Jak zadbać o efektywne ogrzewanie budynków w Polsce?

Mowa o takich przedsięwzięciach, jak: „Ciepłownia Przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE”, „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym”, „Magazynowanie Ciepła i Chłodu”, a także korespondujących z nimi projektach: „Wentylacja dla szkół i domów” oraz „Budownictwo efektywne energetycznie i procesowo”. W każdym z nich zostali już wyłonieni wykonawcy.

Efektywne ogrzewanie budynków, przekładające się na zapewnienie komfortu cieplnego ich użytkownikom, jest istotne w perspektywie starań o przeciwdziałanie zmianom klimatycznym i degradacji środowiska. W Polsce ciepłownictwo odpowiada za około 22 proc. krajowej emisji CO₂ do atmosfery – z danych Polskiego Instytutu Ekonomicznego wynika, że ten sektor rocznie emituje około 68 mln ton tego gazu.

System ciepłowniczy w naszym kraju w około 80 proc. wykorzystuje nieodnawialne źródła energii, generując poważne skutki środowiskowe. Na masowym wykorzystywaniu paliw kopalnych tracimy wszyscy. Koszty pozyskiwanego w ten sposób ciepła będą rosły, m.in. za sprawą coraz wyższych cen uprawnień do emisji CO₂. Obecnie tona CO₂ kosztuje już ponad 60 euro, co oznacza, że w ciągu roku cena ta wzrosła aż o ponad 40 euro, a w okresie pięciu lat – o ponad 55 euro. Szybujące ceny odbijają się również na portfelach Polaków.

Jeśli nie teraz, to kiedy?

Transformacja w kierunku Zielonego Ładu oznacza zasadnicze zmiany. Wychodząc naprzeciw aktualnym i prognozowanym problemom ciepłownictwa, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju zainicjowało przedsięwzięcia badawczo-rozwojowe, które dadzą impuls do pozytywnych zmian tak w skali makro („Ciepłownia Przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE”, „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym”, „Magazynowanie Ciepła i Chłodu”), jak i w skali mikro, tzn. w odniesieniu do potrzeb przeciętnego Kowalskiego („Wentylacja dla szkół i domów”, „Budownictwo efektywne energetycznie i procesowo”).

Czytaj również: Sucha zabudowa w 1 dzień? Sprawdzamy, czy to możliwe

– Już teraz jest odpowiedni czas na realizację inwestycji OZE w polskim ciepłownictwie – nie ma wątpliwości Wojciech Kamieniecki, dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. – Dlatego ze wsparciem Funduszy Europejskich realizujemy całą grupę przedsięwzięć, które pomogą w osiągnięciu przez Polskę neutralności klimatycznej, a zarazem adresują ważne dla rozwoju naszego kraju wyzwania społeczno-gospodarcze. Wskazaliśmy konkretne problemy badawcze w obszarze zielonych technologii, dla których odpowiedzi szukają wykonawcy realizujący prace B+R. Duży blok dotyczy właśnie ciepłownictwa. Pozytywne zmiany systemu odczują samorządy, wzrośnie także komfort życia mieszkańców, którzy będą mogli korzystać z właściwie i efektywnie ogrzewanych czy wentylowanych domów, mieszkań, szkół, ośrodków zdrowia czy urzędów. Pozwoli to zarazem na zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego przyszłym pokoleniom – dodaje.

