Czym jest ciepło odpadowe?
Ciepło odpadowe od roku 2023 definiuje ustawa. Definicja legalna, zawarta w ustawie z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (zwana dalej p.e.) określa, że ciepłem odpadowym jest niemożliwe do uniknięcia ciepło wytwarzane jako produkt uboczny w instalacjach przemysłowych, instalacjach wytwórczych energii lub w sektorze usług, które bez dostępu do systemu ciepłowniczego pozostałoby niewykorzystane, rozpraszając się w powietrzu lub w wodzie [1]. Jest to więc energia, która powstaje w wyniku innych procesów, jest ich skutkiem ubocznym i z reguły ulega rozproszeniu, a mogłaby być doskonałym nowym źródłem energii. To także największe niewykorzystane źródło energii na całym świecie. Zagadnienie to możemy przyrównać do sytuacji z żarówką. W zależności od jej typu jedynie od 5 do 20% wykorzystanej energii zostaje przekształcone w światło, pozostałe 80-95% staje się ciepłem odpadowym.
Raport Danfoss „Największe na świecie niewykorzystane źródło energii: Ciepło odpadowe” [2] podaje konkretne liczby. Rocznie kraje Unii Europejskiej produkują nawet 2860 TWh ciepła odpadowego. Taka liczba pozwoliłaby dostarczyć ciepło i ciepłą wodę do wszystkich mieszkań i budynków publicznych UE. Szacuje się, że marnujemy niemal 70% energii, którą wytwarzamy [3]. Tymczasem ciepło odpadowe można wychwytywać i poddawać recyklingowi jako bezemisyjne źródło energii. W świecie kryzysu energetycznego, gdzie kwestia efektywności energetycznej jest jednym z głównych wyzwań, przed którymi stoją wszystkie kraje Unii Europejskiej, wykorzystanie ciepła odpadowego to olbrzymia szansa i możliwości.
Źródła ciepła odpadowego
Największym źródłem ciepła odpadowego jest przemysł. Sam przemysł ciężki w krajach Unii Europejskiej wygenerował w roku 2020 takie ilości ciepła odpadowego (267 TWh), które przekraczają ciepło wygenerowane w roku 2021 w trzech krajach – Niemczech, Polsce i Szwecji [4].
Niemałym źródłem ciepła odpadowego są sklepy i supermarkety, których lodówki i zamrażarki wytwarzają jego duże ilości. Potencjał ciepła odpadowego w tym sektorze osiągnął w 2020 roku około 44 TWh (wartość odpowiadająca ciepłu wyprodukowanemu w roku 2021 przez Czechy i Belgię).
Kolejnym ogniwem, który zużywa duże ilości energii, generując tym samym spore ilości ciepła odpadowego, jest branża informatyczna. Według danych z roku 2020 centra danych UE oraz Wielkiej Brytanii wyprodukowały w ciągu roku 95 TWh ciepła odpadowego.
Takich źródeł jest i może być mnóstwo. To nie tylko fabryki, oczyszczalnie, sklepy, ale i np. miejska infrastruktura, czego przykładem jest londyńskie metro. Ciepło odpadowe wykorzystane z tuneli, stacji i systemów wentylacji dostarcza ogrzewanie oraz ciepłą wodę do 1350 mieszkań, szkoły i dwóch ośrodków wypoczynkowych [5].
Jak można wykorzystać ciepło odpadowe?
Odzysk energii dotyczy energii, która jest produktem ubocznym procesu energetycznego i byłaby zmarnowana, a zostaje przechwycona i wykorzystana do innego procesu. Ciepło to może być wykorzystane w sieciach ciepłowniczych, w tych samych pomieszczeniach, w których zostało wytworzone lub też przez integrację sektorów w infrastrukturze miejskiej.
W praktyce oznacza to, że ciepło odpadowe wygenerowane przez fabrykę można ponownie wykorzystać w tej samej fabryce jako ogrzewanie lub ciepłą wodę lub za pomocą sieci ciepłowniczej przesłać do pobliskich domów lub innych budynków przemysłowych.
Ciepło odpadowe może być wykorzystane na wiele sposobów m.in. poprzez zastosowanie pomp ciepła, które są w stanie wykorzystać ciepło pochodzące np. ze spalin fabrycznych do ogrzania pomieszczeń lub wody.
Rozwiązań jest wiele. To m.in.:
Odzysk ciepła z wentylacji
Zastosowana w budynku wentylacja grawitacyjna doprowadza do utraty nawet 40% dostarczanej energii cieplnej. Dzięki zastosowaniu rekuperacji można odzyskać nawet 95%, która zostałaby zmarnowana.
