Říká se: nesahejte na věci, které fungují. Podle Ondřeje Beneše, obchodního a technického ředitele pro vodu společnosti Veolia ČR, bychom na ně ale sahat měli. Protože jedině zvyšování účinnosti a efektivity vodohospodářské infrastruktury nás může dostat do úrovně energetické i materiálové nezávislosti na vnějším okolí. A právě probíhající konflikt na Ukrajině nám ukazuje, jak důležité to pro služby, poskytované ve veřejném zájmu, je.
Proč je pro vodohospodářský sektor důležitý energetický audit? Jak snížit spotřebu elektrické energie, efektivně využívat teplo a jak nakládat s bioplynem? O tom všem a dalších věcech promluvil Ondřej Beneš na letošním 20. ročníku vodohospodářské konference Provoz vodovodů a kanalizací.
Efektivita a úspory
„Zaměřím se na energetické úspory, konkrétně na přípravu a realizace projektů, které mohou přinést významné výsledky,“ říká na začátku přednášky Ondřej Beneš. Pokud chceme zlepšit energetiku čistírny odpadních vod, jsou úspory energií tím prvním, na co bychom se měli zaměřit. Nejprve je nutné se podívat na základní technické parametry provozovaného zařízení a pro porovnání aktuální efektivity využít data ze srovnání s obdobnými typy instalací (tzv. benchmarking). Společnost Veolia dlouhodobě zpracovává na úrovni zóny střední a východní Evropy i samostatně v ČR benchmarking úpraven vody, čistíren vody a dalších kritických bodů provozované infrastruktury. „Výsledky si nenecháváme pro sebe, pravidelně je zveřejňujeme a pomáháme tak ostatním v porovnávání,“ doplňuje Ondřej Beneš.
Z prvního příkladu benchmarkingu větší čistírny odpadních vod je patrné, že klíčovým prvkem čistírny, který spotřebovává nejvyšší množství elektrické energie, jsou dmychadla. V případě druhé ČOV, která čerpá odpadní vodu z velké hloubky, už je srovnatelná spotřeba čerpadel právě s dmychadly. „Okamžitě víme, na jakou konkrétní část se můžeme zaměřit, optimalizovat a začít uvažovat o zařízení, které můžeme upravit či nahradit,“ vysvětluje Beneš. Efektivně lze optimalizovat i spotřebu tepla. Elektrická energie a teplo jsou sice provázané oblasti, teplo je ale významnou složkou spotřeby z pohledu konverze plynu, který ČOV spotřebovává.
„Doplnění výroby či zvýšení produkce bioplynu nám umožní snížit spotřebu zemního plynu, případně elektřiny v případě, že nejsou dostupné plynové zdroje pro výrobu tepla,“ doplňuje Ondřej Beneš. I v tomto případě je možné podívat se na roční harmonogram spotřebovaného tepla a ověřit si, zda je spotřebováváno efektivně. Důležité je také omezit plýtvání nebo nevyužívání tepla, které je k dispozici.
„Základem je znalost konstrukcí a materiálových toků pro audit efektivity nakládání s teplem. V dnešní době navíc můžeme audit doplnit i o rychlé IČ snímkování, např. z dronu, poté je možné úniky rychle řešit a takové investice jsou rychle návratné,“ říká obchodní a technický ředitel společnosti Veolia. Dnes je snaha snižovat teplotu topné vody v systémech právě proto, že existuje obava z odstávek tepla. V ČOV je to velmi obdobné. Stačí sledovat topné systémy a upravit teplotu dle potřeby. Je třeba ale vnímat druhotné riziko potenciálního nárůstu organismů typu Legionella v otopných systémech.
Bioplyn a kogenerace
Z pohledu energetické soběstačnosti bylo ohromným technologickým skokem doplnění kalového hospodářství ve velkých čistírnách odpadních vod v ČR od 60. let o anaerobní vyhnívání s následným jímáním a energetickým využitím vznikajícího bioplynu (v letošním roce zesnul asi nejvýraznější propagátor této technologie v ČR prof. Michal Dohányos z VŠCHT Praha). U všech čistíren, produkujících dostatečné množství kalů, je nyní energetické využití vznikajícího bioplynu standardem. Přednáška se dále věnovala i kontextu legislativy EU.