Nowoczesne ciepłownictwo czerpie z OZE

Pierwszy program z zakresu ciepłownictwa to „Ciepłownia Przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE”. Przedsięwzięcie zostało ogłoszone w kwietniu br. Przed wykonawcami stoi zadanie opracowania i demonstracji w odniesieniu do konkretnej ciepłowni innowacyjnej technologii uniwersalnego systemu wytwarzania, przetwarzania i magazynowania energii do celów grzewczych. System ten charakteryzować się będzie efektywnością i powtarzalnością adaptacji w różnych osiedlach mieszkaniowych, z uwzględnieniem lokalnych możliwości wykorzystania energii odnawialnej. NCBR zakłada, że konwencjonalne ciepłownie będzie można modernizować dzięki instalacjom złożonym np. z: kolektorów słonecznych, instalacji fotowoltaicznych, pomp, farm wiatrowych, biogazowni korzystających z odpadów rolniczych oraz magazynów ciepła. Wykluczone jest – jako środowiskowo bardziej obciążające – spalanie biomasy. Znaczącym efektem przedsięwzięcia będzie ponad 80% udział OZE w produkcji ciepła do celów grzewczych. Warto dodać, że wielu wykonawców postawiło sobie za cel osiągnięcie nawet 100% OZE. Ci z nich, którzy to zrobią, zostaną najwyżej ocenieni.

Drugą, niejako siostrzaną inicjatywę z zakresu ciepłownictwa NCBR ogłosiło miesiąc później, w maju. W ramach przedsięwzięcia „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym” oczekuje się zrealizowania prac badawczo-rozwojowych, potwierdzających hipotezę badawczą o rynkowej wykonalności uniwersalnego, a więc skalowalnego i powtarzalnego w innych uwarunkowaniach lokalnych systemu elektrociepłowniczego, który dostarczać będzie odbiorcom ciepło i energię elektryczną pozyskane co najmniej w 80% ze źródeł odnawialnych, takich jak np.: energia słoneczna, energia wiatrowa czy biogaz. I tu również wielu wykonawców postawiło sobie za cel osiągnięcie nawet 100% OZE. Ci z nich, którzy to zrobią, zostaną najwyżej ocenieni.

Do tej pory systemy kogeneracyjne miały za zadanie produkowanie prądu przy okazji realizacji zapotrzebowania na ciepło. W nowym, rewolucyjnym wydaniu układ kogeneracyjny, zasilany z magazynu zielonego wodoru lub biometanu, ma być uruchamiany w odpowiedzi na zapotrzebowanie na energię elektryczną, np. gdy nie świeci słońce i nie wieje wiatr. Wytwarzane ciepło ma być magazynowane i wykorzystywane przez system ciepłowniczy. Układ kogeneracyjny będzie wytwarzał energię ze zmagazynowanej energii OZE. Moc zainstalowana elektryczna jednostki kogeneracji ma wynosić co najmniej 450 kWe, przy równoczesnym pozyskiwaniu ciepła w kogeneratorze OZE. Pozyskane ciepło musi zostać zmagazynowanie i/lub dostarczone do odbiorców końcowych. Co istotne, elektrociepłownia nie tylko będzie w 100% OZE, ale dodatkowo zastąpi w lokalnym systemie elektroenergetycznym znacznie droższe akumulatory energii elektrycznej.

W przedsięwzięciu elektrociepłownia produkuje i sprzedaje energię elektryczną, gdy jej cena rynkowa jest najwyższa, czyli gdy najbardziej brakuje energii elektrycznej, a ciepło wytwarzane wówczas jest przekazywane do magazynów ciepła. Działając w taki sposób, elektrociepłownia jest aktywnym elementem lokalnego systemu elektroenergetycznego, wpływa stabilizująco na jednostki produkujące energię z odnawialnych źródeł.

W obu projektach, które pomogą w zwiększeniu rozwoju odnawialnych źródeł w krajowym ciepłownictwie, wykonawcy będą pozyskiwać ciepło i energię elektryczną co najmniej w 80% OZE, a już wiadomo, że średnio będzie to 95%! Co istotne, zakładane jest zapewnienie akceptowalnej ceny dla odbiorcy.