Odzysk ciepła z kominów i spalin
Wraz z odprowadzanymi kominami spalinami ulatuje energia wytworzona podczas spalania, którą częściowo można wykorzystać np. do ogrzania wody.
Odzysk ciepła z wody szarej i ścieków
Wodą szarą nazywamy ścieki ciepłe, czyli pozostałości po praniu, zmywaniu i kąpieli. Tym samym ciepło wraz z zużytą wodą trafia do kanalizacji, gdzie zostaje zmarnowane. Zastosowanie wymienników ciepła tzw. rekuperatorów wody pozwala zmniejszyć ilość pobieranej gorącej wody i odzyskać od 25 do 66% ciepła z wody szarej. Zamiast utylizować zużytą ciepłą wodę, można wprowadzić w obieg jej ciepło w celu podgrzania zimnej wody.
Odzysk ciepła ze sprężarek
Zaledwie od 5 do 15% energii dostarczonej w procesie sprężania powietrza zostaje faktycznie wykorzystana. Pozostała część jest ciepłem odpadowym, którego potencjał warto wykorzystać. Z jednej strony powietrze wydostające się z otworu wentylacyjnego można wykorzystać do ogrzewania pomieszczeń, z drugiej zaś dzięki zastosowaniu wymiennika ciepła można ogrzewać wodę na potrzeby zakładu produkcyjnego.
Przykładem na zastosowanie ciepła odpadowego ze sprężarek jest odlewnia Volkswagena w Poznaniu. Wydzielane podczas pracy sprężarek ciepło przy wykorzystaniu miejskiej sieci ciepłowniczej dostarcza ciepło do 30 budynków mieszkalnych oraz szpitala HCP w Poznaniu [5].
Odzysk ciepła z urządzeń chłodniczych
W sektorach rynku związanych z żywnością (sadownictwo, przetwórstwo mięsne, warzywne, mleczne) doskonałym sposobem na oszczędności jest odzysk ciepła z urządzeń chłodniczych poprzez zainstalowanie wymiennika ciepła. Ciepło odpadowe odprowadzane z zamrażarek i lodówek w sklepach może zostać wykorzystane do ogrzania zarówno samego sklepu, jak i wody w nim używanej.
Odzysk ciepła z oczyszczalni ścieków
Ścieki mogą stanowić istotne w gospodarce źródło energii z ciepła odpadowego. Wykorzystując sieci ciepłownicze, można ciepłem odpadowym z oczyszczalni ogrzać pomieszczenia i budynki. Co więcej – po wpompowaniu do fermentatora szlamu ze ścieków zostanie wytworzony biogaz, który spalony da ciepło oraz energię elektryczną.
Z ciepła odpadowego ze ścieków korzysta np. około 5000 mieszkańców Murowanej Gośliny. Dzięki zastosowaniu w oczyszczalni ścieków w Szlachęcinie instalacji kogeneracyjnej połączonej z pompą ciepła, ciepło odpadowe służy do produkcji ciepła oraz energii elektrycznej. Zastosowanie takiego rozwiązania pozwala jednocześnie zmniejszyć roczną emisję dwutlenku węgla o 2 tysiące ton oraz obniżyć temperaturę ścieków, które trafiają do Warty [6].
Ciepło odpadowe z zakładów przemysłowych i serwerowni
Zarówno maszyny, jaki i serwery wytarzają ogromne ilości ciepła. Ciepło jest też wytwarzane w celu chłodzenia tych urządzeń. Większość wytworzonego ciepła zostanie zmarnowana. Rozwiązaniem jest odzysk energii z ciepła odpadowego. Tak właśnie zrobiono w centrum danych na przedmieściach Dublina. Amazon Web Services zastosował zrównoważone rozwiązania, dzięki czemu centrum danych ociepli ciepłem odpadowym 47 tys. m2 powierzchni budynków użytku publicznego, 3000 m2 powierzchni handlowych i 135 mieszkań [2].
Dlaczego warto?
W kilku słowach
Produktem ubocznym wytwarzanym podczas różnego rodzaju procesów energetycznych jest ciepło odpadowe. Niezagospodarowane ulega rozproszeniu i zmarnowaniu. Odzyskanie energii z ciepła odpadowego obniży koszty procesu energetycznego oraz zdecydowanie zmniejszy zanieczyszczenie gazami cieplarnianymi. Taniej i lepiej jest wykorzystać ponownie istniejącą energię niż wyprodukować nową. Kolejnym niewątpliwym plusem jest fakt, że odzyskiwanie ciepła z pracujących urządzeń podwyższa ich efektywność energetyczną oraz zwiększa produktywność.
