Budoucnost patří chytrým městům. Jenže, která to jsou?

Hospodárné využívání odpadů, zadržování dešťové vody, vytápění zbytkovým teplem a mnoho dalších technologií a přístupů patří do arzenálu chytrých měst. Jsou to právě města, která čelí výzvám budoucnosti. Více než padesát procent světové populace totiž žije ve velkých městech nebo aglomeracích. Ta jsou podle vědců zodpovědná přibližně za tři čtvrtiny globálních emisí CO2. Za zaběhnutými příklady se proto vydáváme pro inspiraci do Vídně, která patří k lídrům v zavádění inovativních a hospodárných opatření.

Obnovitelné zdroje energie jsou pro centra měst mnohdy zapovězené, neboť vyžadují někdy velmi specifické podmínky. Například pro využití biomasy nebývá moc možností z prostorových a logistických důvodů a stejně tak pro větrnou elektrárnu je potřeba poměrně velká plocha a hlavně dobré větrné podmínky. Nicméně i tak může být ve městech dostatek vhodných ploch pro výrobu udržitelné energie, které jsou nevyužité. Jde hlavně třeba o fotovoltaiku nebo geotermální energii.

Výroba obnovitelné energie ve Vídni vzrostla mezi roky 2005 a 2016 o 67,2 %. Její podíl na celkovém objemu vyrobené energie vzrostl z 5,5 % na 9,1 %. Včetně dovozu pak činil celkový podíl obnovitelné energie v rakouské metropoli v roce 2016 16,8 %.

Vlastníci energie
V roce 2018 postavila městská dceřiná společnost Wien Energie první komunitní fotovoltaický systém na střeše bytového domu v Lavaterstrasse ve městě Dunaj. Systém o ploše 400 m2 dokáže zásobovat solární energií 48 domácností z vlastní střechy. Tato elektrárna ročně vyrobí 60 000 kWh elektřiny a přebytky přivádí do sítě. Při běžné spotřebě tak každá domácnost pokrývá zhruba 30 % své roční spotřeby energií z vlastní fasády.

Tento systém navíc umožňuje lidem do fotovoltaických systémů investovat. Na 26 podobných elektráren ve městě a blízkém okolí již přispělo více než 10 000 lidí částkou přes 35 milionů eur. Z přibližně 68 000 bytových domů ve Vídni je asi 10 % těchto ploch vhodných pro výstavbu těchto elektráren.

Termální využití kalu z čistíren odpadních vod
Přestože pojem „udržitelná výroba energie“ vyžaduje, aby zdroje energie byly plně obnovitelné, neznamená to nutně, že musí jít jen o potenciál přírody. Základ výroby energie může tvořit i odpadní produkt. Takovým příkladem je spalovna nebezpečných odpadů a čistírenských kalů Simmeringer Haide. Proces, který vyvinula Wien Energie, zpracovává ročně 140 000 tun čistírenského kalu. Ve vícestupňovém procesu se organická část čistírenského kalu nejprve zredukuje a vzniká metan, který se používá k výrobě tepla a elektřiny. To umožňuje čistírně odpadních vod vyrobit dostatek elektřiny na vlastní provoz. Poté se část čistírenského kalu odvodní v mechanických odstředivkách a se zbytkem se znovu promíchá, aby se dosáhlo výhřevnosti potřebné pro spalování. V dalším kroku je tato směs spálena při 850 °C ve fluidních pecích v elektrárně Simmeringer Haide. Výsledná pára o teplotě 350 °C se pak používá k výrobě elektřiny nebo horké vody pro síť dálkového vytápění ve Vídni. Další zajímavostí je získávání fosforu ze zbývajícího popela. Fosfor je totiž klíčovou surovinou, které je velký nedostatek.

