Prevádzka nových zdrojov tepla v rámci celkovej rekonštrukcie budovy

1. Úvod

Územie Slovenska sa nachádza v miernom podnebnom pásme s kontinentálnou klímou, kde sa striedajú teplé letá s pomerne studenými obdobiami konca jesene, zimy a skorej jari. Dôležitou podmienkou uspokojovania potrieb obyvateľstva je tepelná pohoda počas vykurovacieho obdobia. Legislatíva SR a EÚ vyžaduje pri zásobovaní teplom dodržiavanie energetickej efektívnosti a plnenie požiadaviek environmentálnej legislatívy, odberatelia zase požadujú konkurencieschopnosť dodávaného tepla oproti iným spôsobom zásobovania teplom po ekonomickej stránke. Dôležitou stránkou SCZT je zachovanie tepelnej pohody, komfortu a bezpečnosti dodávok tepla a prípravy teplej vody (TV) pre odberateľov.

2. Popis pôvodného spôsobu zásobovania teplom

Zdrojom tepla pre oblasť Hornej Nitry bol zdroj KVET v ENO, pričom hlavnou činnosťou ENO bola výroba elektriny z domáceho uhlia pre ES SR. Výroba elektriny bola ekonomicky podporovaná ako VHZ SR. Celková ročná spotreba uhlia postupne klesala z 2,5 mil. ton, t.j. 7,0 TWh na 1,2 mil. ton, čo je menej ako 3,5 TWh PEZ. Výroba elektriny vo VHZ klesla v roku 2019 na úroveň 870 GWh/rok a celková dodávka tepla bola na úrovni cca 280 GWh, t.j. 1000 TJ/rok. V tom čase už bol stanovený termín ukončenia výroby elektriny vo VHZ z domáceho uhlia na 31.12.2023. V roku 2019 bola potreba tepla z SCZT v meste Prievidza 115 GWh (415 TJ/rok). Na obr. 1 sú položky dodávky tepla pre obyvateľstvo, priemysel a občiansku vybavenosť vo všetkých troch lokalitách. Priama dodávka tepla pre priemysel bola v pare, dodávka pre obyvateľstvo sa uskutočňovala v horúcej vode cez TN 2×DN200 z ENO do Zemianskych Kostolian. Hlavná vetva dodávky diaľkového tepla bola cez TN z ENO do 15 km vzdialenej Prievidze. TN zásoboval cca 1200 bytov v meste Nováky a 14 500 bytov v Prievidzi. Dimenzia TN bola 2×DN600 a dĺžka trasy 14,5 km. Prenosová schopnosť TN pri teplotnom spáde 150/70 °C bola 137,0 MW tepelných.

Rozhodujúcim momentom pre efektívnosť diaľkovej dodávky tepla bola dohoda o ukončení dodávky tepla v pare pre priemysel a Vojsko v lokalite mesta Nováky, najneskôr v roku 2023. Po rozhodnutí, že odbery tepla v pare vyznačené červenou, resp. čiernou farbou na ľavom grafe obr. 1 budú ukončené, by potreba tepla klesla o polovicu a ťažisko potreby tepla sa presunulo do Prievidze, ilustrácia je na pravom grafe obr. 1. Celkovo 68,6 % tepla a 21,9 % strát (spolu 90,5 %) bolo viazaných na odberateľov v SCZT Prievidza.

Obr. 1 Porovnanie pôvodnej dodávky tepla z ENO a predpoklad DT po odstavení ENO

Distribúciu tepla v Prievidzi vykonávala spoločnosť Prievidzské tepelné hospodárstvo, a.s. Prievidza (PTH), ktorého koncepcia zásobovania teplom bola vybraná ako náhrada po roku 2023 pre celú oblasť. Na obr. 2 je schéma prepojenia CZ tepla v Prievidzi s CZ KVET v bani Cígeľ a CZ tepla v Laskáre pre odberateľov tepla v SCZT Nováky.

