Fotovoltaika šetří peníze při čištění odpadních vod
Zdroj: Florida Water Daily
Úspory pro obce, vodohospodářské společnosti, ale i jejich zákazníky nebo přínos pro klima a životní prostředí nabízejí fotovoltaické elektrárny, vyrábějící elektřinu pro provoz čistíren odpadních vod. Článek představuje příklady takových provozů z Česka i zahraničí.
Čištění odpadních vod je energeticky i finančně náročný proces. Podle údajů Mezinárodní energetické agentury je vodohospodářský sektor, který zajišťuje sběr, dopravu a čištění odpadních vod, odpovědný za 4 procenta globální spotřeby elektřiny. Provoz čistíren odpadních vod (ČOV) pak v mnohých případech představuje významnou zátěž obecních rozpočtů. U menších obcí se ČOV podílí na celkovém objemu nakupované elektřiny 25 až 40 procenty.
V souvislosti s nárůstem cen energie tak nejen obce, ale i další provozovatelé hledají cesty jak snížit náklady spjaté s jejich fungováním. Kromě možné optimalizace provozu, která se nabízí zejména u starších zařízení, se v poslední době zvyšuje počet fotovoltaických elektráren (FVE), které slouží ke krytí vlastní spotřeby ČOV. Podle velikosti provozu se objevují instalace o výkonu řádově nižších desítek kilowatt až po megawattové výrobny zásobující elektřinou ČOV velkých měst a jejich aglomerací.
Instalace fotovoltaické elektrárny na střeše ČOV v obci Nemile. Zdroj: archiv radnice obce Nemile
Příkladem menší instalace může být FVE umístěná na střeše ČOV v obci Nemile na Šumpersku, uvedená do provozu v roce 2021. Elektrárna je tvořena 50 solárními panely s celkovým výkonem 19 kWp. Za rok vyrobí zhruba 19 MWh, což představuje zhruba třetinu vlastní spotřeby ČOV. Elektrárna byla financována s využitím programu „Fotovoltaika za korunu“, kdy její instalaci i následný provoz zajišťuje společnost ČEZ ESCO. Investice do elektrárny je splácena formou odkupu vyrobené elektřiny za předem dohodnutou cenu. Po 15 letech provozu jí obec může odkoupit za symbolickou 1 Kč. Za dobu svojí životnosti by tato FVE měla obci přinést úsporu na nákupu elektřiny za více než 2 mil. Kč.
Do stejné velikostní kategorie spadá i FVE umístěná na střeše objektu ČOV v obci Drahanovice v Olomouckém kraji. FVE s instalovaným výkonem 34 kWp zde byla spuštěna v roce 2022. Náklady na její realizaci dosáhly 720 tis. Kč včetně DPH a očekávaná návratnost je po 3 až 5 letech provozu.
Bateriemi k vyšší efektivitě provozu
Pro vyšší využití vyrobené elektřiny lze FVE rozšířit také o bateriová úložiště. Příkladem může být FVE v areálu ČOV v obci Darkovice v Moravskoslezském kraji. Pozemní instalace o výkonu 19 kWp je zde doplněna o bateriové úložiště s kapacitou 40 kWh. Nevýhodou takového řešení jsou vyšší investiční náklady, které v tomto konkrétním případě dosáhly necelých 1,4 mil. Kč bez DPH. Výhod je hned několik. Kromě možnosti solárního napájení i v době, kdy slunce právě nesvítí, umožňují obecně vyšší využití výroby z FVE v čase. Pokud je systém vhodně dimenzován, mohou baterie zkrátit návratnost celé investice. Mimo to poskytují možnost provozu ČOV i při krátkodobém výpadku napájení ze sítě.
Bateriové úložiště doplňuje také FVE zásobující elektřinou ČOV v Dobříši. Ta je jednou ze dvou elektráren umístěných na objektech ve vlastnictví města. Jejich celkový výkon je 435 kWp. Kapacita bateriové akumulace dosahuje hodnoty 323 kWh. Celková částka vynaložená na realizaci projektu byla 22,8 mil. Kč bez DPH s tím, že na její podporu byla poskytnuta dotace ve výši 8,4 mil. Kč. Roční úspora za nakupovanou elektřinu je v případě ČOV odhadována na 2 mil. Kč s návratností vynaložených prostředků do cca 5 let.
Když už střechy nestačí
V případě, kdy z různých důvodů (nevhodná orientace, stínění apod.) není možné umístit solární panely přímo na budovy v rámci areálu ČOV, přicházejí v úvahu i jiné alternativy. Příkladem může být město Kunštát. ČOV tam představuje jednoho z největších spotřebitelů elektřiny v rámci majetku města. Z důvodu nevhodné dispozice není v plánu umístit FVE přímo v areálu čistírny. Namísto toho mají být panely osazeny jiné budovy města a získaná elektřina má být sdílena napříč městskými objekty, včetně ČOV.
