KONVERZIA DEKARBONIZOVANEJ ELEKTRINY NA TEPLO A CHLAD

 

KONVERZIA DEKARBONIZOVANEJ ELEKTRINY NA TEPLO A CHLAD

 

Doc. Ing. Peter Tomlein, CSc., SZ CHKT, Šamorín

 

            Na tepelné čerpadlá sa spoliehajú tvorcovia európskej legislatívy pri konverzii dekarbonizovanej elektriny na vykurovanie a chladenie. Zachováva sa princíp technologickej neutrality, keďže vývoj môže prinášať nové riešenia. 

Vývoj na trhu s tepelnými čerpadlami nás presvedčia, že napriek hlboko podpriemernému počtu tepelných čerpadiel na 1000 obyvateľov v rámci EÚ, sme na Slovensku za rok 2019 získali TČ 10 % z obnoviteľnej energie zo záväzku SR pre rok 2020. Tento vývoj mohol byť rýchlejší, ale musíme byť naň pripravení a to nielen finančne, ale tiež odborne, kapacitne, skúsenosťami.

 

Tepelné čerpadlá ako prvé

Princíp - najskôr posudzujeme využitie tepelných čerpadiel a  až potom iné technológie a to najmä tam, kde je potreba nielen vykurovať, ale aj chladiť – je prijímaný stále intenzívnejšie. Dôvodom okrem budovania inteligentných energetických sietí, inteligentných budov, ... sú aj skutočnosti, že s jedným zariadením sa v podmienkach Slovenska dosahujú:

  • až štyri krát nižšie emisie CO2 na kWh vyrobeného tepla voči teplu z plynu,
  • troj a viac násobné zvýšenie energetickej efektívnosti výroby tepla z elektriny,
  • využitie obnoviteľnej energie nielen pri vykurovaní, ale aj pri chladení budov,
  • 30 a viac percentné zníženie potreby primárnej energie  voči energii z plynu,
  • zvýšenie pripravenosti na zapojenie do inteligentných systémov a pod.

 

Tepelné čerpadlá majú aj svoje slabé stránky. Spotrebovávajú elektrickú energiu, ktorú treba vyrobiť. Ich podieľ  na celkovej spotrebe elektriny na Slovensku je zatiaľ malý. Sú investične drahšie, náročnejšie na systémové riešenie, na kvafikáciu montážnych servisných pracovníkov a podobne. To čo mnohým nevadí pri kúpe drahých aut, tepelným čerpadlám zazlievajú, hoci tepelné čerpadlá návratnosť vyššej investície dosahujú. Dôležité je, aby tepelné čerpadlá boli správne navrhnuté a boli intenzívne, v maximálnej miere využívané. 

 

Čím viac tepelné čerpadlo vyrobí tepla, 

tým ekonomickejšie je jeho využitie!

Z ekonomického hľadiska nie je vhodné tepelné čerpadlá kombinovať s inými drahými zariadeniami, ktoré preberú od nich časť výroby tepla a to najmä v obdobiach jar, jeseň, leto kedy tepelné čerpadlá dosahujú vysokú energetickú efektívnosť. Využitie paralelných zariadení a to najmä investične náročnejších využívajúcich obnoviteľné energie, zhoršuje nielen ekonomiku tepelných čerpadiel, ale tiež sa degraduje prínos paralelných zariadení.

Vyplýva to z obrázka, ktorý porovnáva úspory emisií CO2 a úspory na primárnej energii pri výrobe tepla. Ak časť tepla vyrobeného plynovým kotlom 3 kWh (červené okienko) sa nahradí teplom vyrobeným z obnoviteľnej energie (OE), tak sa ušetrí 0,666 kg CO2 a 3,33 kWh primárnej energie podľa normatívnych údajov vo vyhláške č. 324/2016 Z.z.

Ak nahradí zdroj z OE 3 kWh tepla vyrobeného tepelným čerpadlom, tak sa ušetrí len 0,17 kg CO2 a 2,26 kWh primárnej energie. 