Obr. 2 Situačná schéma RT a distribučnej siete SCZT PTH Prievidza po roku 2023

2.1 Popis technického riešenia CZ tepla pre SCZT Prievidza

Technické riešenie výroby tepla pozostáva z prevádzky dvoch centrálnych zdrojov, základný zdroj KVET pre SCZT Prievidza vyrába teplo na báze OZE a KVET a je lokalizovaný v areáli bane Cígeľ. CZ KVET vyrába teplo na báze biomasy, drevných štiepok (DŠ), nízko-potenciálneho tepla z banských vôd pomocou dvoch kaskád s dvoma tepelnými čerpadlami (TČ), celkovo teda 4 ks TČ s tepelným výkonom 4,1 MW, termo-solárnymi systémami (TSS) s počtom 1350 kolektorov s tepelným výkonom 2,3 MW a z kogeneračnej jednotky (KGJ) na ZPN. Celkový inštalovaný tepelný výkon základného CZ tepla je 13,6 MW a elektrický výkon 1,0 MW. Doplnkový – špičkový centrálny zdroj tepla je umiestnený v južnej časti mesta Prievidza. V CZ tepla sú inštalované tri teplovodné kondenzačné kotly na báze ZP pre potreby dodávky tepla do SCZT Prievidza. Inštalovaný tepelný výkon 2 × 14,5 MW a 1 × 4,6 MW, všetky kotly sú opatrené kondenzačným výmenníkom, celkový súčtový výkon špičkového zdroja je 33,6 MW. CZ tepla bude vyrábať teplo predovšetkým vo vrchole vykurovacieho obdobia (VO) zima_max..

2.2 Technické riešenie zdroja výroby tepla pre SCZT Prievidza

Obr. 3 Principiálna schéma zdroja KVET SCZT na OZE a ZPN

Principiálna schéma CZ tepla je na obr. 3. Zdroj je dimenzovaný na dodávku tepla pri výpočtovej teplote −14,0 °C zima_max.. Ročná potreba tepla na prahu SCZT v preberacom bode K1 (ZB3) je podľa klimatických podmienok 2021–2023 na úrovni 118,5 GWh/rok. Potreba tepla bola určená z podkladov PTH pri predpokladaných tepelných stratách RT cca 20,0 %.

Dodávka tepla sa uskutočňuje v teplej, resp. horúcej vode. Celkový inštalovaný tepelný výkon zdroja je 48,6 MW_t, dimenzovaný je na dodávku tepla 126,9 GWh/rok (456,8 tis. GJ/rok). Parametre podľa obr. 3 zohľadňujú krytie potreby tepla a tepelné straty rozvodov tepla z CZ KVET v areáli bane Cígeľ a CZ tepla na ZPN lokalizovanom v ZB3 (K1) z prahu ktorého je vyvedený HV 2×DN600 do SCZT Prievidza.

Kotolňa na biomasu, drevné štiepky (DŠ) s celkovým tepelným výkonom 6,0 MW_t je jestvujúci zdroj tepla, ktorá je osadená dvoma kotlami s výkonom 2 × 3,0 MW_t. Zdroj je vybavený tak, aby spoľahlivo plnil požiadavky na dodávku tepla a zabezpečil 50% podiel tepla z OZE. Zariadenia na výrobu tepla sú zapojené podľa principiálnej schémy obr. 3. Zdroj KVET s KGJ na ZPN s výkonom do 1,0 MW vyrába elektrinu na pohon tepelných čerpadiel. TČ zapojené do dvoch kaskád s dvoma TČ s inštalovaným tepelným výkonom 4,1 MW_t transformujú teplo získané z banských vôd do výstupnej vody SCZT, ktorú na požadovanú teplotu dohreje teplo z KGJ s inštalovaným tepelným výkonom 1,2 MW. V období mimo vykurovacieho obdobia sa takto získané teplo dodáva do SCZT Prievidza. Termo-solárne systémy s výkonom do 2,3 MW umiestnené na ploche bývalej skládky uhlia predhrievajú banskú vodu alebo ohrievajú vratku, aby SOP TČ bolo maximálne možné.