Bioplyn z kuchyňských zbytků
Vídeňské zařízení na zušlechťování bioplynu ročně vyprodukuje přes jeden milion metrů krychlových biometanu z přibližně 22 000 tun kuchyňského odpadu. To stačí k zásobování 900 vídeňských domácností a ušetří přes 3000 tun CO2 ročně. Zařízení je první ve Vídni, které přetváří bioplyn na biometan. Jako vstupní materiál slouží bioplyn vyrobený a odsířený v bioplynové stanici. Aby jej bylo možné dodávat do sítě jako biometan, je nutné oddělit oxid uhličitý obsažený v bioplynu, zbylý sirovodík a také perpeny a siloxany pomocí moderního membránového separačního procesu. Tím se z bioplynu s obsahem metanu až 70 % stává téměř čistý biometan s obsahem metanu až 99 %. Biometan je poté stlačen na napájecí tlak až 70 barů a přiváděn do plynárenské sítě.

Také v tuzemsku je poměrně velký potenciál. České sdružení pro biomasu (CZ Biom) očekává, že do roku 2030 bude až 200 tuzemských bioplynových stanic vyrábět zhruba 500 milionů metrů krychlových biometanu ročně. To odpovídá víc než čtvrtině roční spotřeby zemního plynu v domácnostech ČR. „Biometan je plnohodnotná, obnovitelná náhrada zemního plynu. Může být uplatněn všude, kde se používá zemní plyn, včetně dopravy, kde ve stlačené (bioCNG) nebo zkapalněné (bioLNG) formě pomůže snížit emise. Jde o první pokročilé biopalivo, které je masově dostupné již dnes,“ uvedli už dříve zástupci sdružení.

Uchovávání energie
Jednou z nejdůležitějších součástí energetického systému z obnovitelných zdrojů jsou skladovací technologie. Větrné, solární a vodní energie je i ve středoevropských podmínkách sice poměrně dost, ale jejich výkon kolísá. Tento nedostatek však může vyvažovat ekonomická atraktivita flexibilních tarifů.

Dobrým příkladem akumulace tepla jsou dva speciální kontejnery v elektrárně Simmering. Tyto dva zásobníky, vysoké 45 metrů, mají tepelnou akumulační kapacitu 850 MWh, což odpovídá množství tepla potřebného pro 20 000 domácností za rok. Ocelové nádrže mají celkový skladovací objem 11 000 m3 s tlakem 10 barů na jejich dně. Uchovávají teplo tak dlouho, dokud není potřeba. To znamená, že teplo z teplárny se může využívat méně, zatímco kogenerace, spalovny odpadu nebo výroba energie z obnovitelných zdrojů mohou být využívány ještě efektivněji.

Do protikladu k tomu se dá postavit Čína, která sice masivně investuje hlavně do solárních panelů a větrných turbín, ale buduje je tak rychle, že síť nedokáže pojmout jejich produkci. Podle agentury Bloomberg téměř 12 % zelené energie, kterou v autonomní oblasti Vnitřní Mongolsko vyrobily turbíny, přišlo letos nazmar, protože je rozvodná síť nepobrala. Podobně nestačila na deset procent energie ze solárních panelů v chudé provincii Čching-chaj v centrální části země. Ve slunné a větrné, ale řídce osídlené provincii Kan-su na severozápadě země by míra využití větrné a solární energie letos mohla klesnout pod 90 % z téměř 97 % v roce 2021.

Největší vodní kotel ve Vídni
Dodávky elektřiny, zásobování teplem a doprava jsou sektory do značné míry nezávislé na sobě, ale jejich propojení je v současné době velmi diskutovaným pojmem. K propojení těchto sektorů existuje široká škála dostupných technologií, jako třeba nám nejznámější spojení výroby tepla a elektřiny z principu zařízení pro energetické využití směsných odpadů. Jiným způsobem se dá střídavě podle potřeby vyrábět energie či teplo i z přírodních obnovitelných zdrojů, jako to dělá elektrárna na principu „Power-2-Heat“ v okrese Leopoldau. Zjednodušeně řečeno jde o předimenzovanou konvici, která přeměňuje přebytečnou elektřinu na ekologické teplo. Výroba solární nebo větrné energie je obtížně kontrolovatelná a závisí na počasí, takže v případě přetlaku se aktivuje systém Power-2-Heat a přebytečnou elektřinu ze sítě využije k ohřevu vody v elektrodových kotlích. Voda ohřátá asi na 160 °C je přiváděna do sítě dálkového vytápění a využívána v okolních domácnostech. Tato elektrárna v Leopoldau absorbuje přebytek až z deseti větrných turbín. Tímto způsobem lze zajistit teplo pro 20 000 domácností ročně.

