Klasifikacija tehnoloških generacija sistema daljinskog grijanja

Daljinsko grijanje podrazumijeva proizvodnju toplotne energije iz jednog ili više centralnih izvora te njenu distribuciju prema krajnjim potrošačima preko mreže cijevi koje prenose transportni medij (topla voda, para). Učešće sistema daljinskog grijanja (SDG) u EU, prema EU strategiji za grijanje i hlađenje, iznosi 9% i pretežno, kao pogonsko gorivo, koriste se prirodni plin (40%) i ugalj (29%).

Daljinsko grijanje podrazumijeva proizvodnju toplotne energije iz jednog ili više centralnih izvora te njenu distribuciju prema krajnjim potrošačima preko mreže cijevi koje prenose transportni medij (topla voda, para). Učešće sistema daljinskog grijanja (SDG) u EU, prema EU strategiji za grijanje i hlađenje, iznosi 9% i pretežno, kao pogonsko gorivo, koriste se prirodni plin (40%) i ugalj (29%).

Na prostoru BiH u 2018. godini identifikovano je ukupno 35 kompanija iz oblasti sistema daljinskog grijanja, od čega je 33 aktivno. Na osnovu podataka iz 2017. godine (podaci o instalisanoj snazi, osnovnom energentu, godišnjoj proizvodnji toplotne energije, te priključnoj površini grijanja sistema daljinskih grijanja u BiH), najveći udio, oko 39%, u godišnjoj proizvodnji toplotne energije zauzima toplota dobivena iz termoelektrana i industrijskih postrojenja gdje se kao primarni energent koristi ugalj, dok se 27% energije dobija iz prirodnog gasa. Udio drvne biomase u ukupnoj proizvodnji energije u SDG u BiH je značajan i iznosi 19% (slika 1.).

Razvoj sistema daljinskog grijanja, na osnovu svojih karakteristika i načina korištenja toplotnih izvora, može se podijeliti na četiri generacije.  Prva generacija se razvila krajem 19. stoljeća, a karakterizira je korištenje pare visoke temperature kao medija za prenos toplote. Do tridesetih godina prošlog vijeka to su bili uobičajeni sistemi daljinskog grijanja, korištene su betonske cijevi za rad na veoma visokim temperaturama. Zbog toga ovi sistemi nisu bili efikasni i danas je ova generacija tehnološki zastarjela, mada neki sistemi još uvijek koriste paru, naročito ukoliko se industrijska postrojenja nalaze u blizini potrošača. Druga generacija sistema daljinskog grijanja je razvijena 1930-ih godina, a osnovna joj je karakteristika prenošenje toplotne energije vrelom vodom pod pritiskom, temperature  u polaznom vodu iznad 100 °C. Shodno tome, vrelovodne cijevi su se postavljale u betonske kanale.

Sa svakom novom generacijom sistema daljinskog grijanja temperatura ogrjevnog medija je padala, tako da se treća generacija,  koja se koristi od 1970-ih pa sve do danas, od druge generacije, razlikuje po iznosu polazne temperature koja je obično ispod 100 °C. Ono što je neophodno za transport medija (vrele vode) u mreži, jeste da sistem uvijek bude pod pritiskom, što znači da temperatura sistema daljinskog grijanja može biti iznad 100°C sa još uvijek tečnom fazom vode u mreži, obzirom na činjenicu da je temperatura ključanja vode viša u uslovima pod pritiskom iznad 100 °C. Uvođenjem ove generacije se povećala sigurnost opskrbe toplotnom energijom, međutim nedostatak ovih sistema jeste gubitak efikasnosti usljed pojave visokih temperatura.

U zadnjoj, četvrtoj generaciji medij je nisko – temperaturna voda temperature od 70 °C i niže, s ciljem povećanja energijske efikasnosti.

Posmatrajući stranu proizvodnje, u prvoj generaciji kao energent koristilo se lož ulje, koje se u drugoj generaciji proširilo na prirodni plin, i kogeneracijska postrojenja na prirodni plin i ugalj, a u trećoj generaciji upotrebljavana je biomasa, industrijski viškovi i spaljivanje otpada. U četvrtoj generaciji daljinskog grijanja više se ne koriste kogeneracijska postrojenja ili samostalna postrojenja na prirodni plin i ugalj. Potencijalni izvori toplote u četvrtoj generaciji su otpadna toplota iz industrije, kogenerativna postrojenja za spaljivanje otpada, postrojenja na biomasu, geotermalni i solarni termalni sistemi (centralno solarno grijanje), toplotne pumpe većih kapaciteta, otpadna toplota iz rashladnih sistema i drugih izvora energije.

