Toplotne črpalke in drugi OVE: Stroškovno učinkovito in do okolja prijazno ogrevanje

Ti poleg prijaznosti do okolja zagotavljajo tudi družbene koristi, kot so varnost preskrbe z energijo, preprečevanje energetske revščine, neodvisnost od dobave in nihanja cene na globalnem trgu, (zelena) delovna mesta in zviševanje dodane vrednosti.

Raba OVE je na poti k trajnosti potreben, ni pa zadosten pogoj. Umestitev učinkovitega sistema za rabo OVE sama po sebi še ne zagotavlja trajnostnega razvoja, je pa eden ključnih dejavnikov na poti v decentralizirano proizvodnjo energije in lokalno energetsko samopreskrbo. Trajnostni razvoj in v tem procesu neločljiva raba lokalnih OVE namreč nista več vprašanje zgolj podnebnih sprememb, ampak tudi iskanje rešitev glede cene energije, na katero nimamo vpliva. Z drugimi besedami – kako zadržati denar doma in ga namesto za energijo porabiti za kakovostnejše življenje.

Gospodinjstva pri izbiri načina in vira za ogrevanje razmišljajo predvsem o družinskem proračunu, veliko manj pa na te odločitve vplivajo drugi vidiki trajnosti. Zato je toliko pomembneje, da se ob približno enaki stroškovni učinkovitosti različnih načinov ogrevanja objektivno seznanijo tudi z drugimi vplivi. Lep primer je trenut­no nizka cena fosilnih energentov, ki je marsikoga prepričala, da (še) ne bo investiral v ogrevalni sistem z okoljsko sprejemljivejšim energentom. Izkušnje nas učijo, da že več kot leto dni privlačna cena fosilnih goriv (na meji rentabilnosti s približno 30 dolarji za sodček, ki je pred nekaj leti stal že okoli 150 dolarjev) ni stabilna in je posledica strateških in krhkih političnih razmer v svetu. Raba ekstra lahkega kurilnega olja (ELKO) za ogrevanje v gospodinjstvih se je v zadnjih 20 letih v Sloveniji več kot prepolovila ravno zaradi visoke cene energenta, vendar se je ta pozitivni trend z lansko pocenitvijo močno upočasnil.

Še do lani je zamenjava ELKO z lesnimi gorivi ob razmeroma nizkem strošku prilagoditve kotla pomenila takojšnje zmanjšanje stroškov ogrevanja za 50 odstotkov (peleti) ali več (drva). Zamenjava zemeljskega plina je bila s stroškovnega vidika manj ugodna. Potrebna je namreč tudi zamenjava kotla, ker plinskih kotlov ni mogoče ustrezno prilagoditi na lesno gorivo, zato se s takšnimi primeri srečamo zgolj v primerih, ko člani gospodinjstva posedujejo gozd ali imajo kako drugače dostop do brezplačnih polen.

Univerzalnega, enoznačnega odgovora na vprašanje, kateri način je stroškovno najbolj učinkovit za trajnostno preskrbo gospodinjstev s toploto, ni mogoče podati brez poznavanja njihovih možnosti, potreb in želja. Gotovo pa pogovor s strokovnjakom o napredku tehnologij, vseživ­ljenjskih stroških posameznih sistemov, morebitni tehnični (ne)primernosti želenega sistema za našo stavbo ipd. lahko pomaga k odločitvi, s katero bomo dolgoročno zadovoljni. Ob tem je treba poudariti, da gre učinkovita raba energije, torej skrb za dobro izolacijo ovoja stavbe in energijsko učinkovito stavbno pohištvo, z roko v roki z odločitvijo o primernem ogrevalnem sistemu in zagotavlja celovito rešitev za naš dom.

Pri načrtovanju izbire stroškovno učinkovitega vira toplotne energije je brez dvoma osnovni podatek cena enote toplote. S postavitvijo različnih virov na isti imenovalec, v našem primeru toplotno energijo v MWh, lahko med seboj primerjamo ceno 1 MWh toplote, ki jo vsebujejo različne vrste goriv. Na grafu na strani 18 je prikazana primerjava med ceno 1 MWh toplotne energije iz nekaterih goriv/sistemov, ki se v Sloveniji najpogosteje uporabljajo za ogrevanje gospodinjstev. Primerjava je prikazana za obdobje od julija 2007 do konca februarja 2016 in nazorno pokaže razliko med stabilnostjo nekaterih (predvsem domačih) energentov v primerjavi s fluktuacijo drugih (fosilna goriva).

