Як модернізувати теплопостачання правильно

У країнах Євросоюзу вже давно розпочалася глобальна трансформація теплопостачання як найбільш енергоємного енергетичного сектору. Україна поки що тільки на початку цього шляху. У статті Євгена Нікітіна «Енергоінтеграція» вже порушувалося важливе питання вибору майбутнього наших систем теплопостачання. Мабуть, найголовнішою ідеєю цієї статті є звернення до Стратегії ЄС з інтеграції енергетичних систем (EU Strategy for Energy System Integration, 2020) як основи для модернізації систем теплопостачання українських міст. На жаль, ця Стратегія ЄС мало відома в нашій країні, її положень немає в ключових документах Кабміну. Нова методологія розробки схем теплопостачання міст України слабко пов'язана з воістину революційними рішеннями Євросоюзу.

Є високий ризик, що після розпочатого процесу розробки схем теплопостачання українських міст і їхньої реалізації розрив між українським і європейським теплопостачанням лише збільшиться. Збільшиться так само, як це відбулося з розробкою схем теплопостачання 250 міст України в 2008–2011 роках. Майже всі вони опинилися на полиці через помилки в методології та відсутність Національної стратегії теплопостачання.

Звернімося до основних тез Стратегії ЄС з інтеграції енергетичних систем.

8 липня 2020 року Єврокомісія опублікувала свою стратегію, яка визначила електрифікацію теплопостачання і теплові насоси як одну з ключових технологій для досягнення своїх цілей.

2021 року Єврокомісія переглянула Директиву з енергоефективності, Директиву з відновлюваних джерел енергії, Директиву про оподаткування енергії та розглядає питання про поширення системи торгівлі викидами ЄС (EU ETS) на нові сектори з метою прискорити розгортання теплових насосів і систем централізованого теплопостачання.

У рамках ініціативи «Хвиля реконструкції» Єврокомісія прагне сприяти подальшій електрифікації опалення й охолодження будинків з допомогою теплових насосів. У житловому секторі частка електроенергії в попиті на опалення має зрости до 40% до 2030 року й до 50–70% до 2050-го.

Стратегія комплексно розглядає електрифікацію теплопостачання, інтеграцію систем опалення та охолодження, а також підвищення ефективності використання енергії, декарбонізацію і перехід до економіки замкненого циклу. Вона визначає електрифікацію, відновлюване опалення та охолодження як найбільш економічно ефективні варіанти декарбонізації. Єврокомісія пропонує такі цілі:

• збільшити використання скидного тепла від промислових процесів, будівель та інших джерел;
• забезпечити енергообмін між споживачами в системах централізованого теплопостачання та охолодження;
• збільшити використання теплових насосів для опалення та охолодження будівель, а також для низькотемпературних промислових процесів;
• підвищити застосування технологій зберігання тепла для гнучкості енергосистем і вирівнювання навантажень між електричними й тепловими секторами.

Концепцію відновлюваного опалення та охолодження було розроблено Європейською технологічною й інноваційною платформою (RHC ETIP). Декарбонізація сектору опалення та охолодження є важливою віхою в досягненні амбіційних цілей Євросоюзу в сфері клімату й енергетики. Фактично на опалення та охолодження припадає близько половини загальної потреби в енергії в Європі, й це, безсумнівно, найбільший сектор, що споживає нині енергію, і в Україні.

До питання про схеми теплопостачання міст України

Наша країна вдруге почала переглядати рішення щодо теплопостачання міст і будівель, які існували з 60-х років минулого сторіччя. Це завдання планується вирішувати з допомогою розробки нових схем теплопостачання для понад 500 міст на основі нової методології. Кожному місту України нині потрібна дорожня карта на шляху в 2050 рік, передусім для трансформації систем теплопостачання і будівель, які в цей період мають знизити споживання тепла втричі.

За відсутності Національної стратегії теплопостачання України схеми теплопостачання міст мають стати дорожніми картами з виведення міст із газової залежності, їх неподільним елементом мають стати стратегії декарбонізації. Витіснення природного газу з балансів систем теплопостачання міст України має стати пріоритетним завданням для нових схем теплопостачання.

Ми бачимо чотири основні шляхи декарбонізації систем теплопостачання міст і населених пунктів України:

• електрифікація опалення та охолодження будинків і багатоповерхових будівель;
• використання скидного тепла міськводоканалів, підприємств промисловості й енергетики;
• використання біогазу та синтез-газу заводів із переробки відходів;
• заміщення природного газу твердим біопаливом і біометаном у будинках і в системах централізованого теплопостачання на 90% від існуючих обсягів. Газові котли доцільно зберегти як пікове й резервне джерело енергії (роль резервного палива в попередні десятиліття відігравав мазут).

Більшість наявних схем теплопостачання в Україні пропонують рішення з простого поліпшення наявних систем теплопостачання, які використовують природний газ як основне паливо. Настав час для нових рішень — теплопостачання без природного газу, з опорою на місцеве паливо та енергію з відновлюваних джерел.

Електрифікація теплопостачання

Період декарбонізації систем теплопостачання будівель і міст України займе щонайменше два десятиліття, — політичної волі й фінансових ресурсів нам явно бракуватиме. Водночас дедалі масштабнішими стануть проєкти термомодернізації будівель: більша частина будинків і багатоповерхових будівель України буде утеплено до 2040 року. Потреба в тепловій енергії неухильно знижуватиметься в кілька разів, і найбільш ефективною технологією для міст і будівель України стане електрифікація теплопостачання з використанням джерел відновлюваної енергії. Широкий спектр уже наявних технологій, зокрема високоефективні теплові насоси й системи централізованого теплохолодопостачання, засновані на сонячній енергії та біомасі, доповнюватимуть одна одну для створення рентабельних, надійних енергетичних систем міст України до 2050 року. Поєднання технологій різнитиметься залежно від міста (місцевий рівень), регіону (регіональний рівень) або промислового сектору, а також від наявності місцевих джерел, комбінації попиту, нормативної бази й існуючої інфраструктури.

До 2050 року центральну роль в Україні відіграватимуть гібридні системи, що являють собою інтегровані системи, які поєднують дві, три чи більше технологій відновлюваного опалення та охолодження. Таким чином, електрифікація і гібридні системи будуть ключовим чинником для надійного й доступного опалення та охолодження.

Акумуляція теплової енергії — ключовий елемент нових схем теплопостачання

Уже давно накопичення теплової енергії використовується для підвищення ефективності систем теплопостачання як у системах централізованого теплопостачання, так і в інженерних системах окремих будівель. Підвищення потенціалу термоакумуляції будівель має чимало інженерних рішень і може вирішувати різні завдання — зниження потужності джерел, підвищення комфорту, економічної ефективності тощо. Підвищення потенціалу термоакумуляції систем теплопостачання дає можливість оптимізувати управління і пом'якшити тимчасовий дисбаланс попиту і пропозиції з високою часткою використання відновлюваних джерел енергії.

Особливо цікавим є використання пікових джерел електроенергії (вітру й сонця), які не використовує енергосистема, для виробництва теплової енергії, що запасається в теплоакумуляторах. Це дає змогу не лише стабілізувати роботу електричних мереж і енергосистеми загалом, а й підвищити рентабельність і надійність теплопостачання. У результаті буде досягнуто економічно ефективної декарбонізації та водночас підвищено надійність, безпеку й ефективність енергопостачання. Термоакумулювання — це більш надійна, дешева й ефективна технологія порівняно з технологіями зберігання електроенергії.

Оцінка потенціалу акумуляції теплової енергії має стати невіддільним елементом нових схем теплопостачання.