 

Kombinácie s tepelným čerpadlom treba zvážiť

Ak sa zdrojom z OE vyrobia 3 kWh tepla a nahradí sa tak teplo vyrobené tepelným čerpadlom, ušetrí sa takmer 4x menej emisií CO2, a takmer 33 % menej primárnej energie, ako keby sa nahradilo teplo vyrobené z energie zemného plynu. 

 

Zelený plyn a solárny kolektor

Z obrázku vyplýva výhodná kombinácia plynového kotla a solárneho kolektora v existujúcich domoch, keďže sa tak výrazne znižujú emisie pri výrobe tepla z plynu. Šanca, že časom príde „zelený plyn“ na vykurovanie, je zatiaľ podľa IZW e.W. (eChillventa 2020) pomerne malá, keďže zeleného vodíka bude nedostatok pre dopravu, priemysel, ... a aj v prípade, že by ho bolo dosť, vzhľadom na nižšiu hustotu 0,089 9 kg/m3 pri pridaní 20 % vodíka do zemného plynu sa ušetrí len 7-8 % emisií CO2 a v značnej miere by bolo potrebné meniť aj staršie plynové kotle. 

To by znamenalo vysoké náklady, ktoré by uprednostnili tepelné čerpadlá aj v prípade, ak by sa dosiahlo znížene emisií so zeleným plynom o 80 % podobne ako s tepelnými čerpadlami. 

 

Výroba vodíka je drahá

Množstvo obnoviteľnej energie potrebnej na výrobu zeleného vodíka podľa Fraunhofer Institute for Energy v Kasseli prezentovaného na kongrese eChillventa na vykurovanie budov je o 500 až 600 percent vyššie ako energia potrebná pre tepelné čerpadlá na generovanie tepla. 

To vyplýva z potreby 45-50 kWh elektrickej energie na výrobu 1 kg vodíka pri elektrolýze 9 l vody. Spalné teplo vodíka je 33,3 kWh/kg, pričom z 50 kWh elektrickej energie potrebnej na výrobu jedného kg vodíka získame približne 150 kWh tepla pomocou tepelných čerpadiel. Cena vodíka je nad 9 €. Zatiaľ cena tepla z vodíka je5-6x drahšia ako z TČ.

Vodík je vhodný na skladovanie energie napríklad pre výrobu elektriny v palivovom článku a následnom využití napríklad pre tepelné čerpadlo. To je však tiež drahá technológia.

Možnosť je aj v zmiešavaní s lacnejším bioplynom vyrábaného zatiaľ v menších množstvách. Vývoj ide ďalej a môže priniesť nové riešenia na iných princípoch.

 

Tepelné čerpadlá a elektrina

Zámery v dekarbonizácii výroby elektriny sú technicky zvládnuteľné už v súčasnosti. Podiel primárnej energie a emisie CO2 na vyrobenú kWh sa neustále znižujú. Ciele dekarbonizácie výroby elektriny do roku 2050 sú považované za reálne.

 

Obrázok porovnáva úspory emisií CO2 a úspory na primárnej energii pri výrobe tepla. Ak časť tepla vyrobeného plynovým kotlom 3 kWh (červené okienko) sa nahradí teplom vyrobeným z obnoviteľnej energie (OZE), tak sa ušetrí 0,666 kg CO2 (žlté okienko) a 3,33 kWh primárnej energie (zelené okienko). Ak nahradí zdroj z OE 3 kWh tepla vyrobeného tepelným čerpadlom, tak sa ušetrí len 0,17 kg CO2 a 2,26 kWh primárnej energie. To znamená takmer 4x menej emisií CO2, a takmer 33 % menej primárnej energie, ako keby sa zdrojom tepla z OZE nahradilo teplo vyrobené z plynu. 

 

Kozub ako hlavný zdroj tepla? 

