Odpadové teplo Ako využiť energiu, ktorú dnes do okolia vypúšťame bez úžitku

Hovoriť o vykurovaní v týchto ešte stále teplých letných dňoch sa môže zdať mierne neaktuálne. No vykurovacia sezóna sa začne už o pár týždňov a o čosi neskôr sa dozvieme aj to, koľko budeme platiť za teplo po väčšinu nadchádzajúcej zimy.

Ak si spomenieme na vlaňajšok, práve letné mesiace boli v téme cien energií (aj tepla) kľúčovým obdobím. Veľa sa hovorilo o spotrebe, šetrení a o tom, či to vlastne do jari so zásobami plynu pre vykurovanie vydržíme.

Na zimu sa totiž treba pripravovať v lete a kto tak nerobí, zvyčajne v mrazoch banuje.

Rovnako ako v krátkom horizonte ročných období jedného roka to platí aj pre projekty, ktoré si žiadajú niekoľkoročný rozvoj a plánovanie.

Jednou z takýchto dlhodobejších tém je aj využívanie odpadového tepla práve na potreby vykurovania, ale aj výroby elektriny.

Čo je odpadové teplo

Odpadové alebo zvyškové teplo vzniká pri prevádzke v priemysle, v administratívnych budovách či v domácnostiach. Jeho zdrojom je aj voda z čističiek odpadových vôd.

V bežnom vnímaní je toto teplo vnímané ako odpad, napríklad v podobe horúcich plynov z komínov priemyselných podnikov. Môžu byť síce odfiltrované od mnohých znečisťujúcich látok, stále však majú vysokú teplotu v priemere viac ako sto stupňov Celzia.

Podobne to platí aj v prípade úniku tepla z klimatizácií či chladenia datacentier, alebo veľkých chladiacich zariadení v obchodných prevádzkach. Teplota unikajúceho vzduchu síce nie je taká vysoká ako v priemysle, stále však ide o energiu, ktorá končí bez využitia.

Zužitkovanie tohto zdroja tepla si pritom nevyžaduje prakticky žiadne ďalšie energetické vstupy. Toto teplo už bolo vyrobené – napríklad spaľovaním zemného plynu. Stačí teda len zachytiť ho a využiť napríklad v centrálnych systémoch vykurovania a prípravy teplej vody.

Energetickému potenciálu odpadového tepla na Slovensku sa v nedávno zverejnenej analýze venovala agentúra Green Talk. Objem odpadového tepla a jeho potenciálu využitia ráta na základe dátových zdrojov dvoch celoeurópskych štúdií – ReUseHeat, ktorá sa venuje teplu z mestského prostredia, a sEEnergies, ktorá spracovala potenciál zdrojov tepla z priemyselných areálov.

Celková energetická spotreba slovenských domácností podľa ostatných kompletných údajov Štatistického úradu SR bola v roku 2021 124 miliónov gigajoulov (GJ). Rozloženie jednotlivých zdrojov a spotreby vidíme na nasledujúcich grafoch, a to nielen pre domácnosti, ale aj pre obchodné prevádzky a priemysel.

V zásade sa dá hovoriť o dvoch veľkých zdrojoch tohto nevyužívaného tepla. Prvým je mestské prostredie (tu, samozrejme, patria aj sídla na úrovní obcí). Ako sme spomenuli vyššie, patrí sem teplo z prevádzky obytných a administratívnych budov, obchodných prevádzok (veľkým producentom sú napríklad reštaurácie), ale aj čističky odpadových vôd.

„Teplo je dostupné ako ohriaty vzduch z chladiacich jednotiek a odpadová teplá úžitková voda. Ich teplota sa pohybuje od 10 až po vyše 70 °C,“ uvádza analýza.

Jej výsledkom je zistenie, že celkový tepelný potenciál mestského odpadového tepla na Slovensku je 9,9 milióna GJ. Autori štúdie analyzovali 924 zdrojov odpadového tepla na Slovensku. Z nich 645 sa nachádzalo v blízkosti mestských vykurovacích sietí. Viac ako polovicu dostupného tepla (56 percent) tvoria čistiarne odpadových vôd. Zo zvyšných zdrojov mali najväčšie zastúpenie datacentrá (20 percent) a supermarkety (17 percent). Ak by sa brali do úvahy len zdroje v blízkosti vykurovacích sietí, energetický potenciál je na úrovni 8,5 milióna GJ.