Les

Slovenija je bogata z gozdovi in lesom, ki je tako naš OVE z največjim potencialom za trajnostno ogrevanje stavb. Izraba lesnega bogastva mora biti najprej namenjena izdelkom z visoko dodano vrednostjo, za kar je potrebna ponovna mobilizacija domače lesnopredelovalne industrije. Manjvreden les pa se uporablja za kurjenje v individualnih kuriščih in predstavlja prevladujoč energent v gospodinjstvih. Je lokalni OVE in razmeroma poceni gorivo, vendar ima lahko tudi neželene učinke, zlasti povišano koncentracijo trdnih delcev v izpustih (PM10 in še nevarnejši PM2,5), kar je ponekod postal pereč problem. Pri iskanju ustreznejšega načina energetskega izkoriščanja velikega potenciala lesne biomase so razvijajoče se in nekatere že komercialno dostopne inovativne tehnologije (npr. kogeneracija s procesom uplinjanja lesne biomase) korak v pravo smer, v Sloveniji še posebno v kombinaciji s sistemi daljinskega ogrevanja v urbanih, gosto naseljenih območjih. Sistemi daljinskega ogrevanja na lesno biomaso so eden najpomembnejših trajnostnih ukrepov za izboljšanje kakovosti zraka, saj je pri velikih kotlih ali kogeneracijskih sistemih mogoče bistveno bolj učinkovito nadzirati in uspešno zmanjšati pomanjkljivost lesnih goriv – izpust trdnih delcev v ozračje.

Ne glede na to bodo lesna goriva tudi v gospodinjstvih z individualnimi kotli ostala najbolj dosegljiva pot k trajnostni preskrbi z energijo. Sodobni kotli na polena, pelete in/ali sekance so tehnološko in večinoma tudi stroškovno najučinkovitejša rešitev. Dovolj velik zalogovnik toplote lahko izkoristek kotla na les občutno izboljša. Peleti so med lesnimi gorivi najdražji in tudi ogljično nevtralni niso, saj je potrebna neobnovljiva energija za njihovo izdelavo – v nasprotju s poleni, ki pri ročni sečnji, sekanju in spravilu že pred gorenjem v kotlu vsaj trikrat grejejo.

Toplotne črpalke

V Sloveniji druga, iz nekaterih vidikov še primernejša in tudi stroškovno učinkovita rešitev je preskrba gospodinjstev s toploto s toplotno črpalko. Tako grelno število toplotnih črpalk (COP) kot delež OVE pri proizvodnji električne energije v Sloveniji (približno tretjina) pomembno vplivata na delež OVE pri toploti iz toplotne črpalke. Pri današnji stopnji razvitosti tehnologije te naprave uporabljajo že okoli 90 odstotkov OVE. Tudi zaradi tega so učinkovit način ohranjanja naravnih virov, zmanjševanja emisije toplogrednih plinov in predstavljajo najučinkovitejši posredni način za izkoriščanje energije sonca za ogrevanje stavb v Sloveniji.

Tehnologija je dobro razvita, njihovo delovanje je učinkovito, zanesljivo in so manj občutljive na vremenske spremembe kot večina drugih nizkoenergijskih sistemov za pretvorbo OVE. Toplotne črpalke uporabljajo hladilni cikel za temperaturno kondicioniranje nizkoenergijskih virov energije iz okolja (zrak, zemlja ali podzemne vode) za ogrevanje prostorov in/ali sanitarne vode ali hlajenje prostorov. Največji mogoč izkoristek Carnotovega toplotnega stroja s temperaturo hladnega rezervoarja 0 °C in s temperaturo toplega rezervoarja 30 °C znaša 9,77. V Sloveniji sodobne toplotne črpalke zrak-voda dosegajo tipično povprečno letno grelno število (COP) 3,5, kar pomeni, da z eno enoto električne energije proizvedejo 3,5 enote toplotne energije. Za toplotne črpalke zemlja-voda velja, da dosegajo povprečni COP 4,5, voda-voda pa 5. V letu 2012 je bil v Sloveniji delež OVE pri proizvodnji električne energije 31,4 odstotka, kar pomeni, da je toplotna črpalka s COP 3,5 izkoriščala 80,4 odstotka obnovljivih virov in 19,6 odstotka neobnovljivih virov energije za svoje delovanje. To pomeni približno 35 odstotka manj primarne energije za enak obseg ogrevanja kot pri primerljivih sistemih na ELKO ali zemeljski plin. Doseganje cilja za leto 2020, tj. 39,3-odstotnega deleža OVE v nacionalnem elektroenergetskem sistemu, bo pomenilo, da bo enaka toplotna črpalka za svoje delovanje uporabljala 82,7 odstotka energije iz OVE. Taista toplotna črpalka je na Švedskem že leta 2012, ko je delež OVE v tamkajšnjem elektroenergetskem sistemu dosegal 60 odstotka, uporab­ljala za svoje delovanje kar 88,6 odstotka energije iz OVE.

Celovito oceno finančnih učinkov različnih sistemov ogrevanja daje metoda stroš­kovnega optimuma. Stroškovna krivulja primerja primarno energijo in neto sedanjo vrednost za različne parcialne in paketne kombinacije ovoja in sistema. Na ta način je mogoče celovito določiti ekonomski optimum pri določeni energijski zasnovi stavb.