Chýba informovanosť investorov 

Sú indície, že v nových domoch, kvôli zaradeniu do energetickej triedy A0  sa navrhuje ako hlavný zdroj tepla kozub, ktorý môže byť investične pomerne náročný. V bežnom živote domácnosti však krb nebude hlavný zdroj tepla. Krb ak bude, tak bude využívaný ako doplnkový zdroj tepla a to často ku priamemu elektrickému vykurovaniu, s ktorým by bol dom zaradený do energetickej triedy B. Ak investor na takéto riešenie pristúpi, cesta späť 

býva nemožná a v skutočnosti jeho  dom nebude fungovať v triede A, ale v triede B. Hodnota takéhoto domu bude na trhu výrazne nižšia. 

 

Cesta späť býva nemožná

Naviac investor za krátky čas zistí vysoké náklady nelen na prevažujúce elektrické vykurovanie, ale tiež na prípravu teplej vody najmä v lete, kedy sa krb neprevádzkuje a zistí tiež potrebu chladenia. Dodatočne preto dom doplní o reverzibilné tepelné čerpadlo vzduch/vzduch, ktoré nielen vykuruje, ale aj chladí. 

Tepelné čerpadlo vzduch/vzduch však nepripravuje teplú vodu. Prevádzkové náklady a tiež výsledné emisie budú stále vysoké a budú odpovedať spôsobu prevádzky vykurovania a prípravy teplej vody.

 

Nepoškodzujme seba ani iných

Takéto riešenia s fiktívnym krbom a iné by mali byť na trhu obmedzené právnymi normami, aby investori nepoškodzovali ekonomicky samy seba a zároveň nezvyšovali emisie pevných nečistôt a oxidu uhličitého do ovzdušia a neohrozovali tak nielen seba ale aj iných ľudí. 

 

Závery

  • Tepelné čerpadlá majú výhody aj nevýhody.
  • Konvertujú dekarbonizovanú elektrinu na teplo 
  • Kombinácie s tepelným čerpadlom treba zvážiť.
  • Uhlíkovú neutralitu bez nich nedosiahneme.
  • Čím viac tepla vyrobia, tým väčší prínos
  • Tepelné čerpadlá sú vždy prvá voľba.
  • Fiktívny krb je škoda pre investora.
  • Vodík pre vykurovanie je fikcia.

 

S podporou

SZCHKT – Slovenský zväz pre chladenie ,klimatizáciu a tepelné čerpadlá reprezentuje 800 členov z oblasti výroby, obchodu a servisu chladiacej, klimatizačnej techniky a tepelných čerpadiel s 2000 certifikovanými firmami a s takmer 3000 odborníkmi s osvedčením na chladivá, s obratom cez k 1,5 mld Eur s viac ako 12 tis. zamestnancami.

 

Literatúra:

  1. Rozhodnutie Komisie 2013/114/EÚ z  1. marca 2013 , ktorým sa ustanovujú usmernenia pre členské štáty na výpočet obnoviteľnej energie z tepelných čerpadiel z rôznych technológií tepelných čerpadiel podľa článku 5 smernice Európskeho parlamentu a Rady 2018/2001/EÚ[oznámené pod číslom C(2013) 1082] Text s významom pre EHP
  2. VYHLÁŠKA 324/2016 Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky z 30. novembra 2016.
  3. Oznamovací systém výrobcov, dovozcov a certifikovaných organizácií SZ CHKT na www.szchkt.org
  4. Prezentácie IZW e.W a Frauenhofer Institute for energy na kongrese eChillventa 2020
  5. Veľké tepelné čerpadlá na Slovensku. SZ CHKT, 2019, Portál Energie 2019
  6. Tepelné čerpadlá posúvajú budovy do kategórie A0. Portál Energie, 2020.
  7. Tepelné čerpadlá by mali byť pri nových projektoch a rekonštrukciách vždy prvou voľbou

 

Viac informácií nájdete v časopise Správy 01/2021