizace a získává z ní energii (teplo). Teplo lze odebírat na odtoku z budovy, v kanalizační síti nebo na (za) ČOV. Odběr na odtoku z objektu či přímo v budově je u většiny staveb omezen nerovnoměrným a přerušovaným průtokem. Vhodné využití je tudíž omezeno na objekty s vyšším množstvím odpadní vody, jejíž odtok odpadních vod je v době provozu nepřerušovaný. Jedná se například o potravinářské nebo jiné průmyslové provozy, aqvaparky nebo léčebná zařízení.
- odtok z budovy
- kanalizační stoka
Odběr energie z odpadní vody na/za ČOV může být u velikostně odpovídajících čistíren ve vztahu k průtoku relativně bezproblémový. Při odběru na přítoku a vysokém průtoku odpadní vody se ochlazení vody pohybuje pouze v řádu 1K a nemá tak výraznější vliv na technologii čistění. Místo odběru tepla lze u ČOV umístit do hlavní trasy nebo bypassu. Vzhledem k umístění ČOV ve vztahu k zástavbě jsou potencionální odběratelé tepla obvykle ve větší vzdálenosti.
Areál ČOV mívá stavební objekt, jež je v zimním období vytápěn. Z energetického hlediska lze využít např. palivový potenciál kalu po jeho vysušení, kdy může nahradit fosilní zdroje. Energetický potenciál kalu závisí na jeho složení a na množství vlhkosti v něm obsažené. Studie ukazují, že obnova energie touto cestou dokáže uspořit 30-40 % spotřebované energie na čistírnách odpadních vod. Vysušený kal má energetický potenciál téměř 13 MJ.
Příklad z Malmö: Tepelná čerpadla a odpadní teplo
Tepelná čerpadla provozovaná v Malmö využívají odpadní teplo z čistírny odpadních vod a ze spalovny odpadu. Tepelná čerpadla provozovaná v Malmö využívají odpadní teplo z čistírny odpadních vod a ze spalovny odpadu. Technologie výrazně mění dálkové vytápění i vytápění bytů. Pod heslem „Clean 2025“ energetická společnost E.ON Sweden pracuje na ambiciózních cílech ochrany klimatu, které si stanovila už v roce 2017. Pro dálkové vytápění v jižním Švédsku se společnost rozhodla pro čpavková tepelná čerpadla od firmy GEA.
Spolu s využitím biomasy a dalších obnovitelných technologií věří, že dosáhne podstatného snížení emisí skleníkových plynů z vytápění. V přístavní oblasti města Malmö byla vedle čističky odpadních vod a spalovny odpadu instalována čtyři tepelná čerpadla GEA, každé s topným výkonem 10 MW, kde nyní dohromady dodávají 8 % z celkové energie, potřebné pro cca 100 000 domácností. Energie v hodnotě 30 MW, která se získá z odpadní vody, se přemění na užitné teplo v síti dálkového vytápění.
Vzhledem k tomu, že používání fluorovaných chladiv je postupně omezováno, v souladu s Nařízením EU o F-plynech, je nutno co nejvíce preferovat přírodní chladiva. Týká se to zejména čpavku, který, i když je jedovatý a hořlavý, je šetrný ke klimatu (nemá žádný vliv na globální oteplování ani poškozování ozónové vrstvy), je levný a snadno dostupný.
Mats Egard, projektový manažer společnosti E.ON Värme Sverige AB, řekl: „Instalace tepelného čerpadla R134a by byla sice levnější, ale nevěříme, že toto chladivo má budoucnost, a proto preferujeme přírodní chladiva stejně jako přecházíme na 100 % obnovitelné zdroje energie. „Čtyři tepelná čerpadla pracují paralelně, aby zajistila potřebnou výstupní teplotu. Každé má koeficient výkonu (výkonové číslo, topný faktor, COP) vyšší než 3,5, takže z každé jedné kilowatthodiny elektřiny, kterou spotřebuje tepelné čerpadlo na svůj provoz, se vyrobí 3,5 kWh tepla,“ vysvětluje pan Hoffmann.
Systém tepelného čerpadla vyžaduje komplexní analýzu požadovaných teplot a stanovení správných parametrů procesu. U tepelného čerpadla hraje roli každý teplotní stupeň a čím přesnější je prvotní návrh, tím více energie se může ušetřit. Technologie tepelného čerpadla nabízí výhodu úspor energie bez ohledu na odvětví, ve kterém je aplikována, nebo na rozsahu jejího využití. Dokáže plnit úkoly tak jednoduché, jako je vytápění a chlazení malého předměstského domku, i centrální roli v inteligentní bezemisní strategii dálkového vytápění.