V zahraničí je testována i konfigurace, kdy jsou panely umístěny na plovoucí konstrukci přímo na hladině nádrží ČOV. Pilotní projekt v tomto uspořádání realizovala například Univerzita v Kapském městě. V rámci projektu je vyhodnocován mimo jiné i vliv vody na snížení provozní teploty solárních panelů, což má příznivě ovlivňovat jejich výkon, nebo snížení odparu z nádrže stíněné těmito panely.
Stejného uspořádání má využívat i ČOV v obci Eching am Ammersee v bývalém východním Německu. FVE rozprostírající se na přibližně 50 procentech povrchu zdejších vodních nádrží má být během roku schopna vyrobit až 1 500 MWh elektřiny.
Fotovoltaická instalace nad ČOV ve městě Čeng-čou. Zdroj: AFP
Ultimátním řešením z hlediska prostorového využití jsou instalace zastřešující celý areál ČOV. Jednu z nich lze nalézt například v čínském městě Čeng-čou. FVE ne nepodobná agrivoltaickým instalacím zde zakrývá většinu areálu čistírny včetně nádrží a přilehlých ploch.
V případě vhodného geometrického návrhu je v kombinaci s bifaciálními solárními panely možné zužitkovat i sluneční záření odrážející se od povrchu pod takto instalovanými panely.
Kromě umístění na pevné ocelové konstrukci je možné využít i uspořádání, kdy jsou panely upevněny na ocelových lanech, napnutých mezi příhradovými nosníky, podobně jako je tomu v případě instalace v čínském městě Ši-ši v provincii Fu-ťien. Zdejší FVE je tvořena 10 tisíci panely, které dohromady generují výkon 3 MWp.
České plány do budoucna
Domácí instalace zatím megawattové velikosti nedosahují, i když i to se má brzy změnit. Do konce letošního roku by totiž měla na volné ploše areálu brněnské ČOV vyrůst FVE s výkonem necelého 1 MWp. Celkové náklady na její výstavbu mají dosáhnout více než 22 mil. Kč. Necelá třetina má být hrazena z modernizačního fondu, zbytek budou platit Brněnské vodovody a kanalizace.
Snímek areálu Nové vodní linky Ústřední ČOV v Praze na Císařském ostrově. Vzniknout by zde měla FVE o instalovaném výkonu přes 6 MWp. Zdroj: ČKAIT
Stejně tak Praha chystá rozsáhlý projekt využití fotovoltaiky na vodohospodářských budovách. Jen v letošním roce mají být FVE umístěny na prvních 15 objektů Pražské vodohospodářské společnosti (PVS) a firmy Pražské vodovody a kanalizace (PVK), která společně s PVS spravuje pražskou vodohospodářskou infrastrukturu. Jejich souhrnný výkon má být 2,2 MWp a odhadovaná roční výroba má dosáhnout 1 920 MWh. Celkově bylo identifikováno 74 budov obou společností které by do roku 2030 měly být osazeny střešní fotovoltaikou o výkonu 14,5 MWp. Ta by měla umožnit snížení nákladů na nakupovanou elektřinu až o jednu třetinu, což by se následně mělo promítnout i do ceny vodného a stočného.
Kromě toho je zvažováno také zastřešení Nové vodní linky Ústřední ČOV na Císařském ostrově. Vzniknout by zde měla FVE o výkonu 6,1 MWp, která by měla pokrýt 1/10 spotřeby tohoto provozu. Fotovoltaika je plánována i v souvislosti s připravovanou rekonstrukci nedaleké staré linky.
Energie nejen k čištění vody
Elektřina z FVE na vodohospodářských objektech nemusí sloužit výlučně ke krytí jejich technologické spotřeby. Příkladem může být společnost Ostravské vodárny a kanalizace (OVAK), která umístila střešní fotovoltaiku na budovu nově postavené provozní garáže. FVE o výkonu 34 kWp v kombinaci s bateriovým úložištěm o kapacitě 88 kWh dodává elektřinu nejen pro spotřebu v areálu provozu kanalizační sítě, ale slouží také k nabíjení služebních elektromobilů. Za tímto účelem je objekt garáží vybaven 5 kusy nabíjecích stanic (wallboxů) o jednotkovém výkonu 22 kW.
OVAK plánuje v souladu s dlouhodobým plánem jejich obměny postupnou náhradu všech vozidel se spalovacími motory za elektromobily, což se má týkat jak osobních, tak dodávkových automobilů. Sníží se tak provozní náklady i emise, protože elektřinu pro provoz vozového parku zde bude zajišťovat výhradně výroba z vlastní fotovoltaiky.
Závěr
V souvislosti s poklesem ceny příslušných technologií a nárůstem provozních zkušeností bude zajímavé sledovat další rozvoj nasazení fotovoltaiky v tomto sektoru. Lokální produkce, kdy existuje možnost okamžitého uplatnění takto vyrobené elektřiny, dává smysl v každém případě. Z jejího rozšíření by ve finále mohly profitovat nejen obce a vodohospodářské společnosti, ale i zákazníci a hlavně životní prostředí – velká část výroby elektřiny totiž u nás stále pochází z fosilních zdrojů jako je uhlí nebo zemní plyn.
Článek vyšel v měsíčníku PRO města a obce.
Autor je analytikem Asociace pro mezinárodní otázky.