Planowana instalacja wielkoskalowej pompy ciepła będzie jednym z największych tego typu przedsięwzięć w województwie śląskim. Jej moc cieplna wyniesie około 12 MWt. Kluczowym źródłem ciepła będą ścieki oczyszczone z miejskiej oczyszczalni. W praktyce oznacza to wykorzystanie zasobów, które już dziś znajdują się w systemie, ale nie są w żaden sposób zagospodarowane.

Zasada działania pompy ciepła jest stosunkowo prosta. Urządzenie pobiera ciepło z dolnego źródła – w tym przypadku ze ścieków – i dzięki wykorzystaniu energii elektrycznej podnosi jego temperaturę do poziomu pozwalającego wykorzystać je w systemie ciepłowniczym. Pompa nie „produkuje” więc ciepła z niczego, a przenosi je z jednego miejsca do drugiego, podnosząc jego parametry.

To szczególnie interesujące rozwiązanie z perspektywy ciepłownictwa systemowego, ponieważ nawet stosunkowo niskotemperaturowe źródło może zostać wykorzystane do produkcji użytecznego ciepła, jeśli będzie mu towarzyszyć odpowiednio zaprojektowany układ technologiczny.

– Projekt wpisuje się w szerszą koncepcję transformacji PEC-Gliwice, której celem jest stopniowe zwiększanie udziału źródeł nisko- i zeroemisyjnych oraz ograniczanie wykorzystania paliw kopalnych. Wielkoskalowa pompa ciepła nie będzie jednak pojedynczym rozwiązaniem, które samo w sobie „załatwi” transformację. Jej największą wartością będzie możliwość współpracy z innymi źródłami i stworzenie bardziej elastycznego, zdywersyfikowanego systemu – podkreśla Krzysztof Szaliński, prezes Przedsiębiorstwa Energetyki Cieplnej w Gliwicach.

Pytania i odpowiedzi

Budowa wielkoskalowej pompy ciepła jest przedsięwzięciem znacznie bardziej skomplikowanym niż instalacja pompy ciepła w budynku mieszkalnym. Skala urządzeń, wymagane parametry, współpraca z siecią ciepłowniczą i konieczność zapewnienia stabilnego źródła energii sprawiają, że już na etapie projektowania trzeba odpowiedzieć na wiele pytań.

– Jednym z najważniejszych jest dostępność i charakter dolnego źródła. W przypadku ścieków kluczowe znaczenie mają między innymi ich skład (morfologia), temperatura, przepływ oraz zmienność tych parametrów w ciągu doby i roku. Projektant musi więc uwzględnić nie tylko średnie wartości, ale również sytuacje ekstremalne – dodaje Krzysztof Szaliński. Drugim wyzwaniem jest odpowiednie włączenie pompy do istniejącego systemu ciepłowniczego. Instalacja musi pracować w sposób, który będzie technicznie i ekonomicznie uzasadniony. Ważne jest zatem dopasowanie jej pracy do zapotrzebowania na ciepło, temperatur w sieci oraz funkcjonowania pozostałych źródeł.

Technologia ma swoje ograniczenia

Największą zaletą wielkoskalowej pompy ciepła jest możliwość wykorzystania ciepła, które w innym przypadku zostałoby utracone. W przypadku gliwickiego projektu mówimy o cieple zawartym w ściekach, a więc o źródle lokalnym i dostępnym niezależnie od warunków atmosferycznych.

Drugą zaletą jest wysoka efektywność. Pompa ciepła, wykorzystując energię elektryczną do napędu sprężarki, może dostarczyć kilkukrotnie więcej ciepła niż ilość energii elektrycznej zużytej przez samo urządzenie. Ostateczna efektywność zależy jednak od parametrów konkretnej instalacji, przede wszystkim temperatury źródła oraz wymaganej temperatury po stronie odbioru.

Trzecim atutem jest możliwość ograniczenia zużycia paliw kopalnych. Każda megawatogodzina ciepła dostarczona przez pompę oznacza mniejsze zapotrzebowanie na pracę konwencjonalnych źródeł.

Są jednak również ograniczenia. Najważniejszym jest wysoki koszt inwestycji. Wielkoskalowa pompa ciepła wymaga nie tylko zakupu samego urządzenia, ale również budowy całej infrastruktury: wymienników, instalacji hydraulicznych, układów elektrycznych, automatyki oraz przyłączy.

Drugim ograniczeniem są wymagania dotyczące dolnego źródła. Nie każde źródło ciepła odpadowego będzie równie atrakcyjne ekonomicznie. Kluczowe są jego temperatura, dostępność, stabilność oraz odległość od miejsca, w którym ciepło może zostać wykorzystane.

Pompa ciepła nie jest zatem technologią uniwersalną. Jej sens ekonomiczny i techniczny należy zawsze analizować w odniesieniu do konkretnego systemu i te trudną, katorżniczą wręcz robotę w Gliwicach wykonano.

Ciepło odpadowe

Właśnie tutaj pojawia się szerszy temat odzysku ciepła odpadowego. Przez lata system ciepłowniczy był projektowany przede wszystkim w modelu liniowym: paliwo trafiało do źródła, ciepło było produkowane, a następnie dostarczane do odbiorcy. Transformacja energetyczna wymusza zmianę tego podejścia. Coraz częściej musimy patrzeć na cały system jak na obieg, w którym ciepło może być wykorzystywane wielokrotnie.

