Trendy v akumulaci tepla pro obnovitelné zdroje energie

Bakalářská práce se zabývá problematikou obnovitelných zdrojů energie. Obnovitelné zdroje energie jsou kategorizovány a podrobně popsány včetně principů jejich funkcí a základních parametrů. Práce se dále zaměřuje na vývoj postavení obnovitelných zdrojů energie v průběhu let ve srovnání s neobnovitelnými zdroji energie ve světě i v ČR. Tento vývoj je sledován jak z hlediska elektřiny, tak tepla. Ze statistik vyplývá, že podíl obnovitelných zdrojů energie u obou forem energie roste.

Jak pro ČR, tak v celosvětovém měřítku jsou v rámci práce uvedeny možné predikce a konkrétní scénáře spojené s vizí energetiky. Všechny scénáře se shodují na stejném budoucím průběhu - zvyšující se podíl obnovitelných zdrojů energie na úkor neobnovitelných zdrojů energie. Závěrem se práce věnuje aktuálním trendům v technologiích v moderní energetice, přičemž největší technologický pokrok v posledních letech je zaznamenán v oblasti elektromobility, vodíku a CCUS. Poslední kapitola pojednává o metodách akumulace energie.

Akumulace tepla - klíč k efektivnímu využití obnovitelných zdrojů

Ne vždy je u zdrojů tepla možné přizpůsobit množství vyrobeného tepla jeho spotřebě. Týká se to převážně zdrojů na pevná paliva, ale nejenom jich. Proto je důležité, aby byl zdroj tepla vždy vybaven plynulou regulací. To pak vede k častému zapínání a vypínání, tzv. opotřebení zařízení.

Jistě stojí za pozornost fakt, že se v České republice zhruba 1/3 energie z celkového množství asi 1100 PJ spotřebovává ve formě nízkopotenciálního tepla k pokrytí tepelných ztrát budov (vytápění a větrání) a na ohřev teplé užitkové vody (TUV). Srovnatelná situace je i v jiných státech s obdobným klimatem jak v Evropské unii tak v USA. Vedle přednostního snižování tepelné propustnosti stavebních konstrukcí je akumulace tepla jednou z cest snižování energetické náročnosti budov. Akumulace tepla umožňuje přenést energii v čase (v protikladu k přenosu v prostoru) z období relativního přebytku do období relativního nedostatku (den-noc, léto-zima). Ideální akumulátor má malý objem, nízkou cenu a malé ztráty energie.

Obnovitelné zdroje tepla v České republice

Z obnovitelných zdrojů energie je k výrobě tepla využívána biomasa, energie prostředí (tepelná čerpadla), bioplyn a energie slunce (fototermika). Na výrobě tepla má v České republice z obnovitelných zdrojů energie dominantní podíl biomasa (brikety, pelety, palivové dřevo, dřevní odpad, piliny, kůra, štěpky, zbytky po lesní těžbě, celulózové výluhy atd.). Za další možný obnovitelný zdroj tepelné energie je považována geotermální energie, kdy přímé využívání této energie není v současné době v naší republice realizováno.

Čtěte také: Trendy v ČR

• Biomasa: účinnost biomasy při využití pro produkci tepla = cca 90 %, při kombinované výrobě elektřiny a tepla = 50 až 90 %.
• Bioplyn: bioplyn vzniká v provozu bioplynových stanic, komunálních či průmyslových ČOV, příp. vyrobená tepelná energie je využívána především pro vlastní potřebu v místě vzniku, může být dodávána i jiným odběratelům (vytápění např.
• Sluneční energie: proces přeměny energie dopadajícího slunečního záření na energii tepelnou, tzv.

Trendy v dálkovém vytápění a akumulaci tepla

Český systém dálkového vytápění je jedním z nejrozsáhlejších v Evropě, zásobuje až 1,6 milionu domácností, tedy téměř každou druhou domácnost v Česku. Dobré zasíťování pro dodávky tepla dává ideální výchozí pozici pro postupnou transformaci teplárenství při zachování jeho silných stránek. Končící uhlí lze nahradit kombinací nízkoemisních centrálních zdrojů, jako je biomasa a plyn, doplněných decentralizovanými řešeními na bázi tepelných čerpadel, solární energie, bioplynových stanic nebo odpadního tepla z průmyslových procesů nebo dataserverů.

