Wielkoskalowe pompy ciepła – przyszłość zrównoważonego ciepłownictwa?

Postępujące zmiany klimatu, przepisy unijne oraz rosnące oczekiwania społeczne dotyczące zrównoważonego rozwoju, stawiają branżę ciepłowniczą przed wyzwaniem poszukiwania innowacyjnych, skutecznych i przyjaznych środowisku rozwiązań. Wszystko wskazuje na to, że w zielonej transformacji sektora energetycznego dużą rolę odegrają wielkoskalowe pompy ciepła. Jak działają i dlaczego to one w dużej mierze wytyczają dziś kierunek zmian w ciepłownictwie systemowym?

Co znajdziesz w artykule:

• Tu drzemie potencjał energetyczny
• Rok 2050 coraz bliżej
• Ciepłownictwo na miarę XXI wieku
• Zielone inwestycje zmieniają oblicze polskiego ciepłownictwa

Tu drzemie potencjał energetyczny

Dotąd o pompach ciepła mówiło się głównie w kontekście domów jednorodzinnych, podkreślając korzyści, jakie tego typu urządzenia niosą indywidualnym użytkownikom – bezpieczeństwo, łatwość obsługi, poszanowanie środowiska, niskie koszty eksploatacji, długa żywotność. Okazuje się, że skala tych zalet może być znacznie szersza. Obecnie coraz głośniej wybrzmiewa rola, jaką pompy ciepła odegrają w kontekście większych obiektów, a nawet całych systemów ciepłowniczych. W przyszłości właśnie te urządzenia mogą znacząco wesprzeć efektywne i ekologiczne ogrzewanie całych miasta.

Jak działają wielkoskalowe pompy ciepła? Jako urządzenie grzewcze wykorzystują do produkcji energię z otoczenia, ze ścieków, powietrza zewnętrznego, a także wód rzecznych, morskich oraz ze źródeł termalnych. W uproszczeniu mechanizm ten opiera się na transformacji energii źródła o niższej temperaturze do energii o temperaturze wyższej. Duże pompy ciepła mogą być ekonomicznym i wydajnym rozwiązaniem, a dodatkowo, co bardzo ważne, wpisują się w ideę gospodarki o obiegu zamkniętym. Jej znaczenie – ze względu na wyczerpywanie zasobów naturalnych i postępujące zmiany klimatu – w ostatnich latach sukcesywnie rośnie, proporcjonalnie do wzrostu świadomości społecznej.

Rok 2050 coraz bliżej

Dążenie do produkcji czystszej energii cieplnej stanowi dziś jeden z kluczowych priorytetów w ciepłownictwie. W tym kontekście pojawiła się potrzeba korzystania z technologii, które dotąd  były w energetyce nieobecne. Znaczenie wielkoskalowych pomp ciepła dodatkowo wzrosło pod wpływem regulacji unijnych. Należą do nich między innymi strategia integracji sektora energetycznego z lipca 2020 roku, a także zmiana przepisów dotyczących efektywnej sieci ciepłowniczej w zaktualizowanej dyrektywie EED 2023/1791 z 13 września 2023 roku.

Dekarbonizacja i elektryfikacja stopniowo stają się faktem. Pamiętajmy, że zgodnie z regulacjami europejskimi, od 1 stycznia 2050 roku każdy system ciepłowniczy powinien wykorzystywać wyłącznie energię odnawialną, wyłącznie ciepło odpadowe lub też połączenie tych dwóch rozwiązań. Konkretne zmiany związane z dążeniem do wywiązania się z owych wytycznych już dokonują się na naszych oczach. Jedną z nich są właśnie projekty i duże inwestycje bazujące na niskoemisyjnych, wielkoskalowych pompach ciepła. Ich globalny rynek rośnie z roku na rok i tendencja ta z pewnością się utrzyma.

Ciepłownictwo na miarę XXI wieku

W wielkoskalowe pompy ciepła coraz chętniej inwestują różne kraje europejskie. Jednym z regionów są zachodnie Niemcy. W okolicy miasta Bergheim znajduje się kopalnia węgla brunatnego, w której woda kopalniana, której temperatura wynosi 26°C, jest wykorzystywana przez wieże chłodnicze pobliskiej elektrowni, a nadmiar jest odprowadzany do pobliskiej rzeki. Obecnie, dzięki temu, że temperatura wody jest stosunkowo wysoka, stanowi ona idealne źródło ciepła dla dwóch pomp ciepła. Pompy te schładzają wodę do 10°C, a wytworzone ciepło jest następnie wykorzystywane do zasilania lokalnej sieci ciepłowniczej. Wysokotemperaturową pompę ciepła wykorzystano również do zwiększenia efektywności miejskiego systemu ciepłowniczego w Wiedniu. W tym największym mieście w Austrii, aż jedna trzecia domów korzysta z ogrzewania z sieci ciepłowniczej. W tym przypadku źródłem dla pompy ciepła jest woda sieciowa z rurociągu powrotnego systemu ciepłowniczego o temperaturze około 45°C. Kolejnym przykładem wykorzystania potencjału pomp ciepła na dużą skalę jest Mänttä-Vilppula, miasto i gmina położone w Finlandii. Dzięki zastosowaniu pompy ciepła, zwiększyła się wydajność i efektywność systemu ciepłowniczego w mieście.

Zielone inwestycje zmieniają oblicze polskiego ciepłownictwa

W gronie inwestorów w wielkoskalowe pompy ciepła znajduje się również Polska. Dotyczy to zarówno większych, jak i mniejszych miast. Szczególny potencjał energetyczny dostrzegają one w ściekach. Fortum, w ramach swoich szeroko zakrojonych dążeń do osiągnięcia neutralności klimatycznej, realizuje obecnie największą w naszym kraju instalację do pozyskiwania energii cieplnej ze ścieków. Wrompa powstaje we Wrocławiu – dokładnie na terenie przepompowni ścieków Port Południe – i będzie stanowić ważny element transformacji systemu ciepłowniczego we Wrocławiu. Inwestycja zakłada działanie pompy ciepła o mocy 12,5 MW, czyli tysiąc razy większej niż w przypadku typowej pompy dla domu jednorodzinnego. Wrompa pozwoli uniknąć emisji dwutlenku węgla o około 35 tysięcy ton rocznie, ale też innych szkodliwych substancji. Prace są na zaawansowanym etapie, a według planów instalacja zostanie oddana do użytku już w czwartym kwartale tego roku.

W przyszłości pompy ciepła mogą być jednym z kluczowych elementów nowoczesnego ciepłownictwa systemowego, więc w długoletniej perspektywie staną się one powszechnym źródłem czystego ciepła w wielu miastach. Już teraz zastosowanie takich efektywnych urządzeń o dużych mocach pozwala zielonej transformacji nabrać rozpędu.