Ono što predstavlja izazov četvrte generacije sistema daljinskog grijanja tj. niskotemperaturnih sistema daljinskog grijanja, jeste da osiguraju minimalnu temperaturu tople vode kako bi se spriječila kontaminacija bakterija legionelama koja mogu izdržati temperature iznad 50°C nekoliko sati (slika 3).

Najnovija – četvrta generacija centraliziranih toplotnih sistema urbanistima omogućuje povezivanje energijske efikasnosti, uz istodobno povećanje mogućnosti proizvodnje toplotne energije iz obnovljivih izvora energije što traži cjeloviti, strateški pristup. Naprednom četvrtom generacijom se smatraju velike toplotne pumpe, koje predstavljaju ključnu tehnologiju za pametne energijske sisteme sa udjelom obnovljivih izvora energije (OIE) do 100% (Lund i dr., 2014).

Četvrta generacija sistema daljinskog grijanja predstavlja koherentan tehnološki i institucionalni koncept, koji kroz pametne toplotne mreže obezbjeđuje razvoj održivih energijskih sistema i podrazumijeva integraciju svih raspoloživih izvora toplote u jednu jedinstvenu mrežu (otpadna toplota iz industrije, toplota iz obnovljivih izvora energije, kogeneracija i dr.) za snabdijevanje toplotnom energijom za grijanje i hlađenje niskoenergijskih zgrada, sa niskim gubicima i visokom energijskom efikasnošću. Ovom tehnološkom transformacijom, za koju motiv imaju i potrošači i energetske kompanije, teži se ka inteligentnim sistemima daljinske energetike u gradovima. Glavna karakteristika četvrte generacije je da se toplota distribuira s nižim temperaturama nego što se primjenjuje u trećoj generaciji. Distributivna mreža može distribuirati toplotu proizvedenu iz različitih energetskih izvora, od kojih se u posljednje vrijeme sve više koriste industrijski viškovi, toplota iz kogeneracija na biogoriva, geotermalna energija, solarna energija, te i viškovi električne energije (posebno OIE kao što su vjetroelektrane, koje svoju energiju odlažu skladištenjem toplotne energije kako u dnevnim tako i u sezonskim skladištima). Za postizanje razmatranih ciljeva izazov će biti uravnotežiti ponudu i potražnju za energijom, za što su vrlo pogodna skladišta toplotne energije.

Sezonsko skladištenje značajno poskupljuje čitav sistem tako da kratkoročno i srednjoročno nije realno očekivati takav način primjene npr. solarne energije u daljinskim grijanjima u BiH. Potencijal za primjenu solarne energije su relativno mala, nova daljinska grijanja izgrađena po principima četvrte generacije daljinskih grijanja (relativno niske temperature vode u sistemu) koje će isporučivati toplotu i za pripremu tople potrošne vode te eventualno za neke niskotemperaturne industrijske procese. Razvoj tehnologija hlađenja će dugoročno učiniti konkurentnim i korištenje solarne energije za daljinsko hlađenje u kombinaciji sa koncentrirajućim solarnim elektranama (proces kogeneracije).

Za Bosnu i Hercegovinu se može zaključiti da je to nova generacija daljinskog grijanja, jer su u proteklom periodu projektovana uglavnom na vrelovodne sisteme. Kompanija CETEOR d.o.o. Sarajevo je do sada uradila nekoliko studija izvodljivosti sistema daljinskog grijanja za pojedine gradove u BiH (Pale, Sokolac, Teslić i Vitez),  koje su ukazale na višestruke benefite uvođenja sistema daljinskog grijanja, kako sa tehnološkog tako i sa aspekta sigurnosti snabdijevanja toplotnom energijom i zaštite okoliša.

Autor: MA Aida Hodžić, dipl.ing.maš., CETEOR Sarajevo, ahodzic@ceteor.ba