W tym zadaniu przyjrzymy się bliżej sieciom ciepłowniczym 4. generacji i omówimy główne zasady stojące za tymi zrównoważonymi systemami. Sieci ciepłownicze zapewniały niezawodną, ekonomiczną energię od skromnych początków w końcówce XIX wieku.

Dzisiaj ich scentralizowana produkcja podgrzewanej i schłodzonej wody jest jednym z rozwiązań umożliwiających przezwyciężenie wyzwań szybkiej urbanizacji i zmian klimatu. Sieci ciepłownicze nadal ewoluują, a intensywne badania utorowały drogę do tzw. sieci ciepłowniczych czwartej generacji – innowacyjnego ekosystemu energetycznego z dużym potencjałem.

Ale co oddziela tę nową generację od obecnej? Najważniejszą cechą sieci ciepłowniczych czwartej generacji jest niska temperatura dostarczanej wody. W miarę jak budynki stają się coraz bardziej energooszczędne, możliwe będzie znaczące obniżenie temperatury wody – bez uszczerbku dla komfortu konsumenta.

Dzisiaj temperatura dostarczanej wody wynosi zazwyczaj 90°C, ale w celu zmniejszenia strat ciepła, temperatura może być zmniejszona do zaledwie 50°C w systemach 4. generacji. To samo dotyczy również chłodzenia zdalaczynnego – tylko w tym przypadku temperatura zostanie podniesiona od ok. 6° do nawet 12° w temperaturze przepływu.

To nowe podejście do temperatur wody ma pewne oczywiste korzyści: – Przede wszystkim mniej energii jest potrzebne do ogrzewania lub schładzania wody, co zmniejsza koszty i emisję CO2. – Po drugie, traci się mniej energii w sieci dystrybucyjnej przez rury w postaci strat termicznych. – Po trzecie, rurociągi doznają znacznie mniej stresu termicznego, co zapobiega wyciekom i wydłuża żywotność systemu.

Istnieje jednak inna ważna korzyść: Niska temperatura wody dostarczanej w ogrzewaniu zdalaczynnym umożliwia zakładom ciepłowniczym zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii i uwzględnienie źródeł o niskich temperaturach, takich jak źródła energii geotermalnej. Zwiększa to również wydajność kolektorów słonecznych, energii wiatrowej i nadwyżce ciepła z procesów przemysłowych.

W ten sposób zakłady mogą korzystać z różnych źródeł lokalnych, aby wspierać zrównoważoną produkcję. Zakłady obsługujące sieci ciepłownicze 4. generacji będą mogły również magazynować nadmiar ciepła przez dłuższy czas.

Okresowe magazynowanie w dużych, mocno izolowanych podziemnych zbiornikach umożliwia zakładom zbieranie energii, np. energii słonecznej w okresie letnim, i używanie jej do ogrzewania domów w okresie zimowym. Takie wykorzystanie energii, która w innych przypadkach jest marnowana, jest ważnym aspektem poprawy zrównoważonego rozwoju w tym sektorze.

Kolejny ciekawy aspekt sieci ciepłowniczych 4. generacji to pojęcie prosumentów. Prosument jest konsumentem energii, który przyczynia się do produkcji energii, np. zużywa energię z sieci, przed dostarczeniem energii z powrotem do tej samej sieci.

Jednym ze sposobów tworzenia prosumentów jest montaż paneli słonecznych na budynkach lub wykorzystanie nadmiaru ciepła od użytkowników w małej skali. Integracja prosumentów zwiększy ogólną produkcję zielonej energii bez zwiększania śladu COi obniży koszty energii dla konsumenta.

Chociaż wszystkie te perspektywy oferują wspaniałe możliwości zredukowania naszego globalnego zużycia energii, istnieje kilka wyzwań do pokonania. Na przykład, gdy zmniejszymy temperaturę wody zasilającej, otrzymamy niższą deltę T. Ze względu na niższą deltę T ryzykujemy, że konsumenci najbardziej oddaleni w sieci nie osiągną minimalnej różnicy ciśnień, chyba że zakłady zwiększą ciśnienie po stronie zasilania.

Jednak można pokonać ten problem, stosując zasady dynamicznych sieci ciepłowniczych: zamiast polegać na jednej potężnej pompie zasilającej w zakładzie, dynamiczne sieci ciepłownicze wykorzystują szereg pomp na drodze do konsumenta. W ten sposób pompy mogą pracować ze znacznie niższą prędkością, co prowadzi do oszczędności energii.

Dzięki zastosowaniu pomp o zmiennej prędkości obrotowej w celu dostarczania wody do mniejszych sekcji sieci, system jest również w stanie dostosować się do rzeczywistych wymagań, zamiast pracować cały czas z pełną prędkością. Praca z pełną prędkością może spowodować zmniejszenie ciśnienia w sieci, zwiększając ryzyko wycieków.

Podsumowując: 4. generacja sieci ciepłowniczych dostarcza podgrzaną wodę o niższej temperaturze i schłodzoną wodę o wyższej temperaturze do energooszczędnych budynków. Zmniejsza to zużycie i marnotrawstwo energii, zapewniając jednocześnie większą żywotność systemu i elastyczność w zakresie paliwa.

Odnawialne źródła energii, okresowe magazynowanie, prosumenci i strategiczne wykorzystanie pomp o zmiennej prędkości obrotowej – wszystko to sprawia, że sieci ciepłownicze 4. generacji są realnym rozwiązaniem dla wyzwań XXI wieku.