Ondřej Novák | 7. 11. 2022

Tepelná čerpadla jsou nejlevnější zdroj tepla a chladu. V českém průmyslu a teplárenství jich mohou vzniknout tisíce

Poptávka po menších domácích tepelných čerpadlech letos láme rekordy. Dosavadní zkušenosti ukazují, že za určitých podmínek jde o ideální technologii pro dosažení vysokých úspor spotřeby energií na vytápění nebo chlazení. A to za současně výrazné úspory produkce emisí. Český průmysl a zejména pak teplárenství však pro výrobce tepelných čerpadel velkých výkonů zatím představuje jedno velké bílé místo na mapě.

Nízké ceny plynu v uplynulých desetiletích totiž nemotivovaly firmy k hledání úspor. Ruská invaze na Ukrajinu ale dosavadní pravidla změnila. Evropa se snaží od levného ruského plynu odstřihnout. A ve světle sílících klimatických změn sílí i tlaky na dekarbonizaci energetiky a teplárenství. Velká tepelná čerpadla mohou tyto problémy pomoci vyřešit.

Průmyslová tepelná čerpadla jsou podle Mezinárodní energetické agentury definována jako jednotky o výkonu 100 a více kilowattů. Charakteristická jsou také tím, že na výstupu umožňují dosáhnout vyšší teploty, a to i nad 90 stupňů Celsia. V kombinaci se stávajícími zdroji energie mohou zásadně uspořit náklady na fosilní paliva.

„Česko je dnes ve velkých tepelných čerpadlech na samém počátku. Jediná instalace je zatím v Děčíně, a to již z roku 2002. Je stále v provozu, využívají se tam geotermální vrty a výkon má dvakrát 3,2 megawattu. Tenkrát to bylo realizováno v rámci rozvojového programu dánské vlády. Od té doby se tady nic podobného nepostavilo,“ řekl Obnovitelně.cz na Dnech kogenerace 2022 Tomáš Caha, zakladatel konzultační společnosti Exergie.CZ, která se specializuje na energetiku a teplárenství 21. století.

Revoluce v zásobování teplem a chladem

Průmyslová tepelná čerpadla najdou ideální využití tam, kde je třeba vyrábět velké objemy tepla a chladu. Potenciál úspor velká tepelná čerpadla naplňují zejména v kombinaci s kogeneračními jednotkami či jinými zdroji energie, například s biomasou. U vnořených kogeneračních jednotek může tepelné čerpadlo zcela nahradit stávající plynové kotle.

V provozu tepláren na biomasu je pak možné velmi efektivně využít odpadní teplo spalin pomocí kondenzátoru či chladící vody za turbínou. Překvapivě vydatným celoročním zdrojem energie jsou i čistírny odpadních vod, které se díky tepelným čerpadlům mohou stát pro mnoho lokalit v ČR novým zdrojem pokrývajícím základní zatížení výroby tepla. Zásadní roli mohou velké jednotky hrát také na poli flexibility a většího propojení sektoru teplárenství a elektroenergetiky.

Zvládněte zimu i bez ruského plynu. Tepelné čerpadlo přinese pohodu i velké úspory rodinného rozpočtu

„Konečně vidíme, že se trh začíná probouzet. Tepelná čerpadla pro teplárenské aplikace mohou v budoucnu pokrýt až polovinu poptávky po teple dnešních soustav zásobování teplem,“ dodává Caha s tím, že takový výkon představují tisíce tepelných čerpadel o součtovém výkonu až čtyři gigawatty, která by v rámci Česka mohla v příštích desetiletích vyrůst.

Problém však je, že část stávajících teplárenských soustav zatím není na plnou integraci obnovitelných zdrojů energie připravena z důvodu vysokých provozních teplot. Zde musí provozovatelé začít, optimalizace teplot v soustavě je jeden z hlavních předpokladů úspěšné integrace, tepelné čerpadlo je pak pověstná ‚třešnička na dortu‘,” doplňuje Caha.