Druhým kľúčovým zdrojom je priemyselná výroba. Najmä energeticky náročné odvetvia ako hutnícky, cementárenský, sklársky, papierenský či chemický priemysel s nepretržitou prevádzkou vytvárajú stály zdroj tohto tepla. Väčšinou ide o plyny s teplotou okolo 120 stupňov. Pri zastaralejších prevádzkach môžu teploty dosiahnuť až 300 stupňov.

„Na Slovensku bolo posudzovaných 18 najväčších podnikov, napríklad U. S. Steel Košice, Duslo, Slovnaft, Mondi SCP alebo Považská cementáreň. Maximálny energetický potenciál slovenského priemyslu na využitie zvyškového tepla je 13,2 milióna GJ. Ten vychádza z predpokladu nepoužívanej rekuperácie tepla priamo v podniku a maximálneho využitia tepelného obsahu spalín ochladením až na 25 °C. V prípade už existujúcej a prevádzkovanej rekuperácie tepla a získania tepelného obsahu spalín len ochladením na 95 °C, t. j. len ich čiastočného využitia, je dostupné zvyškové teplo na úrovni 3,5 milióna GJ,“ uvádza Green Talk.

Spôsoby využitia

Teplo unikajúce z priemyselnej výroby je možné ideálne využiť priamo v dotyčnom priemyselnom podniku, prípadne v blízkom okolí. Tým sa minimalizujú straty z prenosu. Toto takzvané vrátené teplo môže slúžiť na „pohon“ výroby, vykurovanie administratívnych častí priemyselného podniku či vykurovanie blízkeho okolia prepojením s centrálnymi rozvodmi tepla.

Takto priamo sa dá využiť teplo s teplotou od 55 stupňov vyššie. Odpadové teplo s nižšou teplotou je možné znásobiť využitím tepelných čerpadiel. Tie však vyžadujú dodatočnú dodávku elektriny. No aj pri samotnej výrobe elektriny vzniká teplo, ktoré je možné takýmto spôsobom vrátiť do obehu.

Ďalšou možnosťou sú takzvané kondenzačné kotly, keď sa teplo „vyťaží“ ochladením plynov a ich kondenzáciou.

Čítajte tiež

Tepelné čerpadlá Môžu pokryť potreby vykurovania, narážajú však na limity výroby

Erik Potocký

Technológia spred storočia sa zoči-voči energetickej kríze stala hitom ostatných rokov.

Pokrytie spotreby

Analýza namodelovala tri scenáre využitia odpadového tepla na pokrytie potreby vykurovania.

Konzervatívny scenár počíta so 7 miliónmi GJ. V tomto scenári autori nezahrnuli využitie tepelných čerpadiel, len s priamym napojením na vykurovaciu sústavu. Teplo z mestského prostredia a z priemyslu by v takomto prípade pokrylo 2,2 percenta energetickej spotreby domácností, obchodných prevádzok a priemyslu.

Scenár Medium hovorí o využití 25,3 milióna GJ, keďže počíta aj s inštaláciou tepelných čerpadiel a zahŕňa všetky zdroje mestského tepla. Využitie tepelných čerpadiel by totiž prinieslo aj možnosť využiť teplo z odpadových vôd, ktorých teplota je nižšia ako 20 stupňov. Podľa tohto scenára by sa pokrylo 7,8 percenta energetickej spotreby, čo by mohlo úplne nahradiť využívanie uhlia. V prípade, ak by sa toto množstvo využívalo len pre domácnosti, pokrylo by zhruba pätinu súčasnej spotreby.

Scenár Super by v teoretickej rovine znamenal nahradenie 85 percent súčasnej energetickej spotreby zemného plynu v priemysle (priemysel využíva zemný plyn aj ako surovinu napríklad pri produkcii umelých hnojív či nafty). Tento scenár by znamenal pokrytie 9 percent súčtu energetickej spotreby domácností, priemyslu a obchodných prevádzok.

Praktické využitie

Výhodou využívania odpadového tepla je, že jednak znižuje priamu spotrebu surovín (uhlia či zemného plynu), ale aj zvyšuje energetickú účinnosť. Ak sa teplo využíva priamo pri zdroji alebo v blízkom okolí, dochádza aj k minimálnym teplotným stratám pri jeho distribúcii.