Stabilność dystrybucji ciepła i chłodu dzięki magazynom

Ważnym elementem transformacji struktury ciepłownictwa w naszym kraju będzie włączenie do niego magazynów ciepła i chłodu z myślą o odbiorcach indywidualnych, a więc domach czy biurach. Obecnie jednym z największych problemów OZE jest cykliczna zmienność efektywności układu, np. panele fotowoltaiczne czy kolektory słoneczne pracują tylko w dzień, generując wtedy dużo energii, która ulega rozproszeniu. Natomiast w nocy występuje jej niedobór. Podobna sytuacja zachodzi w przypadku turbin wiatrowych, których wydajność uzależniona jest od warunków pogodowych. To dlatego możliwość czasowego magazynowania „zielonej” energii stanowi dziś jedno z kluczowych wyzwań światowej energetyki.

Możliwość magazynowania ciepła odpadowego to ważna i oczekiwana zmiana. Z gotowych rozwiązań, pozwalających na korzystanie ze zgromadzonych zasobów w czasie, kiedy wytwarzanie ciepła i/lub chłodu jest utrudnione lub generuje wyższe koszty, chętnie skorzysta zwłaszcza budownictwo. Systemy, które opracują wykonawcy wyłonieni w przedsięwzięciu „Magazynowanie Ciepła i Chłodu”, będą nieszkodliwe dla środowiska. Mają się one cechować wysoką sprawnością, minimalnymi stratami energii, stabilnością dystrybucji ciepła/chłodu, a także optymalną kubaturą i pojemnością dla ostatecznego zastosowania. Dzięki ich wykorzystaniu spadną koszty ogrzewania i chłodzenia budynków, ponieważ będą czerpać i oddawać energię z OZE w sposób optymalny i efektywny.

Czyste powietrze w domu i szkole

Znaczący, choć nie bezpośredni wpływ na transformację sektora ciepłowniczego będzie mieć również przedsięwzięcie odpowiadające za opracowanie nowoczesnej wentylacji dla szkół i domów. Jego celem jest opracowanie innowacyjnych, efektywnych ekonomicznie technologii wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła i wilgoci z powietrza usuwanego. Jako że system ma być przeznaczony przede wszystkim dla istniejących budynków, w których z reguły nie jest możliwe zainstalowanie centralnego układu wentylacyjnego, będzie systemem rozproszonym. Bardzo ciche centrale wentylacyjne będą instalowane w pojedynczym mieszkaniu czy klasie lekcyjnej.

Sama termomodernizacja starszych budynków bez systemów wentylacji z rekuperacją (czyli z możliwością odzyskiwania energii cieplnej), choć niezbędna, może nie odnieść zamierzonego celu. Jaki bowiem ma ona sens, skoro zimą bardzo często otwieramy okna, aby przewietrzyć mieszkanie? Opracowana w przedsięwzięciu „Wentylacja dla szkół i domów” technologia przyczyni się nie tylko do poprawy jakości powietrza, ale również do zmniejszenia zapotrzebowania na energię w wyniku radykalnego obniżenia jej utraty.

Urządzenia, które przygotują wykonawcy, mają gwarantować komfortowy mikroklimat w pomieszczeniach przez usuwanie zanieczyszczeń z powietrza, w tym zanieczyszczeń PM2.5 i PM10, a także dzięki właściwej dystrybucji powietrza usuwać z pomieszczeń nadmiar wilgoci, CO₂, emitowane wewnętrznie lotne związki organiczne, bakterie i wirusy. Opracowana technologia ma się przyczynić do poprawy stanu zdrowia społeczeństwa dzięki wysokiej jakości powietrza w pomieszczeniach i czystości mikrobiologicznej. Będzie także miała korzystny wpływ na jakość nauczania dzięki obniżeniu stężenia CO₂ w klasach szkolnych i przyczyni się do znacznego zmniejszenia zapotrzebowania na energię w wyniku radykalnego obniżenia jej utraty w systemach wentylacyjnych.