Neposredna primerjava letnih obratovalnih stroškov je enostavnejša metoda, s katero lahko ustrezno opredelimo sisteme glede na stroškovno učinkovitost različnih virov energije za ogrevanje stavbe. Stroškovno in okoljsko primerjavo nekaterih najpogostejših ogrevalnih sistemov smo izvedli na primeru tipične enodružinske hiše z letno rabo 18,3 MWh končne energije za ogrevanje prostorov in pripravo tople sanitarne vode. Uporabili smo tipične podatke za učinkovitost analiziranih sistemov, skupaj s povprečnimi cenami energentov in energije v Sloveniji v februarju 2016.

Pri presoji vpliva na okolje smo izračunali standardno emisijo CO2 z uporabo koeficientov, kot jih predpisuje PURES 2010 in so navedeni v Tehnični smernici TSG-1-004:2010. Pri emisijah nismo upoštevali drugih za okolje in človeka škodljivih snovi, kot so dušikovi in žveplovi oksidi in prašni delci, ki imajo izrazitejši lokalni vpliv, vendar jih je treba upoštevati predvsem pri umeščanju individualnih ogrevalnih sistemov na urbanih in geografsko neugodnih gosto naseljenih območjih.

Primerjava pokaže, da so kljub trenutno zelo nizkim cenam fosilnih goriv ogrevalni sistemi na OVE še vedno stroškovno izrazito cenejši kot ogrevanje na ELKO ali zemeljski plin. Izstopajo toplotne črpalke, saj znašajo stroški za ogrevanje prostorov in sanitarne vode za analizirano enodružinsko hišo le še od 38 do 54 odstotkov stroškov sistema na ELKO. Tudi neposredna zamenjava kotla na ELKO s toplotno črpalko brez zamenjave ogrevalnih teles, zaradi česar je potrebno delovanje na višjem temperaturnem nivoju, kar smo ocenili z nižjim COP = 2,5 za sistem zrak-voda, se izkaže za stroškovno učinkovit ukrep s približno 25-odstotnim prihrankom pri stroških za energijo. Kurjenje s poleni ostaja eden najcenejših in najdostopnejših načinov ogrevanja, medtem ko je ogrevanje s peleti dražje od ogrevanja s toplotno črpalko. Tudi vpliv ogrevanja gospodinjstev na globalno segrevanje ozračja, ki ga večinoma povezujejo z višanjem koncentracij CO2 v ozračju, govori močno v prid uporabe sistemov na OVE. Ker gre za standardno emisijo CO2, je ta pri lesnih gorivih nična, pa tudi pri toplotnih črpalkah je v vseh primerih nižja kot pri fosilnih gorivih.

S tem ogrevalni sistemi na OVE kljub trenutno neobičajno nizki ceni fosilnih goriv še vedno vzdržujejo ekonomsko, pa tudi okoljsko motivacijo pri ljudeh za bolj trajnostno ogrevanje, čeprav so nekoliko višje investicije (kotel na lesno biomaso z zalogovnikom, toplotna črpalka …) za marsikoga še vedno razlog, da ostane pri ogrevanju s fosilnimi gorivi. Ko bodo cenovna razmerja med različnimi gorivi spet vzpostavljena na pričakovanih ravneh – kar se bo slej ko prej zgodilo, in to brez našega vpliva –, bodo tudi ti zadržki odpravljeni.

V Sloveniji pomenijo toplotne črpalke in kotli na lesno biomaso največji poten­cial za trajnostno povišanje deleža OVE pri preskrbi gospodinjstev s toplotno energijo. Zamenjava ELKO, najpogostejšega fosilnega energenta, z zemeljskim plinom, ki lokalno sicer manj onesnažuje okolje, je izgubil ekonomske prednosti, pa tudi že prej ni izpolnjeval trajnostnih in strateških razvojnih usmeritev. Toplotne črpalke uporabljajo visok delež OVE pri svojem delovanju in so okoljsko sprejemljiv in ekonomsko učinkovit način ogrevanja s (potencialno) pozitivnimi družbenimi multiplikativnimi učinki. Primerne so za (skoraj) vse stavbe.

Individualni kotli na različne oblike lesne biomase ostajajo stroškovno zelo učinkovit način ogrevanja, upoštevati pa je treba izpust trdnih delcev in njegove posledice. Nekateri drugi sistemi za izkoriščanje OVE, ki so bolj odvisni od naravnega spreminjanja vremenskih razmer (sprejemniki sončne energije, sončne elektrarne), so lahko primerni za bolj trajnostno preskrbo gospodinjstev z energijo, njihova vrednost pa se kaže predvsem v ekonomski in tehnični dostopnosti tehnologij, s katerimi lahko vsak posameznik prispeva k hitrejšemu prehodu v trajnostno družbo.