Prawa i przywileje dla przedsiębiorcy
Dlaczego warto, aby przedsiębiorca inwestował w rozwiązania, które wykorzystają potencjał tkwiący w cieple odpadowym? Z jednej strony to, po zwrocie inwestycji, obniżenie kosztów oraz istotny wkład w zrównoważoną gospodarkę. Ale to także ważne dla niego nadane mu prawa i przywileje.
Efektywność energetyczna
Ustawodawca uznał wykorzystanie ciepła odpadowego za element efektywnego energetycznie systemu ciepłowniczego. Warunki, których spełnienie nadaje wykorzystanemu systemowi przymiot efektywnego energetycznie określone zostały w art. 7b ust. 4 p.e. I tak, zgodnie z ustawą, system ciepłowniczy lub chłodniczy zostaje uznany za efektywny energetycznie, jeśli wykorzystuje dostępną energię w odpowiednich proporcjach (OZE, ciepło odpadowe, kogeneracja). Aby system uznano za efektywny energetyczny musi wykorzystywać co najmniej w [7]:
1) 50% energię z odnawialnych źródeł energii lub
2) 50% ciepło odpadowe, lub
3) 75% ciepło pochodzące z kogeneracji, lub
4) 50% połączenie energii i ciepła, o których mowa w pkt 1–3.
Co daje przedsiębiorcy uznanie jego systemu za efektywny energetycznie? Oprócz wymiernych korzyści, jakimi są oszczędności, poprawa wydajności oraz funkcjonowanie w duchu zrównoważonej gospodarki, to fakt, że status efektywności energetycznej podnosi rangę przedsięwzięcia w świecie biznesowym, a także pozwala na korzystanie z różnego rodzaju programów i środków publicznych.
Obowiązki dla przedsiębiorstwa energetycznego oraz władz lokalnych
Zgodnie z postanowieniami art. 10b. ust. 1 pkt 4 p.e. na przedsiębiorstwie energetycznym nałożony jest obowiązek przeprowadzenia analizy kosztów i korzyści w przypadku budowy, przebudowy lub znacznej modernizacji sieci ciepłowniczej lub chłodniczej. Co istotne dla wytwórcy energii z ciepła odpadowego – powyższa analiza kosztów i korzyści musi uwzględniać wykorzystane przez niego ciepło odpadowe [8].
Z kolei zgodnie z art. 19 p.e. na wójcie/burmistrzu lub prezydencie miasta spoczywa obowiązek sporządzenia raz na 15 lat tzw. projektu założeń (projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe). Projekt ten powinien być aktualizowany co 3 lata oraz zawierać w sobie m.in. ocenę stanu aktualnego oraz przewidywanych zmian zapotrzebowania na ciepło, energię i paliwa gazowe, informację o możliwościach zagospodarowania ciepła odpadowego z instalacji przemysłowych oraz stosowania środków poprawy efektywności energetycznej [9].
Obowiązek zakupu ciepła odpadowego
Zgodnie z art. 116 ust. 1 pkt 2 ustawy z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (Dz. U. z 2023 r. poz. 1436 z późn. zm.) przedsiębiorstwo energetyczne z danego obszaru ma obowiązek zakupu oferowanego mu przez przedsiębiorcę ciepła odpadowego (w ilości nie większej niż zapotrzebowanie odbiorców końcowych tego przedsiębiorstwa przyłączonych do tej sieci) [10].
Ten przepis gwarantuje zbyt wytwórcy ciepła odpadowego, a to daje bezpieczeństwo i ułatwia budżetowanie poszczególnych działań.
Uwzględnienie w taryfie
Wykorzystywanie ciepła odpadowego ma także swoje odzwierciedlenia w ustalanej przez przedsiębiorstwa energetyczne taryfie dla paliw gazowych lub energii. Jak określa art. 45 ust 1 pkt 1b) p.e. ma ona zapewniać pokrycie kosztów uzasadnionych działalności gospodarczej przedsiębiorstwa energetycznego w zakresie budowy, modernizacji i przyłączania jednostek wytwórczych będących instalacjami odnawialnego źródła energii, w których jest wytwarzane ciepło, oraz instalacji, w których jest zagospodarowywane ciepło odpadowe, wraz z uzasadnionym zwrotem z kapitału zaangażowanego w tę działalność w wysokości nie mniejszej niż stopa zwrotu na poziomie 7% [11].