Budynki efektywne energetycznie

Warto wreszcie wspomnieć o przedsięwzięciu „Budownictwo efektywne energetycznie i procesowo”. Ponieważ budynki pochłaniają około 40% energii kraju, trzeba zadbać, by te nowo budowane miały standard plusenergetyczny. Oznacza to sytuację, w której zintegrowane z budynkiem OZE produkują więcej energii niż zużywa budynek. Podobnym wyzwaniem jest wodochłonność budownictwa, dlatego w konkursie postanowiono wymóg spadku zapotrzebowania na wodę wodociągową – celem jest korzystanie z wody pochodzącej z deszczówki, co zgodnie z deklaracjami wykonawców będzie możliwe nawet w 95%. Uwzględniono także konieczną ochronę pozostałych zasobów nieodnawialnych, stawiając wymóg użycia w procesie materiałów z recyklingu.

Ogromne potrzeby mieszkaniowe naszego społeczeństwa napotykają wiele barier, wśród których jedną z największych jest brak kadr. Celem projektu jest ich optymalne wykorzystanie poprzez możliwie największe uprzemysłowienie procesu budowy. Wykonawcy opracują innowacyjne technologie prefabrykacji 2D i 3D (budownictwo modułowe). W tym drugim przypadku 90% prac budowlanych realizowanych będzie w fabryce, a na placu budowy będą jedynie montowane w pełni wyposażone moduły. Opracowane technologie mają być zademonstrowane w postaci budynku społecznego, senioralnego oraz jednorodzinnego.

W zgodzie z unijną strategią i w polskim interesie

Wspomniane przedsięwzięcia, prowadzone w trybie zamówień przedkomercyjnych, przyczynią się do osiągnięcia priorytetowych celów stawianych przez Unię Europejską w strategii Europejskiego Zielonego Ładu. Jest to plan mający na celu przekształcenie Unii w nowoczesną i konkurencyjną gospodarkę, która w 2050 r. osiągnie m.in. zerowy poziom emisji gazów cieplarnianych. Adresują zarazem potrzeby społeczno-gospodarcze naszego kraju. W ramach „zielonej” transformacji pod skrzydłami NCBR w serii 8 przedsięwzięć opracowane mają być ponadto – wraz z demonstratorami – nowoczesne oczyszczalnie ścieków, technologie domowej retencji, innowacyjne biogazownie czy technologie magazynowania energii elektrycznej. Projekty, nad którymi pracują już wykonawcy, to szansa dla Polski na czystsze środowisko, zdrowsze społeczeństwo i nowoczesną, konkurencyjną gospodarkę.

Czytaj również: Rynek maszyn ciężkich należy do sprzedających. Wywiad z Jeroenem Rijkiem

Szczegółowe informacje oraz dokumentacja przedsięwzięć znajdują się na platformie konkursowej NCBR: https://www.gov.pl/web/ncbr/platforma-konkursowa; https://www.gov.pl/web/ncbr/fundusze-europejskie-w-nowych-formulach-br.

Przedsięwzięcia: „Magazynowanie Ciepła i Chłodu”, „Wentylacja dla szkół i domów”, „Budownictwo efektywne energetycznie i procesowo”, „Magazynowanie energii elektrycznej”, „Technologie domowej retencji”, „Innowacyjna biogazownia”, „Oczyszczalnia przyszłości”, są realizowane w ramach projektu pozakonkursowego pn. Podniesienie poziomu innowacyjności gospodarki poprzez realizację przedsięwzięć badawczych w trybie innowacyjnych zamówień publicznych w celu wsparcia realizacji strategii Europejskiego Zielonego Ładu (w ramach poddziałania 4.1.3 Innowacyjne metody zarządzania badaniami Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój).

Przedsięwzięcia: „Ciepłownia Przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE” oraz „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym”, są współfinansowane ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach poddziałania 4.1.3 Innowacyjne metody zarządzania badaniami Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020, w ramach projektu pn. Podniesienie poziomu innowacyjności gospodarki poprzez wdrożenie nowego modelu finansowania przełomowych projektów badawczych.

Projekty finansowane są ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.