– Ciepło odpadowe może pochodzić z bardzo wielu źródeł. Mogą to być ścieki komunalne i przemysłowe, procesy technologiczne, centra danych, obiekty przemysłowe, systemy chłodnicze czy infrastruktura energetyczna – tłumaczy Krzysztof Szaliński, prezes PEC-Gliwice. W wielu przypadkach temperatura takiego ciepła jest zbyt niska, aby można było wykorzystać je bezpośrednio po pobraniu. Właśnie tutaj pojawia się miejsce dla pomp ciepła. Mogą one podnieść temperaturę ciepła odpadowego do poziomu, przy którym staje się ono użyteczne dla systemu ciepłowniczego.

To może być jeden z ważniejszych kierunków rozwoju europejskiego ciepłownictwa. Zamiast budować kolejne źródła ciepła, warto w pierwszej kolejności sprawdzić, ile ciepła już znajduje się w naszym otoczeniu.

Część większej zmiany

Projekt wielkoskalowej pompy ciepła jest częścią większej zmiany. Najbardziej widocznym elementem tych działań jest Park Zielonej Energii – kompleks, który połączy kilka różnych technologii. Powstaje tam między innymi największa w Polsce termiczna farma solarna o mocy około 13,21 MWt, wyposażona w 1135 kolektorów o łącznej powierzchni około 37 tys. m².

Energia słoneczna będzie współpracowała z magazynem ciepła o pojemności 12 tys. m³. Jego zadaniem będzie zwiększenie elastyczności systemu i umożliwienie lepszego dopasowania produkcji ciepła do zapotrzebowania.

Kolejnym elementem nowego skrzydła gliwickiej ciepłowni będzie wielopaliwowy blok odzysku energii z paliw powstałych z nieprzetwarzalnych odpadów komunalnych posiadających wartość energetyczną. Instalacja pozwoli wykorzystać energetycznie frakcje odpadów, których nie można już poddać recyklingowi. Blok posiada komponent odzysku ciepła ze spalin i tam także znajduje się układ pompy ciepła. Kolejnym krokiem będzie kocioł elektrodowy o mocy 10 MWt.

Wszystkie te elementy mają jeden wspólny cel: odejście od modelu, w którym podstawą produkcji ciepła jest węgiel, na rzecz systemu opartego na wielu źródłach i zróżnicowanych technologiach. W takim modelu ważne jest zabezpieczenie się na każdą ewentualność, w czym pomogą źródła wykorzystujące gaz ziemny oraz biogaz. Wszystkie te źródła zagwarantują mieszkańcom Gliwic bezpieczeństwo energetyczne.

Cyfrowa sieć i efektywność

Transformacja ciepłownictwa to jednak nie tylko nowe instalacje. Równie ważne jest to, co dzieje się pomiędzy źródłem a odbiorcą. PEC-Gliwice rozwija cyfryzację sieci ciepłowniczej, wykorzystując dane do coraz bardziej precyzyjnego zarządzania systemem. Nowoczesne węzły cieplne, automatyka, monitoring parametrów oraz narzędzia analityczne pozwalają lepiej reagować na rzeczywiste zapotrzebowanie odbiorców.

To szczególnie ważne w systemie, w którym coraz więcej źródeł będzie miało zmienny charakter. Jeżeli energia słoneczna, pompy ciepła, magazyn ciepła czy odzysk energii mają ze sobą współpracować, system musi „wiedzieć”, kiedy i ile ciepła potrzebują odbiorcy oraz jakie źródło w danym momencie może dostarczyć energię najefektywniej.

Dlatego cyfryzacja sieci jest jednym z fundamentów transformacji – choć dla mieszkańca często pozostaje niewidoczna.

Ciepłownictwo przyszłości

Gliwicki system ciepłowniczy za kilka lat będzie wyglądał zupełnie inaczej niż jeszcze przed dekadą. Nie będzie oparty na jednym dominującym źródle, a jego siłą stanie się różnorodność. Energia słoneczna, odzysk ciepła z odpadów, ciepło ze ścieków, magazynowanie ciepła, cyfrowe zarządzanie siecią oraz poprawa efektywności po stronie odbiorców będą elementami jednego systemu.

Ten atut to również największe wyzwanie transformacji. Im więcej technologii i źródeł, tym bardziej skomplikowane staje się zarządzanie całym systemem. Potrzebne są więc nie tylko inwestycje w urządzenia, ale także wiedza, dane, automatyka, kompetencje i długofalowe planowanie.

Wielkoskalowa pompa ciepła jest w tym układzie czymś więcej niż kolejnym źródłem ciepła. Pokazuje zmianę sposobu myślenia: zamiast szukać wyłącznie nowych paliw, możemy zacząć wykorzystywać energię, która już istnieje – w ściekach, centrach danych, przemyśle.

Transformacja gliwickiego ciepłownictwa to zatem proces składający się z wielu elementów. Jedne z nich będą spektakularne – jak tysiące kolektorów słonecznych czy ogromny magazyn ciepła. Inne pozostaną niewidoczne dla mieszkańców – jak cyfrowe sterowanie siecią i zabudowy małych kotłów elektrycznych.

Wspólnym mianownikiem jest jednak zmiana: od systemu opartego przede wszystkim na spalaniu paliwa do systemu, który potrafi wykorzystywać ciepło z wielu różnych źródeł.

Adam Sosnowski

rzecznik prasowy PEC-Gliwice

Nowym źródłem ciepła wykorzystywanym przez PEC Gliwice będzą ścieki z miejskiej oczyszczalni