„Technická screeningová kritéria, definovaná v rámci Taxonomie EU, potenciálně znamenají, že v budoucnosti nebude možné čerpat podporu či jakékoliv externí financování pro výstavbu či rekonstrukce čistíren odpadních vod s nízkou energetickou účinností. Právě metoda energetického benchmarkingu může určit nutná související energetická opatření v rámci rekonstrukce každé ČOV,“ říká Beneš a pokračuje: „Častým problémem je nedostatečné zahuštění kalu, vstupujícího do anaerobních reaktorů, příliš velký objem vyhnívacích nádrží či malá akumulace bioplynu (plynojem) v místě. V konkrétních případech je možné navrhnout a realizovat řešení, jakým je např. příjem a dávkování externích substrátů (upravené kapalné či organické/potravinářské odpady) pro zvýšení produkce bioplynu.“
Na dalším příkladu konkrétní čistírny Ondřej Beneš vysvětluje, proč má zmíněná ČOV ročně nižší množství produkované elektrické energie oproti velikostně obdobným ČOV. „Funguje kogenerační jednotka v optimálním provozu? Z porovnání s ostatními čistírnami je zřejmé, že kogenerace pracuje zhruba na 50% výkon, takže její účinnost je nižší, než kdyby pracovala na optimálním bodu zatížení. Řešením může být změna velikosti kogenerační jednotky, případně změna provozu zařízení, pakliže můžeme pracovat s dostatečným objemem akumulace bioplynu; případně pokud ČOV disponuje dvěma kogeneračnímí jednotkami, je výhodnější ponechat v provozu pouze jednu, ale na plný výkon,“ uvádí Beneš.
Fotovoltaika
Dalším prvkem v rámci operací snižování spotřeby energie je instalace fotovoltaiky. Schéma návrhu fotovoltaiky v dnešní době už dokáže vyhotovit běžná projekční firma. „Mějte ale na paměti, že fotovoltaiku na vodohospodářskou infrastrukturu projektovat a dodávat je výrazně složitější než na rodinné domky. Požadavky BOZP provozu, souběhy a starty strojů a zařízení i tepelné bilance v průběhu dnů v týdnu i ročních období musí být zváženy při návrhu. A zcela zásadní je provedení i měření v provozu, které vždy naše společnost provádí pro ověření vstupních dat,“ uvádí Ondřej Beneš.
Konkrétně pro čistírny s kogenerační jednotku je nutné zpracovat a schválit schéma, v němž nebude vyjádřena pouze roční bilance, ale i bilance denní či okamžitá. „Je to z toho důvodu, že nasazený regulační systém umožní optimální provoz v denním a nočním režimu,“ vysvětluje obchodní a technický ředitel Veolie. Fotovoltaické panely můžete nainstalovat na střechy nebo na volná prostranství. Instalaci není nutné omezovat pouze na čistírny, je možné osadit celou vodárenskou infrastrukturu, zejména vodojemy nebo zemní vodojemy. „Existují příklady instalací, kde jsou panely umístěny v každém koutu ČOV. Ze zkušeností víme, že panely lze umístit na každou čistírnu, i na ty menší,“ říká Ondřej Beneš. Pro střešní instalace je vždy ale třeba vyjádření statika, který posoudí, zda jsou střechy na instalaci vhodné.
Akumulace energie
Fotovoltaický systém může pracovat i s bateriemi. „Baterie je tím, co zálohuje, umožňuje elektrickou energii akumulovat pro chvíle, kdy ji fotovoltaika nevyrábí,“ vysvětluje Beneš a dodává: „Nicméně u většiny projektů, ČOV nevyjímaje, by musela být baterie vhodná pro provoz opravdu veliká.“ Mnohem efektivnější je namísto baterie používat k akumulaci teplo, které není v čistírně spotřebováno. Kupříkladu při vyhnívání kalů nebo při ohřevu.
Ondřej Beneš dále zmiňuje biometan, což je téma, na které se často zapomíná, přitom může významně pomoci k dosažení energetické soběstačnosti. „Biometanová konverze, například našimi membránovými jednotkami Memgas, které jsou aktuálně dodávány na ČOV v Praze, dokáže do distribuční sítě zemního předat více jak 97 % z energie produkovaného bioplynu. To je výrazně více, než kolik dokážeme využít z kogeneračních jednotek. Ty pracují s účinností konverze do elektrické energie kolem 35 % a u produkovaného tepla je z disponibilních 55 % transformované energie míra využití výrazně nižší, zejména v letním období,“ dodává.
