04.02.2025
Vytápění města řekou není sci-fi
Kromě odpadních vod z ČOV lze za pomoci tepelných čerpadel získávat tepelnou energii i z vodních toků. V Česku je takto již více než dvě desetiletí voda využívána pro potřeby Národního divadla nebo Rudolfina, v zahraničí však existují projekty, kde je takto získáváno teplo pro celé městské čtvrti či dokonce celá města. Nejnovějším příkladem je německý Mannheim, kde byl v roce 2023 uveden do provozu zdroj hodný podrobnějšího představení.
Pět stupňů vody v Rýnu není problém
Stojíme uvnitř nové, přibližně 20 metrů dlouhé a 10 metrů vysoké haly krčící se mezi bloky mnohasetmegawattové uhelné teplárny a elektrárny průmyslové aglomerace Mannheimu. Stroj, za kterým jsme cestovali z Prahy více než pětset kilometrů, jede naplno a nekompromisně přehlušuje všechny naše zvídavé dotazy, které se snažíme pokládat místnímu technikovi. Na teploměrech zasazených do spletité cesty potrubních tras lze odečíst – teploty vody na vstupu 5 °C, teplota vody na výstupu 93 °C.
Nové tepelné čerpadlo „XXL“ je v Německu zatím prvním o takové velikosti. Do jedné strojovny se podařilo umístit tepelný výkon 20 MW, což odpovídá několika tisícům tepelných čerpadel běžné velikosti pro rodinné domy.
Pro získávání tepla však nevyužívá obligátní venkovní vzduch nebo zem, ale blízko ležící vodu řeky Rýna. Tomu je uzpůsobena konstrukce stroje; disponuje více než desetimetrovým ležatým výměníkem válcového tvaru tvořeným stovkami dlouhých úzkých trubiček, jimž prochází říční voda. V oddělené části výměníku známém jako tzv. výparník je chladivo, které vodu ochlazuje a tím se mění jeho skupenství (z kapaliny v plyn). Chladivo v plynné fázi nasává a současně stlačuje turbínový dvoustupňový kompresor poháněný mohutným 6 kV elektromotorem a tím přivádí do druhého tepelného výměníku, tzv. kondenzátoru, do jehož sekundární části je zavedena topná voda vracející se z městské soustavy dálkového vytápění. Z přibližně 60 °C se průchodem tohoto výměníku ohřeje o více než třicet stupňů. Stroj je takto vysoké výstupní teploty topné vody dosahovat až do teploty vody v řece okolo 4 °C, což je de facto téměř po celý rok s výjimkou delších mrazivých dnů. Na jednu vyrobenou kilowatthodinu tepla je typicky za těchto podmínek zapotřebí něco málo více než 0,3 kilowatthodiny elektřiny. Detailně si procházíme jednotlivé trasy a hledáme, kudy všechna média proudí. Pokorně obdivujeme technickou krásu celého zařízení a pořizujeme si společnou fotografii.
Velká tepelná čerpadla skrývají velký potenciál
Opakovatelnost obdobných projektů – tedy velkých tepelných čerpadel využívajících jako zdroj nízkopotenciální tepla říční vodu – je přitom obrovská. Pokud by v daném místě měla být takto ochlazena voda v řece o 1 °C, paralelně by zde mohlo souběžně pracovat více než pět set (!) takovýchto energetických zdrojů. Proto také například odborníci z Fraunhofer Institut für Energieinfrastruktur und Geothermie (IEG) v Cottbusu tuto technologii nazývají "spícím obrem", s jehož pomocí by bylo možné zajistit tepelné potřeby celých měst.
Obdobné zařízení je v Německu už také na řece Sprévě v Berlíně a další projekty jsou v přípravě. Nejvíce instalací tohoto typu pak je možné nalézt ve Skandinávii – například ve Stockholmu je v provozu od poloviny 80. let minulého století strojovna s tepelnými čerpadly o celkovém tepelném výkonu těžko uvěřitelných více než 100 MW. Stroje přitom využívají mořskou vodu místního zálivu a ochlazují ji dokonce k či dokonce pod nulu °C (díky tomu, že je slaná, má podnulový bod tuhnutí). Švédsko tehdy tímto způsobem řešilo dopady ropné krize v řadě svých měst a „energocenter“ s tepelnými čerpadly využívajícím různé povrchové a odpadní vody o výkonech v desítkách megawatt zde postupně vzniklo několik desítek (!) – pro vznik těchto projektů bylo přitom důležité, že země disponovala dostatečnými kapacitami ve výrobě elektřiny a umožnila její dodávku pro potřeby těchto zařízení za příznivých cen.
K opravdovému boomu tohoto bezemisního zdroje tepla (a rovněž i chladu, je-li pro něj využití) dnes dochází ve Finsku a Dánsku, kde jsou ve fázi přípravy i projekty mající budoucí tepelný výkon ve stovkách megawatt – například finské Helsinky či dánský Aalborg budou po roce 2030 vytápěna dominantně tepelnými čerpadly voda-voda napojenými na místní soustavy dálkového vytápění a využívajícími povrchové či odpadní vody.
Jak jsme na tom v České republice
V Česku je zatím tato technologie opravdovou popelkou. Několik instalací nalezneme v Praze, zatím však jen sloužící pro potřeby jedné budovy (Národní divadlo, Rudolfinum). Růstový potenciál je však opět obrovský – jen Vltava má díky existenci vltavské kaskády přehrad o několik stupňů vyšší teplotu v zimním období, což umožňuje fakticky provoz i v nejchladnějších dnech roku. Za běžného průtoku (okolo 150 m3/s) by ochlazením o jeden °C bylo možné získat tepelnou energii v množství převyšující 600 MW (!). Od roku 2027 by vltavskou vodou mohl být vytápěn Úřad vlády ČR - Strakova akademie, v případě je i zajímavý projekt v lokalitě pražského Smíchova, kde by tepelná čerpadla měla být umístěna na speciálně navržené pontony. Další zajímavé projekty jsou přitom na území Prahy v přípravě. Ostatní řeky v zemi jsou na tom sice hůře, ale vhodně zvolená technologie tepelného čerpadla si s tím dokáže poradit. Pokud by některého starostu či zástupce samosprávy možné využití místního vodního toku pro vytápění či chlazení městských objektů oslovilo, je existují již odborníci, kteří mohou takový projekt podrobněji posoudit či rozpracovat.
T. Voříšek, SEVEn (tomas.vorisek@svn.cz)
S poděkováním společnosti SIEMENS Energy, která návštěvu zajistila a byla dodavatelem celého zařízení v Manheimu.