Chytrý blok
Energetickou síť takzvaného SMART Blocku v Geblergasse tvoří mimo jiné potrubní systém mezi několika budovami, ve kterém proudí voda o teplotě mezi 5 a 25 °C. To umožňuje například absorbovat odpadní teplo z různých zdrojů. Ve větším měřítku fungují tyto systémy již nějakou dobu například ve Švýcarsku, zejména tedy v nově budovaných sídlech. Tady v Geblergasse nešlo sice o stavbu nových budov, ale o renovaci starých bytových domů. Sluneční teplo získané prostřednictvím kolektorů je v létě akumulováno v zemi v hloubce až 150 metrů, a v topné sezóně je přiváděno zpět do sítě a prostřednictvím tepelných čerpadel využíváno k vytápění a ohřevu vody. V létě se naopak využívá pro šetrné a finančně nenáročné chlazení bytů.

Unikátní budova na náměstí Getreidemarkt
Jeden z bloků Technické univerzity Vídeň na náměstí Getreidemarkt je největší energeticky úspornou kancelářskou budovou v celém Rakousku. Pro extrémní snížení spotřeby nebylo třeba ani tak složitých technologií, jako spíš pečlivé analýzy a optimalizací více než 9300 jednotlivých komponent. Bývalá katedra chemie má 11 pater s čistou podlahovou plochou 13 500 m2, kde pracuje a studuje asi 800 zaměstnanců a studentů.

Základem pro úsporu energií se stal vylepšený plášť domu doplněný vysoce energeticky úspornou technologií uvnitř budovy. Pro výrobu energie je naprosto klíčovým bodem fasáda, kde najdeme největší fotovoltaický systém integrovaný do fasády budovy v Rakousku (230,6 kWp), dále fotovoltaický systém na střeše s (97,8 kWp) a zpětné získávání odpadního tepla ze serverové místnosti.

Princip pasivního domu pro celý komplex
V rámci projektu Eurogate vznikl na pozemcích Aspangründe ve 3. vídeňském obvodu komplex čtyř budov s 238 byty a čtyřmi komerčními prostorami. Budovy mají sedm podlaží a ve vstupní hale je společenská místnost pro všechny obyvatele. Ventilaci ve všech bytech zajišťuje řízené větrání s rekuperací tepla s centrálními větracími jednotkami. Téměř všechny byty procházejí celou šířkou objektu, aby dovnitř dopadalo co nejvíce denního světla a aby nebylo třeba přes den využívat umělé osvětlení ani v chodbách. Komplex se může chlubit také zelenými střechami a fasádami, využitím volných prostranství pro zeleň a zadržováním dešťové vody.

Topení zbytkovým teplem
O svoje zbytkové teplo se dělí továrna na výrobu oplatek Manner. Teplo z pecí vyhřívá 600 bytů. I takováto recyklace průmyslového odpadního tepla je nezbytnou součástí chytrých měst.

V plném provozu je tento systém od roku 2016, kdy továrna dokončila modernizaci výrobní linky. Na jedné straně tak z výrobní linky vyjíždějí známé oplatky a na straně druhé běží proces dálkového vytápění. Horký „odpadní“ vzduch z vodní trouby, který vzniká při procesu pečení, se shromažďuje v trubkách a vede na střechu pomocí ventilátoru. Tepelný výměník pak přeměňuje horký vzduch na horkou vodu. Za tímto účelem byly v areálu závodu Manner instalovány rozvody dálkového vytápění, výměník tepla a připojení k zásobovacím systémům Wien Energie. Tepelné výkony jsou 1 megawatt a roční příkon kolem 5600 MHh. To znamená, že 600 domácností v bezprostřední blízkosti v okresech Hernals a Ottakring mohou využívat toto vytápění.