TN 2×DN300 s prenosovou schopnosťou do 30 MW pri teplotnom spáde 30 °C dodáva teplo zo základného CZ KVET Cígeľ do SCZT Prievidza. Rezerva v dimenzii rozvodu tepla umožní v budúcnosti rozšírenie výkonu zdroja na báze OZE, čo zníži dodávku zo špičkového zdroja na ZPN. Zariadenie na udržiavanie tlakovej diferencie a statického tlaku v primárnych rozvodoch tepla SCZT, ako aj VS SCZT sú inštalované priamo v CZ tepla Prievidza jeho inštalovaný tepelný výkon je 33,6 MW umiestnený je v priemyselnom parku na juhu Prievidze.

Obr. 4 Priebeh výroby tepla na CZ tepla v Prievidzi a CZ KVET v bani Cígeľ

Obr. 5 Podiel zdrojov energie na výrobe tepla pre SCZT Prievidza

Účelom technológií na využívanie OZE je plnenie legislatívnej podmienky pre dosiahnutie 50,0% podielu vyrábaného tepla na báze OZE, resp. OZE + KVET, ktorú budú CZ pre SCZT mesta Prievidza plniť, aby systém mohol byť považovaný za „účinné centralizované zásobovanie teplom“. Na obr. 4 je priebeh potreby tepla a jeho krytie zdrojmi v SCZT PTH Prievidza.

Na obr. 5 je grafická ilustrácia potreby tepla a plnenia 50% podielu tepla z OZE.

3. Centrálny zdroj tepla v areáli „Laskár“ pre SCZT PTH – Nováky

SCZT v meste Nováky je teplonosným médiom teplá voda. Časť SCZT zásobuje firma Fortischem, odpadovým teplom z priemyselných procesov. Základným zdrojom tepla pre SCZT PTH Nováky je CZ tepla kotolňa na drevné štiepky v lokalite Laskár na obr. 6, Kotly sú umiestnené v samostatnom objekte, inštalovaný tepelný výkon zdroja je 6,40 MW_t. V kotolni na DŠ sa nachádzajú dva identické teplovodné kotly K1 a K2 výrobcu SCHMID AG, menovitý tepelný výkon každého kotla je 3,20 MW_t, vrátane spalinového termokondenzátora, garantovaná účinnosť kotlov je 85,5 %. Rok výroby kotlov K1 a K2 je 2022, ich základné parametre sú uvedené v tab. 1. Schéma zapojenia CZ a odberov v SCZT je na obr. 6.

Obr. 6 Schéma výroby a distribúcie tepla v SCZT PTH Laskár – Nováky

Legenda:
ZT – zdroj výroby tepla Laskár
OČ_SCZT – obehové čerpadlo SCZT
M_SCZT – meradlo na vstupe do SCZT PTH
MPR – merač tepla primárny rozvod
MSR – meradlo na vstupe do SCZT PTH

Spotreba tepla na zásobovanie klesla na súčasných menej ako 8 000 MWh/rok. V Novákoch systém CZT prevádzkuje firma Benet, s.r.o. Odber tepla pre SCZT závisí od klimatických podmienok. V lokalite Novák sa nachádzajú aj priemyselní odberatelia, Baňa Nováky (BN) a Banská mechanizácia a elektrifikácia (BME). Pre zásobovanie lokality je potrebný výkon zdroja tepla 5,5 MW. Podľa podkladov sa zatiaľ predpokladané zaťaženie nepotvrdzuje, avšak stále trvá prechodový stav odstavenia ťažby uhlia v areáli BN.