Potencjał, jaki daje ciepło odpadowe jest ogromny i rośnie wraz z rozwojem technologicznym. W obliczu wyczerpujących się nieodnawialnych źródeł energii a jednocześnie ogromnego popytu na energię, wykorzystanie ciepła odpadowego jest doskonałym rozwiązaniem, na które powinniśmy położyć szczególny nacisk. Tak, aby ciepło odpadowe z niewykorzystanego źródła energii stało się maksymalnie wykorzystanym.
Pytanie? Konkretna odpowiedź!
Czym jest ciepło odpadowe?
To ciepło wytwarzane podczas różnego rodzaju procesów produkcyjnych, ich efekt uboczny. Ciepło odpadowe można jednak w sposób efektywny ponownie wykorzystać przez zastosowanie np. wymiennika ciepła. W przeciwnym razie niewykorzystane – zostanie rozproszone i utracone. Zastosowanie odzysku ciepła to zwiększenie efektywności energetycznej, oszczędność energii elektrycznej oraz dbałość o środowisko naturalne. Ciepło to można wykorzystać m.in. do ogrzania pomieszczeń biurowych, ogrzewania hal i mieszkań. Może być ono także wykorzystywane do ogrzewania wody dla pracowników albo mieszkańców okolicznych domów.
[1] Art. 3 pkt 20i) ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (Dz. U. z 2024 r. poz. 266) definiuje pojęcie ciepła odpadowego. Definicja legalna mówi, że:
ciepło odpadowe i chłód odpadowy – niemożliwe do uniknięcia ciepło lub chłód, które są wytwarzane jako produkty uboczne w instalacjach przemysłowych lub instalacjach wytwórczych energii, lub w sektorze usług i które bez dostępu do systemu ciepłowniczego lub chłodniczego pozostałyby niewykorzystane, rozpraszając się w powietrzu lub w wodzie, w przypadku gdy jest lub będzie wykorzystywana kogeneracja lub gdy wykorzystanie kogeneracji nie jest możliwe;
https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20240000266 [dostęp: 04-06-2024]
[2] Danfoss „Największe na świecie niewykorzystane źródło energii: Ciepło odpadowe”
https://files.danfoss.com/download/CorporateCommunication/Poland/Whitepaper-the-worlds-largest-untapped-energy-source-excess-heat-PL.pdf [dostęp: 04-06-2024]
[3] https://www.terrapingeo.com/what-produces-waste-heat [dostęp: 04-06-2024]
[4] Zenobo, Documentation on excess heat potentials of industrial sites including open data file with selected potentials. T. Fleiter, P. Manz, M. Neuwirth, F. Mildner i in. https://zenodo.org/records/4785411 [dostęp: 04-06-2024]
[5] Magazyn ciepła systemowego, Ciepło odpadowe. Niewykorzystane źródło energii https://magazyncieplasystemowego.pl/cieplownictwo/cieplo-odpadowe-niewykorzystane-zrodlo-energii/ [dostęp: 04-06-2024]
[6] Poznań, Instalacja w Szlachęcinie – pierwsza taka innowacja w Polsce https://www.poznan.pl/mim/info/news/instalacja-w-szlachecinie-pierwsza-taka-innowacja-w-polsce,154865.html [dostęp: 04-06-2024]
[7] Art. 7b ust. 4 ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (Dz. U. z 2024 r. poz. 266) mówi, że:
Przez efektywny energetycznie system ciepłowniczy lub chłodniczy rozumie się system ciepłowniczy lub chłodniczy, w którym do wytwarzania ciepła lub chłodu wykorzystuje się co najmniej w:
1) 50% energię z odnawialnych źródeł energii lub
2) 50% ciepło odpadowe, lub
3) 75% ciepło pochodzące z kogeneracji, lub
4) 50% połączenie energii i ciepła, o których mowa w pkt 1–3.
https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20240000266 [dostęp: 04-06-2024]
[8] Art. 10b ust. 1 pkt 4 ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (Dz. U. z 2024 r. poz. 266) mówi, że:
Przedsiębiorstwa energetyczne oraz inni przedsiębiorcy, o których mowa w art. 10a ust. 1, planujący:
4) budowę sieci ciepłowniczej lub sieci chłodniczej lub przyłączenie do tej sieci jednostki wytwórczej o mocy nominalnej cieplnej przekraczającej 20 MW, lub przebudowę, lub znaczną modernizację tej jednostki wytwórczej – sporządzają analizę kosztów i korzyści wykorzystania ciepła odpadowego.
https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20240000266 [dostęp: 04-06-2024]
[9] Art. 19 ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (Dz. U. z 2024 r. poz. 266) mówi, że:
1. Wójt (burmistrz, prezydent miasta) opracowuje projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe, zwany dalej „projektem założeń”.