Čerpadlo nové dimenze
Opět se vrátíme do elektrárny Simmering, která má podle údajů Wien Energie ve svém areálu největší a nejvýkonnější tepelné čerpadlo ve střední Evropě s tepelným výkonem 27,2 až 40 megawattů. Technologie instalovaná v tomto komplexním zařízení umožňuje výrobu tepla při velmi nízkých teplotách. Počínaje teplotní úrovní 6 °C lze pomocí tepelného čerpadla dosáhnout 95 °C. Dříve nevyužitelné odpadní teplo v chladicí vodě kogenerační jednotky se tak přivádí do sítě dálkového vytápění. Protože i teplota hlavního potrubí dálkového vytápění ve Vídni je poměrně nízká, inteligentní distribuční systém zajišťuje, že voda je optimálně využívána tam, kde požadované teploty odpovídají právě teplotám generovaným tepelným čerpadlem. To zajišťuje dodávku tepla pro 25 000 vídeňských domácností a ročně ušetří kolem 40 000 tun CO2.

Také v Česku roste zájem o tepelná čerpadla a to i v domácnostech. Loni vzrostly prodeje čerpadel meziročně o čtvrtinu. Zákazníkům firmy dodaly zhruba 30 165 tepelných čerpadel, přičemž největší podíl patří čerpadlům typu vzduch-voda, kterých se loni prodalo 28 380. Zájem o tepelná čerpadla každým rokem roste nejméně od roku 2010, ale loňský rok byl podle statistik Ministerstva průmyslu a obchodu rekordní.

Kombinace chytrých technologií
Řadu z možných inovací mohou města zavádět sama. I když podpora pro klimatickou strategii může na národní úrovni pokulhávat nebo chybět úplně, má toto úsilí vedení měst a obcí o to větší význam. Ukazuje to například Globální pakt primátorů a starostů. Tato úmluva představuje závazek signatářských měst a obcí překročit cíle energetické politiky EU při snižování emisí CO2 a to prostřednictvím posilování energetické účinnosti a produkováním a využíváním čistější energie. K iniciativě se přidalo už 11 295 měst z 59 zemí světa. Z České republiky se připojilo 175 signatářů.

„Nejde jen o jednu spásnou technologii. Nejde jen o fotovoltaické panely, o zadržování dešťové vody nebo městskou mobilitu. Je nutné spojit všechno dohromady, aby to fungovalo. Změna je možná, jen musíme přemýšlet jinak,“ řekla Doris Österreicherová z vídeňské Univerzity přírodních zdrojů a biologických věd na konferenci Smart City SuMMit 2022 ve Vídni. Zdůraznila, že v rámci konceptu chytrých měst je třeba přemýšlet o jednotlivých řešeních nebo místech jako o součásti celku. „Žádné město nebo lokalita není samostatnou entitou. Je potřeba myslet o všem ve vztahu k ostatním. Například když jedna budova vyrobí víc tepla, než potřebuje, může zásobovat vedlejší stavbu. Žádné řešení neobstará všechno, je třeba je kombinovat,“ dodala.

Energetický systém pro budoucí dekády se musí tedy vyvíjet jinak než systém fosilního věku. Uhlí, ropu nebo plyn dnes dodává poměrně malá hrstka významných hráčů. Navíc tyto komodity lze snadno přepravovat a využívat bez ohledu na místo vzniku. Naproti tomu obnovitelné zdroje energie, včetně odpadních produktů, vyžadují mnohdy velký prostor nebo zvláštní infrastrukturu a u každého nového projektu je třeba důkladně promyslet způsob využití v nejbližším okolí. To znamená, že do energetického plánování bude muset být zapojeno mnohem více lidí a subjektů než doposud.

-sol-

Napsat komentář

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.

deník / newsletter

Odesláním souhlasíte se zpracováním osobních údajů za účelem zasílání obchodních sdělení.
Copyright © 2022 Profi Press s.r.o.
crossmenuchevron-down