Z SCZT v lokalite Nováky je zásobovaných cca 700 bytov, čo je 60 % celkového bytového fondu a priemysel v zásobovacom území zdroja a rozvodov tepla budúceho SCZT Laskár.

Obr. 7 CZ tepla teplovodné kotly v zásobovacom území SCZT PTH – Nováky

4. Centrálny zdroj tepla pre SCZT PTH v obci Zemianske Kostoľany

V obci Zemianske Kostoľany ako v jednej z mála obcí v SR sa dlhodobo rozvíja SCZT, bolo to najmä zásluhou Slovenských elektrární, ktoré v katastrálnom území obce prevádzkovali viac ako 80 rokov prvú systémovú elektráreň ENO. Odberateľmi tepla sú bytové spoločenstvá, OcÚ Zemianske Kostoľany, RD, v ktorých bývali aj mnohí zo zamestnancov ENO a organizácie, ktoré obchodovali s ENO, a subjekty občianskej vybavenosti vo vlastníctve SE. OcÚ mal eminentný záujem na zachovaní SCZT, aby sa to uskutočnilo, bolo potrebné vybudovať nielen CZ tepla, ale aj zrekonštruovať rozvody tepla, problémom je nízka dodávka tepla. Pôvodné položky dodávky tepla sú ako podiely odberateľov v roku 2019 na ľavom grafe obr. 8 a v roku 2024 na pravom grafe obr. 8. Z obrázkov je zrejmé, že „dočasne“ vypadol odber v objektoch SE, celková dodávka tepla sa znížila na polovicu a straty stúpli na trojnásobne. Je predpoklad, že DT do opustených objektov (ubytovne, sklady, ...) sa obnoví.

Obr. 8 Podiel odberateľov a strát RT na dodávke tepla celkom v SCZT ZK

Rozpočítavanie tepla z SCZT vykonáva Benet, s.r.o. Odber tepla závisí od klimatických podmienok. Tepelné straty rozvodu tepla sú na úrovni cca viac ako 30,0 % práve pre nízku výrobu a dodávku tepla, ktorá sa pohybovala v rokoch 2021–2023 na úrovni 1200 MWh/rok, čo je polovica z objemu dodávky tepla (2500 MWh) podľa bilancií roka 2019.

Základný zdroj – teplovodná plynová kotolňa je umiestnená v samostatnom objekte na ulici kpt. Weinholda č. 49 v Zemianskych Kostoľanoch, obr. 9. Inštalovaný tepelný výkon zdroja je 1,15 MW_t. Vo vybudovanej kotolni sú inštalované dva identické teplovodné kotly K1 a K2 výrobcu Viessmann, menovitý tepelný výkon každého kotla je 0,575 MW_t. Rok výroby kotlov K1 a K2 je 2022, ich základné parametre sú uvedené v tab. 1. Teplovodné kotly sú vybavené radiačným pretlakovým plynovým modulačným horákom Weishaupt Matrix CM2. Odvod spalín je zabezpečený spoločným nerezovým dymovodom zaústeným do trojvrstvového nerezového komína s tepelnou izoláciou s priemerom ϕ 400 mm. Vlastná spotreba elektriny je zabezpečovaná napájaním z 22kV prevádzkovateľa SSD, a.s. Žilina.

Obr. 9 Schéma SCZT PTH v lokalite Zemianske Kostoľany

5. Záver

Náhradu dodávky tepla z ENO prevzali lokálne centrálne zdroje tepla a KVET, pričom SCZT v mestách Prievidza, Nováky a v obci Zemianske Kostoľany zostalo v plnej miere zachované. Teplo sa vyrába na báze OZE a ZPN. Lokalizácia zdrojov tepla pre SCZT z časti využije aj tepelné rozvody, resp. trasu pôvodného TN a to zo zdroja Cígeľ do Prievidze a zo zdroja Laskár do Novák. V obci Zemianske Kostoľany je inštalovaný lokálny zdroj tepla na báze ZP. Zoznam všetkých zdrojov tepla pre SCZT PTH je v tab. 1.