V zemích, kde jsou emisní požadavky méně přísné nebo kde je možné obchodování s emisními povolenkami (Emissionsrechtehandel), prosazují se tendence některých výrobců, a bohužel někdy i populistických politiků, pro zachování status quo, protože fosilní paliva jsou stále ještě levnější (zpoplatnění CO2 ještě nezačalo působit) nebo jsou dokonce stále ještě dotována a bezemisní čistá trvale udržitelná a naléhavě potřebná řešení nejsou preferována. Malmö využívá jako zdroj tepla odpadní vodu.
Mnoho měst chce během několika příštích let dekarbonizovat své topné systémy a snížit tak nejen emise CO2, ale i emise oxidů dusíku a dalších zplodin v jejich bezprostředním okolí. V některých obcích již byly instalovány vysoce účinné systémy tepelných čerpadel. Společnost E.ON nainstalovala vedle čističky odpadních vod a spalovny odpadu v přístavní oblasti Malmö čtyři tepelná čerpadla GEA, každé s topným výkonem téměř 10 MW. E.ON Sweden si klade za cíl do roku 2025 dodávat zákazníkům společnosti teplo vyrobené ze 100 % ze znovuzískané nebo obnovitelné energie.
Systém tepelného čerpadla odebírá z odpadní vody přibližně 28 MW tepla. Za návrhových podmínek dosahuje systém tepelného čerpadla hodnoty COP 3,5 (z 1 kWh elektřiny se vyrobí 3,5 kWh energie pro ohřátí vody). V moři u Malmö se mořská voda ochlazuje v zimě tak, že i při použití mořské vody by byla nutná ochrana proti mrazu a vyšší teplotní spád (Temperaturhub) na výměníku tepelných čerpadel.
Protože v odpadní vodě může být vždy malé množství organického materiálu, pracují výparníky se svazky trubek (Rohrbündelverdampfer) s automatickým systémem čištění trubek, který nepřetržitě čistí trubky, které jsou z nerezové oceli. Systém tepelného čerpadla byl integrován do sítě dálkového vytápění napřímo s blízkou spalovnou odpadu (Müllverbrennungsanlage). Vratná topná voda z města (Rücklaufwasser aus der Stadt) přichází do spalovny odpadů s teplotou kolem 50 °C, v ekonomizéru spalin (Rauchgas-Economiser) se ohřeje na cca 57 °C a v tepelných čerpadlech se přihřeje na 65 až 70 °C. Voda je následně čerpána do spalovny odpadů, kde je ohřívána na konečných 70 až 95 °C v závislosti na požadavcích dálkového zásobování teplem.
Čpavek je takzvaným přírodním chladivem a nemá žádný vliv na životní prostředí. Jeho GWP (ekvivalent globálního oteplování, ekvivalent CO2) je nulový. S očekávanou životností systému 20 až 30 let je velmi důležité volit chladiva, která budou s největší pravděpodobností dostupná po celou dobu jeho životnosti.
Rozhodnutí o instalaci čtyř stejných tepelných čerpadel používajících jako chladivo čpavek padlo po pečlivém zvážení všech parametrů. Hlavní motory pracují s konstantními otáčkami. Menší počet tepelných čerpadel, tzn. s většími topnými výkony a s většími elektromotory, by vedl k napěťovým špičkám (Spannungsspitzen) v napájecí síti.
Rozdělení topného výkonu na ještě více tepelných čerpadel by už bylo ekonomicky nevýhodné. Pro optimální výkon systému jsou jednotlivé výměníky voleny selektivně a s ohledem na zajištění vysoké účinnosti systému. Instalace zahrnuje chladiče přehřáté páry a podchlazovače. Pro dosažení optimálních hodnot COP je část topné vody čerpána přes podchlazovač a smíchána s hlavním proudem před kondenzátorem. Kondenzátorem pak už prochází plný proud topné vody, který je dále ohříván teplem z chladiče oleje a z chladiče přehřáté páry (Enthitzer). Pro dosažení maximální účinnosti je teplota oleje udržována nad 70 °C. Účinnost a výkon šroubového kompresoru jsou optimalizovány pomocí ekonomizéru (Open-Flash-Economiser), kam přichází ‚plyn‘ (Flash-Gas) s teplotou 18 °C. Pro dosažení maximálního topného výkonu a pro minimalizaci ztrát pracují hlavní 10kV motory s vodním chlazením. Studená voda použitá k chlazení motorů je chlazena jako vedlejší zátěž přes ekonomizér, což zvyšuje topný výkon a hodnotu COP (topný faktor).
tags: #energie #z #odpadních #vod #a #odpadu
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]