V najoptimistickejšom scenári Super, ktorý počíta s tepelnými čerpadlami, by sa však zvýšila spotreba elektriny na ich pohon. Analýza hovorí o 6 percentách hrubej výroby za rok 2021. Táto elektrina by však mohla pochádzať z obnoviteľných zdrojov, čo by znižovalo potrebu priamych energetických surovín.

Výrazným efektom by mohol byť sociálny rozmer. V prípade zásobovania domácností takto získaným teplom by to znamenalo znížené náklady na vykurovanie, čo by pomohlo najmä domácnostiam ohrozeným energetickou chudobou bez toho, aby museli výrazne znižovať svoj doterajší štandard pod úroveň zdravotnej bezpečnosti.

Ohrozenie energetickou chudobou je najvýraznejšie v krajoch východného a južného Slovenska. Analýza pritom identifikuje najvyšší potenciál jeho využitia práve v Košickom kraji.

Analýza však identifikuje aj limitujúce faktory.

„Ani najmodernejšie technológie ‚zušľachťovania‘ tepla nedokážu zabezpečiť také vysoké teploty, aké je možné dosiahnuť priamym spaľovaním paliva v kotle. Pre pokrytie spotreby tepla pri vysokej teplote je vhodnou alternatívou zužitkovať inú surovinu bežne považovanú za ďalej nepoužiteľnú, a to nerecyklovateľný odpad v zariadeniach na energetické využitie odpadu. Pri ročnej produkcii jedného milióna ton nerecyklovateľného odpadu je možné získať v závislosti od jeho výhrevnosti dodatočne od 6,5 až po 15 mil. GJ tepelnej energie,“ uvádza GreenTalk.

Príklady zo sveta aj z domova

Využívanie takéhoto tepla už nie je len teóriou. Viacero príkladov ukazuje jeho možnosti v reálnych dodávkach tepla konečným spotrebiteľom.

V nemeckom Frankfurte existuje viacero projektov, ktoré využijú teplo z dátových centier, a počíta sa s tým, že toto teplo bude do roku 2030 v meste pokrývať celkový dopyt domácností a administratívnych budov.

Vo Fínsku sa spoločnosť Microsoft zmluvne zaviazala, že zo svojich dvoch dátových centier budovaných v Helsinkách poskytne odpadové teplo na vykurovanie domácností a kancelárií v susednom meste Espoo.

V dánskom meste Horuphav už od roku 2015 využíva miestny supermarket teplo z chladiacich zariadení na pokrytie vlastnej spotreby tepla a časť predáva aj mestskej teplárni.

Sú však aj ďalšie projekty. V Hamburgu sa plánuje výstavba štyroch veľkých tepelných čerpadiel, ktoré by z odpadovej vody zásobovali teplom až 39-tisíc domácností.

Nezaostáva ani Slovensko. Bratislavská tepláreň bude využívať teplo vyrobené spaľovaním odpadu priamym prepojením spaľovne s centrálnym rozvodom tepla. V prvej fáze má zásobovať približne 10-tisíc domácností, po ďalšej modernizácii až zhruba 35-tisíc domácností, čo by v meste mohlo priniesť zníženie cien za dodávku tepla a teplej vody.

Teplárenský sektor v Európe sa však obzerá aj po ďalších možnostiach, ktoré sú zatiaľ technicky ťažko vykonateľné, no vplyvom rozvoja technológií nie nereálne. Tepelné čerpadlá by sa napríklad mohli využívať nielen na získanie tepla z odpadovej vody, ale aj z riek.

Tomáš Voříšek z českej spoločnosti Seven energy uvažuje pre Prahu o využití tepla z Vltavy. Ak je teplota vody v rieke šesť stupňov, zníženie o jeden stupeň tepelnými čerpadlami by prinieslo 5 TWh tepelnej energie, čo by mohlo nahradiť až polovicu spotreby plynu v meste.

Pri efektívnom nakladaní s odpadovým teplom sa dá uvažovať aj o synergických efektoch.

Napríklad výstavba veľkých datacentier, ktoré produkujú veľké množstvá tepla a spotrebúvajú veľa energie na chladenie, je neraz terčom kritiky, keďže zaberajú plochu, ktorá mohla slúžiť na pestovanie potravín.

Ak by sa teplo produkované výpočtovou technikou zachytilo, mohli by vedľa takéhoto obrieho datacentra vyrásť skleníky, ktoré by boli vyhrievané celý rok. Produkcia potravín by sa znásobila bez toho, aby na vykurovanie skleníkov bolo treba spaľovať zemný plyn či hĺbiť geotermálne vrty.