Vzhľadom na ekonomické dopady bolo cieľom realizovať konkurecieschopné riešenie s pôvodným zásobovaním s SCZT, ale aj v porovnaní s individuálnymi zdrojmi tepla. Ekonomické podmienky sa zásadne zmenili, zvýšili sa ceny ZPN aj elektriny, negatívne zapôsobil aj ďalší prepad v dodávke tepla najmä v lokalite Laskár. Rok 2025 bude prvým uceleným rokom prevádzky všetkých zdrojov, je možné predpokladať, že hlavný cieľ, vysoká energetická efektívnosť, pomôže splniť požiadavku dosiahnutie podmienok pre účinné CZT.

Inovatívnosť technického riešenia zásobovania Hornej Nitry je v tom, že s významným podielom sú využívané OZE, (nízko-potenciálne teplo banských vôd) a termo-solárne systémy sú integrované v CZ KVET pre SCZT. Odberatelia tepla v Prievidzi budú mimo vrcholu vykurovacieho obdobia teda cca 4500 hod/rok zásobovaní iba teplom na báze OZE a KVET, t.j. tak, ako to predpokladá IV. generácia SCZT. Situáciu by pomohlo zlepšiť, ak by PTH získala príspevok z „fondu pre spravodlivú transformáciu uhľových regiónov EÚ“, pretože veľkú časť investičných nákladov v súčasnosti znášajú odberatelia v cene tepla, ktorým EÚ zrušila plne funkčný zdroj KVET, ktorý plnil podmienky legislatívy EÚ na emisné limity, ich plnenie si len nedávno vyžiadalo významné investície na DESOX a DENOX. EÚ a SR rozhodla, že v Hornej Nitre napriek tomu odstaví výrobu elektriny z domáceho uhlia, čím boli tieto investície zmarené a tak sa stalo, že zo „spravodlivej“ transformácie je „nespravodlivá“. PTH totiž získalo na vybudovanie náhradného riešenia za plne funkčný pôvodný zdroj KVET ENO len tie finančné prostriedky, ktoré by získal pri rekonštrukcii zdroja tepla investor v akomkoľvek inom regióne SR. Investor (PTH) na to, aby splnil prísne podmienky legislatívy EÚ, musel použiť investične náročné technológie a prepustení baníci z Prievidze ich tak musia v cene tepla uhrádzať. Nenávratný príspevok tvoril menej ako 35 % z celkových investičných nákladov na výstavbu a rekonštrukciu zdrojov (42 mil. €).

Aby nielen centrálne zdroje tepla, ale aj systémy CZT boli prevádzkované efektívnejšie, bude potrebné pokračovať v náročnej rekonštrukcii rozvodov tepla a distribučných zariadení (KOST), čo je vhodná príležitosť na finančnú pomoc zo strany štátu a EÚ voči obyvateľom Prievidze. Získanie NFP na rekonštrukciu rozvodov tepla by bolo čiastočnou kompenzáciou už vynaložených investícií. Spravodlivé by totiž bolo, aby obyvatelia Prievidze celú rekonštrukciu SCZT vrátane zdroja získali z grantových prostriedkov.

Literatúra

1. Jankovský, Katina: Písomná správa z energetického auditu investičného zámeru pod názvom: „Zdroj výroby tepla pre SCZT Prievidza“, Zvolen 2020
2. Poradenské poznámky GN-2 Dodávka tepla z ENO Jaspers, Kaido-Paul Kranfeldt, jún 2019
3. Jankovský, Katina: Zámer výstavby zdroja tepla pre SCZT mesta Nováky, Zvolen 2021
4. Jankovský, Katina: Zámer výstavby zdroja tepla pre SCZT obce Zemianske Kostoľany, Zvolen 2021