Navíc jsou příležitostí pro propojení s akumulací přebytků z obnovitelných zdrojů energie, a mohou tak podpořit zajištění dodávek tepla za dostupné ceny. Klíčovou roli sehraje i postupná energetická renovace budov.

Soustavy zásobování teplem mohou v moderní energetice nabídnout doplňkové funkce typu akumulace přebytků elektrické energie do vody, poskytování systémových služeb přenosové soustavě, poskytování flexibility. Cílem je zmapovat i možnost nových obchodních modelů tak, aby teplárenství zajistilo dlouhodobou rovnováhu mezi výrobou a spotřebou za ekonomicky dostupných cen,” nastiňuje strategii Adam Čermák.

Moderní budovy a akumulace energie

V Česku spotřebují budovy zhruba 35 % koncové energie a jejich provoz je zodpovědný za 44 % emisí oxidu uhličitého. Cílem je identifikovat energeticky efektivní řešení těchto komplexů s maximálním využitím lokálních obnovitelných zdrojů energie. Rádi bychom dostali do popředí debaty o budovách témata jako akumulace, agregace flexibility, pokročilý energetický management a další možnosti aktivního zapojení budov do trhu s elektřinou,” uvádí Ondřej Šumavský, vedoucí divize Moderní budovy Svazu moderní energetiky.

Příležitostí jsou také systémy inteligentního řízení budov BACS a BEMS: chytrá řešení, která dokáží optimalizovat spotřebu energie a dalších systémů v budově v reálném čase a vést k významným úsporám. Využití silných stránek teplárenských sítí doplněných o řešení 21. století v podobě spojení s čistými obnovitelnými zdroji energie, akumulací přebytků jejich výroby či účinných tepelných čerpadel je pak cestou k zajištění dodávek tepla či chladu pro miliony domácností v Česku,” shrnuje hlavní motivace Svazu moderní energetiky pro posílení jeho působení v oblasti budov a teplárenství jeho programový ředitel Martin Sedlák.

Čtěte také: Trendy v ochraně přírody v ČR

Příklady realizací a studií

Jedním z konkrétních projektů, který ukazuje cestu k efektivní dekarbonizaci, je studie proveditelnosti pro CZT v Jiříkově, kterou představili Kamil Novotný a Jakub Maščuch z ČVUT UCEEB. Ve studii zvažovali celkem 15 variant - pro tři velikosti sítě CZT vždy 5 variant zdrojů. V Milevsku se zase podařilo snížit náklady na vytápění bytového domu díky kombinaci fotovoltaiky a tepelných čerpadel. Obec Svatý Jan nad Malší ukazuje, jak lze postupně připojovat na levnější CZT obyvatele obce a využít u toho lokální zdroje.

Využití odpadního tepla a geotermální energie

Využití tepla z odpadní vody je v současné době aktuálním nástrojem, který umožňuje další snižování energetické náročnosti budov. Tato situace je dána zvyšujícím se podílem potřeby tepla na ohřev teplé vody, respektive snižujícím se podílem potřeby tepla na vytápění. Mezi nejmodernější a nejúspornější řešení patří kombinace rekuperačního výměníku AKIRETHERM® a tepelného čerpadla. Tento systém nejenže snižuje spotřebu energie, ale také prodlužuje životnost tepelného čerpadla.

Geotermální energie je v Česku stále opomíjený zdroj, přitom má k dispozici celou plejádu technologií a možností využití. Antonín Tym pracuje i na významném projektu Synergis energetické transformace Ústeckého kraje, jehož cílem je mj. realizovat komplexní soubor pilotních technologií jako je hlubinná geotermální energie, podzemní zásobníky tepla, výroba vodíku a využití dalších obnovitelných zdrojů.

Transformace českého teplárenství

Současné české teplárenství čeká velká proměna: nejen kvůli dekarbonizaci a splnění závazků spojených s Pařížskou dohodou, ale i kvůli potřebě celkové modernizace. Konkrétně to znamená, že v dalších cca 5 letech české teplárenství pravděpodobně dokončí již probíhající přechod od uhlí k zemnímu plynu (a zčásti také k dalším palivům jako biomasa či zbytkový odpad). Dosáhnout po tomto přechodu na jiná paliva další významné redukce emisí je stále možné, ale bude to už náročnější. Vyžaduje to totiž hlubší proměnu fungování tepláren - směrem k (částečné) elektrifikaci, kombinování více zdrojů tepla, akumulaci tepla, chytrému řízení provozu a úsporám energie.