2. Projekt założeń sporządza się dla obszaru gminy co najmniej na okres 15 lat i aktualizuje co najmniej raz na 3 lata.
3. Projekt założeń powinien określać:
1) ocenę stanu aktualnego i przewidywanych zmian zapotrzebowania na ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe;
2) przedsięwzięcia racjonalizujące użytkowanie ciepła, energii elektrycznej i paliw gazowych;
3) możliwości wykorzystania istniejących nadwyżek i lokalnych zasobów paliw i energii, z uwzględnieniem energii elektrycznej i ciepła wytwarzanych w instalacjach odnawialnego źródła energii, energii elektrycznej i ciepła użytkowego wytwarzanych w kogeneracji oraz zagospodarowania ciepła odpadowego z instalacji przemysłowych;
3a) możliwości stosowania środków poprawy efektywności energetycznej w rozumieniu art. 6 ust. 2 ustawy z dnia 20 maja 2016 r. o efektywności energetycznej;
4) zakres współpracy z innymi gminami.
4. Przedsiębiorstwa energetyczne udostępniają nieodpłatnie wójtowi (burmistrzowi, prezydentowi miasta) plany, o których mowa w art. 16 ust. 1, w zakresie dotyczącym terenu tej gminy oraz propozycje niezbędne do opracowania projektu założeń.
5. Projekt założeń podlega opiniowaniu przez samorząd województwa w zakresie koordynacji współpracy z innymi gminami oraz w zakresie zgodności z polityką energetyczną państwa.
6. Projekt założeń wykłada się do publicznego wglądu na okres 21 dni, powiadamiając o tym w sposób przyjęty zwyczajowo w danej miejscowości.
7. Osoby i jednostki organizacyjne zainteresowane zaopatrzeniem w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe na obszarze gminy mają prawo składać wnioski, zastrzeżenia i uwagi do projektu założeń.
8. Rada gminy uchwala założenia do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe, rozpatrując jednocześnie wnioski, zastrzeżenia i uwagi zgłoszone w czasie wyłożenia projektu założeń do publicznego wglądu. https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/download.xsp/WDU20240000266/O/D20240266.pdf [dostęp: 04-06-2024]
[10] art. 116 ust. 1 pkt 2 ustawy z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (Dz. U. z 2023 r. poz. 1436, 1681, 1597, 1762) mówi, że:
Przedsiębiorstwo energetyczne zajmujące się w obszarze danej sieci ciepłowniczej obrotem ciepłem lub chłodem lub wytwarzaniem ciepła lub chłodu i jego sprzedażą odbiorcom końcowym dokonuje zakupu oferowanego mu:
1) ciepła lub chłodu, wytworzonych w przyłączonych do tej sieci instalacjach odnawialnego źródła energii, w tym w instalacjach termicznego przekształcania odpadów, z wyłączeniem instalacji spalania wielopaliwowego stosujących paliwa kopalne,
2) ciepła odpadowego w rozumieniu art. 3 pkt 20i ustawy – Prawo energetyczne
– w ilości nie większej niż zapotrzebowanie odbiorców końcowych tego przedsiębiorstwa przyłączonych do tej sieci.
https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20230001436 [dostęp: 04-06-2024]
[11] Art. 45 ust. 1 pkt 1b) ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (Dz. U. z 2024 r. poz. 266) mówi, że:
1. Przedsiębiorstwa energetyczne ustalają taryfy dla paliw gazowych lub energii, stosownie do zakresu wykonywanej działalności gospodarczej, o którym mowa w art. 32 ust. 1, z wyłączeniem magazynowania energii elektrycznej i agregacji, które należy kalkulować w sposób zapewniający:
1b) pokrycie kosztów uzasadnionych działalności gospodarczej przedsiębiorstw energetycznych w zakresie budowy, modernizacji i przyłączania jednostek wytwórczych będących instalacjami odnawialnego źródła energii, w których jest wytwarzane ciepło, oraz instalacji, w których jest zagospodarowywane ciepło odpadowe, wraz z uzasadnionym zwrotem z kapitału zaangażowanego w tę działalność w wysokości nie mniejszej niż stopa zwrotu na poziomie 7%. https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/download.xsp/WDU20240000266/O/D20240266.pdf [dostęp: 04-06-2024]
