Как модернизировать теплоснабжение правильно

В странах Евросоюза уже давно началась глобальная трансформация теплоснабжения как наиболее энергоемкого энергетического сектора. Украина пока только в начале этого пути. В статье Евгения Никитина «Энергоинтеграция» уже поднимался важный вопрос выбора будущего наших систем теплоснабжения. Пожалуй, самой главной идеей этой статьи является обращение к Стратегии ЕС по интеграции энергетических систем (EU Strategy for Energy System Integration, 2020) как основе для модернизации систем теплоснабжения украинских городов. К сожалению, эта Стратегия ЕС малоизвестна в нашей стране, ее положений нет в ключевых документах Кабмина. Новая методология разработки схем теплоснабжения городов Украины слабо увязана с поистине революционными решениями Евросоюза.

Есть высокий риск, что после начавшегося процесса разработки схем теплоснабжения украинских городов и их реализации разрыв между украинским и европейским теплоснабжением только увеличится. Увеличится так же, как это произошло с разработкой схем теплоснабжения 250 городов Украины в 2008–2011 годах. Почти все они оказались на полке из-за ошибок в методологии и отсутствия Национальной стратегии теплоснабжения.

Давайте обратимся к основным тезисам Стратегии ЕС по интеграции энергетических систем.

8 июля 2020 года Еврокомиссия опубликовала свою Стратегию, которая определила электрификацию теплоснабжения и тепловые насосы как одну из ключевых технологий для достижения своих целей.

В 2021 году Еврокомиссия пересмотрела Директиву по энергоэффективности, Директиву по возобновляемым источникам энергии, Директиву о налогообложении энергии и рассматривает вопрос о распространении системы торговли выбросами ЕС (EU ETS) на новые сектора с целью ускорения развертывания тепловых насосов и систем централизованного теплоснабжения.

В рамках инициативы «Волна реконструкции» Еврокомиссия стремится содействовать дальнейшей электрификации отопления и охлаждения зданий с помощью тепловых насосов. В жилом секторе доля электроэнергии в спросе на отопление должна вырасти до 40% к 2030 году и до 50–70% к 2050-му.

Стратегия комплексно рассматривает электрификацию теплоснабжения, интеграцию систем отопления и охлаждения, а также повышение эффективности использования энергии, декарбонизацию и переход к экономике замкнутого цикла. Она определяет электрификацию, возобновляемое отопление и охлаждение как наиболее экономически эффективные варианты декарбонизации. Еврокомиссия предлагает следующие цели:

• увеличить использование сбросного тепла от промышленных процессов, зданий и других источников;
• обеспечить энергообмен между потребителями в системах централизованного теплоснабжения и охлаждения;
• увеличить использование тепловых насосов для отопления и охлаждения зданий, а также для низкотемпературных промышленных процессов;
• повысить применение технологий хранения тепла для гибкости энергосистем и выравнивания нагрузок между электрическими и тепловыми секторами.

Концепция возобновляемого отопления и охлаждения была разработана Европейской технологической и инновационной платформой (RHC ETIP). Декарбонизация сектора отопления и охлаждения является важной вехой в достижении амбициозных целей Евросоюза в области климата и энергетики. Фактически на отопление и охлаждение приходится около половины общей потребности в энергии в Европе, и это, несомненно, крупнейший сектор, потребляющий сегодня энергию, и в Украине.

К вопросу о схемах теплоснабжения городов Украины

Наша страна второй раз начала пересмотр решений по теплоснабжению городов и зданий, существовавших с 60-х годов прошлого столетия. Эту задачу планируется решать путем разработки новых схем теплоснабжения для более чем 500 городов на основе новой методологии. Каждому городу Украины сегодня нужна дорожная карта на пути в 2050 год, прежде всего для трансформации систем теплоснабжения и зданий, которые в этот период должны снизить потребление тепла в три раза.

При отсутствии Национальной стратегии теплоснабжения Украины схемы теплоснабжения городов должны стать дорожными картами по выводу городов из газовой зависимости, их неделимым элементом должны стать стратегии декарбонизации. Вытеснение природного газа из балансов систем теплоснабжения городов Украины должно стать приоритетной задачей для новых схем теплоснабжения.

Мы видим четыре основных пути декарбонизации систем теплоснабжения городов и населенных пунктов Украины:

• электрификация отопления и охлаждения домов и многоэтажных зданий;
• использование сбросного тепла горводоканалов, предприятий промышленности и энергетики;
• использование биогаза и синтез-газа заводов по переработке отходов;
• замещение природного газа твердым биотопливом и биометаном в домах и в системах централизованного теплоснабжения на 90% от существующих объемов. Газовые котлы целесообразно сохранить как пиковый и резервный источник энергии (роль резервного топлива в предыдущие десятилетия играл мазут).

Большинство существующих схем теплоснабжения в Украине предлагают решения по простому улучшению существующих систем теплоснабжения, использующих природный газ в качестве основного топлива. Пришло время для новых решений — теплоснабжения без природного газа, с опорой на местное топливо и энергию из возобновляемых источников.

Электрификация теплоснабжения

Период декарбонизации систем теплоснабжения зданий и городов Украины займет по меньшей мере два десятилетия, — политической воли и финансовых ресурсов нам будет явно не хватать. Одновременно все более масштабными станут проекты термомодернизации зданий: большая часть домов и многоэтажных зданий Украины будут утеплены к 2040 году. Потребность в тепловой энергии будет неуклонно снижаться в несколько раз, и наиболее эффективной технологией для городов и зданий Украины станет электрификация теплоснабжения с использованием источников возобновляемой энергии. Широкий спектр уже существующих технологий, в том числе высокоэффективные тепловые насосы и системы централизованного теплохолодоснабжения, основанные на солнечной энергии и биомассе, будут дополнять друг друга для создания рентабельных, надежных энергетических систем городов Украины к 2050 году. Сочетание технологий будет различаться в зависимости от города (местный уровень), региона (региональный уровень) или промышленного сектора, а также от наличия местных источников, сочетания спроса, нормативной базы и существующей инфраструктуры.

К 2050 году центральную роль в Украине будут играть гибридные системы, представляющие собой интегрированные системы, объединяющие две, три или более технологий возобновляемого отопления и охлаждения. Таким образом, электрификация и гибридные системы будут ключевыми факторами для надежного и доступного отопления и охлаждения.

Аккумуляция тепловой энергии — ключевой элемент новых схем теплоснабжения

Уже давно накопление тепловой энергии используется для повышения эффективности систем теплоснабжения как в системах централизованного теплоснабжения, так и в инженерных системах отдельных зданий. Повышение потенциала термоаккумуляции зданий имеет множество инженерных решений и может решать разные задачи — снижение мощности источников, повышение комфорта, экономической эффективности и др. Повышение потенциала термоаккумуляции систем теплоснабжения позволяет оптимизировать управление и смягчить временный дисбаланс спроса и предложения с высокой долей использования возобновляемых источников энергии.

Особенно интересно использование пиковых источников электроэнергии (ветра и солнца), не используемых энергосистемой, для производства тепловой энергии, запасаемой в теплоаккумуляторах. Это позволяет не только стабилизировать работу электрических сетей и энергосистемы в целом, но и повысить рентабельность и надежность теплоснабжения. В результате будет достигнута экономически эффективная декарбонизация и одновременно повышена надежность, безопасность и эффективность энергоснабжения. Термоаккумулирование — это более надежная, дешевая и эффективная технология по сравнению с технологиями хранения электроэнергии.

Оценка потенциала аккумуляции тепловой энергии должна стать неотъемлемым элементом новых схем теплоснабжения.