Ideální k větrníkům

„Pro teplárenské aplikace je ideální kombinací větrná elektrárna a tepelné čerpadlo, protože profil výroby elektřiny větrné elektrárny velmi dobře kopíruje profil spotřeby tepla v průběhu roku,“ říká Caha.

U fotovoltaiky je to mírně složitější z důvodu různých výrobních profilů, nicméně teplárenské soustavy mají tu výhodu, že dodávají teplo po celý rok. V létě na ohřev užitkové vody, kde se nabízí kombinace fotovoltaické elektrárny a tepelného čerpadla, ideálně i s akumulací tepla. V tomto zapojení se jedná o zcela bezemisní výrobu, navíc bez nákladů na vstupní energii. Velké jednotky tak získávají oproti rezidenčním výhodu celoročního provozu, což výrazně zkracuje návratnost projektu.

„Investiční náklady na tepelná čerpadla typu vzduch-voda se pohybují kolem 25 až 30 tisíc za kilowatt instalovaného výkonu, což je cena srovnatelná s kogeneračními jednotkami. Náklady na pořízení čerpadla voda–voda jsou zhruba poloviční. Češi si musí uvědomit, že sofistikované a energeticky efektivní technologie něco stojí a zrovna u tepelných čerpadel paradoxně není vlastní investice tím hlavním nákladem. Náklady na teplo po dobu životnosti (LCOH) jsou totiž ze 75 až 80 procent tvořeny cenou elektřiny a pokud je elektřina v určitých fázích roku technicky zadarmo, protože ji dokáží vyrobit obnovitelné zdroje, tak to ekonomiku provozu výrazně vylepšuje. Návratnost projektu do pěti let dnes není výjimkou,“ doplňuje Caha.

Rozvoj průmyslových tepelných čerpadel v Česku teď závisí zejména na budoucích cenách plynu, jejich poměru k cenám elektřiny a vývoji legislativy. Elektřina je dnes zdaněna výrazně více než zemní plyn, přičemž zkušenosti z Evropy ukazují, že v zemích, kde jsou rozdíly v cenách elektřiny a plynu menší (například kvůli uhlíkové dani) jsou tepelná čerpadla obecně žádanější.

V České republice má územní energetickou koncepci zpracováno minimum měst a obcí. Koncepcí, které navíc dokáží efektivně pracovat s lokálně dostupnými zdroji, je pak ještě méně. Je třeba systematicky podporovat vznik strategických energetických dokumentů, aby se města a obce mohly kvalifikovaně rozhodnout, do jakých technologií má smysl investovat a do jakých nikoliv.

Kolik vám vydělají solární panely a jak rychle je můžete mít na střeše vašeho domu?

Český trh by navíc mohly rozhýbat i pozitivní zkušenosti ze zahraničí. Například vídeňská energetická společnost Wien Energie plánuje postavit tepelná čerpadla o výkonu 110 megawattů, která vyrobí teplo pro vytápění zhruba 160 tisíc bytů. Dokončení první fáze projektu společnost plánuje na rok 2023.

Podobné projekty se však realizují například ve Stuttgartu, Berlíně, Mannheimu. A polský Krakov nově plánuje tepelná čerpadla v čistírně odpadních vod o výkonu 70 až 80 megawattů. Praha ve svém klimatickém plánu uvažuje s instalací tepelných čerpadel v Ústřední čistírně odpadních vod o celkovém výkonu až 200 megawattů, což by mohlo pokrýt spotřebu tepla pro více než 200 tisíc domácností. “Jedná se o natolik zásadní čísla, že se jimi musíme zabývat i mimo hlavní město”, dodává Caha.

„Ve švédském Stockholmu je již od doby ropné krize v 80. letech sestava tepelných čerpadel o výkonu 230 megawattů a tyto jednotky jsou stále v provozu, nejedná se tedy o žádnou neprověřenou technologii, spíše naopak,“ uzavírá Caha.

Autor: Ondřej Novák

Foto: Pixabay