V nejbližších letech půjde hlavně o elektrokotle, jež mohou sloužit ke stabilizaci sítě při přebytku elektřiny. Na rozdíl od často mediálně diskutovaných mařičů dokážou elektrokotle v teplárnách využít nadbytečnou energii ve formě tepla a toto teplo následně dodat zákazníkům. K využití tepla mohou sloužit i menší akumulační zásobníky (zjednodušeně řečeno velké „termosky“), které umožní tuto nárazově dostupnou energii uložit a využít později.

Čtěte také: Tipy pro ekologickou domácnost

Další dekarbonizace teplárenství po roce 2030 bude spočívat v nahrazení velkého objemu výroby dálkového tepla ze zemního plynu (cca 60-70 % dálkového tepla) výrobou z jiných zdrojů, které budou mít ve srovnání s plynem výrazně nižší emise.

Významného snížení emisí skleníkových plynů v českém teplárenství lze jen těžko dosáhnout bez výroby tepla pomocí nízkoemisní elektřiny. Nejdůležitější budoucí technologií jsou v tomto ohledu tepelná čerpadla. V teplárně fungují úplně stejně jako v rodinném domě - pomocí elektřiny čerpají obnovitelné teplo z chladnějšího okolního prostředí do teplé vody v teplárenských rozvodech.

Kromě tepelných čerpadel lze v teplárenství nasadit také elektrokotle, jež mohou dobře využívat nárazové přebytky obnovitelné elektřiny (např. solární elektřiny v poledne během letních měsíců) a tím bránit jejímu maření. Výhodou kotlů oproti tepelným čerpadlům je řádově nižší pořizovací cena (na jednotku tepelného výkonu). Díky tomu jsou pro takové nárazové využití vhodnější než tepelná čerpadla. Jejich nevýhodou je výrazně nižší účinnost ve srovnání s čerpadly - z 1 kWh elektřiny vyrobí cca 1 kWh tepla.

Akumulace tepla v praxi

Teplo lze ve formě horké vody relativně snadno a efektivně uložit na později. S tím má praktické zkušenosti každý, kdo má doma elektrokotel a využívá nízký tarif - voda se v zásobníku ohřívá během dne v časech, kdy je to ekonomicky výhodnější, protože elektřina v nízkém tarifu je levnější. Díky dobré izolaci vydrží voda horká na pozdější hodiny, kdy je její spotřeba vyšší. Akumulace tepla umožňuje do určité míry časově oddělit výrobu od spotřeby a tím získat při řízení výroby tepla určitou flexibilitu. Kromě tohoto krátkodobého řízení mohou akumulační nádrže sloužit i k sezónní akumulaci tepla, vyrobeného mimo topnou sezónu (například pomocí fototermických panelů).

Výzvy a strategie pro budoucnost

Přestože národní energetické strategické dokumenty (jako je Vnitrostátní plán České republiky v oblasti energetiky a klimatu z roku 2024) zahrnují i teplárenství, nadále v tomto sektoru chybí jasná a sdílená dlouhodobá strategie. Taková, která by byla provázána se strategií rozvoje elektroenergetiky a strategií renovace budov a předvídatelně by se odrážela v nastavení regulací (včetně cenových), dotační podpory a podpory výzkumu a pilotních projektů v teplárenství.

České teplárenství stojí na rozcestí. Ztrácí se opora, kterou dosud mělo v uhlí a rostou náklady i tlak legislativních regulací. Změna začíná být nevyhnutelná. Řada firem proto hledá cestu k modernějším a čistším řešením, která snižují emise a zároveň posilují provozní stabilitu.

tags: #trendy #v #akumulaci #tepla #pro #obnovitelne

Oblíbené příspěvky:

• Překopávač kompostu pro traktory - recenze
• Udržitelná energie v Ghaně
• Co nepatří do kompostu?
• Požáry v Amazonii: Co se děje?
• Záchrana prstenu z odpadu: Návod