Další výhodou membránových jednotek na úpravu bioplynu na biometan je možnost přímého napojení výstupu do místního středotlakého či vysokotlakého rozvodu díky kompresi bioplynu, nutné pro funkci vlastní membrány. Zásadním hlediskem pro případné rozhodnutí o produkci biometanu je výkupní cena i platba za certifikát původu. „Při rychlém pohledu na futures kontrakty s plynem je zřejmé, že trh již nepočítá s dosažením cen z letošního léta. Podle cenové indikace naší společnosti Veolia Komodity je ale možné počítat se zdvojnásobením tržní ceny právě příjmy z platby za certifikáty,“ říká Ondřej Beneš. Využívání biometanu má ještě jednu velkou výhodu. „Výroba biometanu může být v průběhu roku vysoce variabilní a dává tak producentovi vysokou flexibilitu bez dopadu na cenu za výkup,“ vysvětluje obchodní a technický ředitel společnosti Veolia.
Teplo
Tepelný potenciál čistíren odpadních vod je čím dále více využíván. Prostřednictvím tepelných výměníků jsme schopni získat teplo například z vyhnilých kalů. Řada ČOV však již využívá i teplo z odtékající vyčištěné odpadní vody. „Například Pražské vodovody a kanalizace postupně nasazují tepelné výměníky na odtok z menších ČOV a Pražská vodohospodářská společnost společně s Pražskou teplárenskou ze skupiny Veolia připravují vyvedení tepla z odtoku z ČOV do sítí centrálního zásobování teplem,“ říká Beneš. Takové využití se stává běžným standardem. Například Dánsko se snaží využít veškeré teplo z vyčištěných odpadních vod.
„Když si představíte, že teplota odtoku z ČOV je i zimních měsících kolem 12 °C a minimální výstupní teplota vody z tepelného výměníku je 4 °C, potom máte k dispozici 8 °C jako diferenci. Tepelnou energii transformujete a předáte třeba do města nebo zpět do čistírny,“ podotýká Ondřej Beneš. Zajímavá je i rekupreace tepla ze stlačeného vzduchu, což je zdroj tepla o výrazně vyšším potenciálu než odpadní voda, kde je návratnost investice rychlejší.
Primární je spolupráce
V případě, že chceme dosáhnout dlouhodobých cílů v oblasti klimatických změn, je spolupráce energetiky a vodárenství zcela klíčová. „Evropská unie se touží stát klimaticky neutrální, ale nezapomínejme na to, že i ostatní země, jako je např. Čína, mají vlastní ambice a k naplňování přijaly již konkrétní kroky a opatření. Aby došlo k nějaké změně, určitě potřebujeme spolupracovat celosvětově,“ doplňuje Beneš. Příkladem může být polské město, kde došlo k propojení naší energetické společnosti se společností, provozující kanalizace, díky čemuž je možné dodávat trvale teplo do domácností. „Tato spolupráce umožňuje dodávat ročně 38 tis. GJ, které jsou rekuperovány z odpadní vody či odtokového tepla z čistírny odpadních vod,“ vysvětluje Ondřej Beneš.
„Závěrem bych chtěl zdůraznit, že existuje široká škála úspor a optimalizací. Naše společnost vždy začíná vstupním auditem a návaznou komplexní studií proveditelnosti. Bylo by chybou nevzít do úvahy bioplyn, kogenerační jednotky, stávající fungování ohřevu, proto je třeba přistupovat ke každému zařízení komplexně. Teprve poté je možné udělat závěry a promítnout je do dlouhodobé koncepce investiční politiky. A osobně doporučuji nedeformovat výběr řešení tím, zda a kolik dostanu dotace pro jednotlivé varianty řešení. Dotace může být třešničkou na dortu, ale zvolená energetická optimalizace by měla být dlouhodobě samofinancovatelná i bez dotace,“ uzavírá obchodní a technický ředitel společnosti Veolia.
Článek vyšel v časopise Průmyslová ekologie 4/2022
Komentáře