04.02.2025

Proč je čistírna odpadních vod skrytý energetický drahokam obcí a měst?

Na možnou budoucnost čistíren odpadních vod se zaměřila Hodinka regionálního rozvoje SMO dne 26. listopadu 2024.  Mnoho starostů a provozovatelů čistíren odpadních totiž neví, že skýtají také možnost využití jako zdroje energie. Představeny byl hned tři příklady ČOV různých velikostí, které realizovaly nebo realizují projekty ke zvýšení jejich energetické soběstačnosti.

V souvislosti s připravovanou evropskou legislativou, která bude vyžadovat, aby čistírny s kapacitou nad 10 tisíc EO byly energeticky soběstačné, je třeba už dnes aktivně přemýšlet nad spotřebou energie ČOV a technologickým možnostem, které skýtají pro její pokrytí či dokonce výrobu nad tuto spotřebu. Inspirativní příklady z Havlíčkova Brodu a Litovle představil Ing. Tomáš Voříšek, technický ředitel SEVEn Energy, s nímž program webináře byl připravován. Dalším vystupujícím byl Ing. Jiří Rosický, ředitel Sekce strategických projektů Pražské vodohospodářské společnosti, který představil realizované i připravované projekty Ústřední čistírny odpadních vod v Praze. 

Praha: plány největší české čistírny

Ústřední čistírna odpadních vod hraje klíčovou roli v čištění odpadních vod na území hlavního města. V současnosti tato čistírna zpracovává přibližně 93 % OV na území Prahy. Vzhledem k rostoucímu počtu obyvatel v Praze se očekává, že v budoucnu bude potřeba vyčistit odpadní vody odpovídající až 2 mil. EO. K tomu poslouží dvě vodní linky. V letech 2015 až 2018 došlo k výstavbě nové vodní linky, která doplnila stávající vodní linku. Původní linku čeká modernizace, která by měla podle plánu začít již příští rok a počítá se s jejím dokončením v roce 2029. Na to naváže rekonstrukce kalového a energetického hospodářství. Díky těmto projektům by měla být ÚČOV schopná i do budoucna plnit veškeré nároky na ni kladené.

Součástí plánovaných projektů čistírny je i její přeměna na energeticky soběstačný systém. V současnosti vyrábí bioplyn, který je využíván kogeneračními jednotkami. Tato jednotka nejen že vyrábí elektřinu, ale je především zdrojem tepla, které se využívá pro podporu vyhnívacího procesu. V plánu je výstavba akumulačních nádrží pro bioplyn, které umožní lepší hospodaření s tímto zdrojem energie. Díky instalaci fotovoltaických panelů bude možné kombinovat různé zdroje energie a reagovat na aktuální situaci v energetické síti. 

Od roku 2023 se na čistírně provozuje zařízení na přeměnu bioplynu na biometan, který je následně dodáván do pražské distribuční sítě. V současnosti jde o přibližně 1,3 milionu kubíků ročně, ale s nově vybudovaným těžebním plynovodem se otevírá možnost výrazného navýšení dodávek. Biometan by tak mohl v budoucnu nejen doplnit, ale i částečně nahradit klasický zemní plyn. Dalšími plány na zajištění energetické soběstačnosti jsou projekty zaměřené na využití kalu nebo nízkopotenciálního tepla z vyčištěných odpadních vod prostřednictvím tepelných čerpadel. Využití kalu však limituje poloha čistírny, takže se předpokládá odvoz a využití u sesterské společnosti. 

Havlíčkův Brod: první energeticky pozitivní čistírna v zemi 

ČOV v Havlíčkově Brodě se může pyšnit titulem první energeticky pozitivní čistírny v ČR – a to již od roku 2010. Řadí se k čistírnám střední velikosti (současné biologické zatížení odpovídá cca 90 tis. EO) a zpracovává odpadní vody nejen z Havlíčkova Brodu, ale i z okolních obcí a místního průmyslu (škrobárna, textilní závod ad.). Právě díky tomu dosahuje důležité výhody oproti jiným běžným komunálním čistírnám, jelikož v odpadních vodách musí zpracovávat vyšší organické znečištění. Tím je schopna vyrábět z anaerobního zpracování kalu relativně vysoké množství bioplynu – řádově 1,7 mil. Nm3/rok, který instalované kogenerační jednotky mající v součtu el. výkon více než 300 kW dokáží zhodnotit do více než 2 tis. MWh elektřiny ročně; tedy přibližně v míře odpovídající obvyklé roční spotřebě. A to je bioplyn také využíván v zimním období v kotlích na výrobu tepla potřebného pro vytápění objektů. K energeticky pozitivnímu titulu ji však definitivně napomohla až investice do fotovoltaické elektrárny, která – snad mezi čistírnami v zemi jako první – proběhla už v roce 2010 a ročně navýšila „areálovou“ výrobu elektřiny o cca 500 MWh.  

Vedení společnosti, která ČOV za město provozuje, tedy Vodovody a kanalizace Havlíčkův Brod, a. s., a.s., však myslí dál a hledá cesty k dalšímu zlepšování. V letech 2019 a 2021 byla provedena rekonstrukce kalového hospodářství s cílem, kromě jiného, přejít na termofilní systém vyhnívání a zvýšit tak i zpracovatelskou kapacitu – co do množství kalu i výroby bioplynu. Společně s tím přitom byla instalována – v tuzemských podmínkách pravděpodobně rovněž poprvé – tepelná čerpadla voda-voda, kterými je nově kal před přívodem do nádrží předehříván, a to s vysokým průměrným ročním topným faktorem (tzv. SCOP převyšuje hodnotu 4). Čerpadla mají celkový tepelný výkon cca 170 kW a pro výrobu tepla využívají nízkopotenciální teplo z vyčištěných odpadních vod. Technologie je přitom navržena tak, aby do budoucna bylo možné provést instalaci třetího čerpadla. Tepelné energie v odpadních vodách je a bude k tomu více než dostatek.

Třetí prvenství pak havlíčkobrodská čistírna dosáhla v roce 2023, kdy uvedla do provozu první výrobnu biometanu v rámci ČOV. Plyn je navíc poprvé dodáván do místní středotlaké plynárenské sítě, což je rovněž neobvyklé, a jeho denní produkce činní přibližně 1600 Nm3. Produkce bioplynu potažmo biometanu by přitom měla v budoucnu dále růst – do čistírny je dnes zavážen kal z pobočných čistíren a v plánu je rovněž začít přijímat různé biologicky rozložitelné odpady kapalného charakteru. V Plánu je také omezit využití bioplynu jen pro výrobu tepla – a nahradit krytí tepelných potřeb spojených s vytápěním budov areálu kromě výrobou tepla TČ také i zpětným získáváním tepla z dmychadel. To by v kombinaci s představenými opatřeními umožňovalo čistírně vyrábět až několikrát (možná až 5krát) více energie, než kolik jí čistírna v minulosti potřebovala. A to by byl unikátní výsledek.

Litovel: inovativní projekty pro výrobu energie

Jako poslední představil Ing. Tomáš Voříšek ČOV v Litovli. Nachází se sice v cca 10tisícovém městě, díky místnímu potravinářskému průmyslu však zpracovává odpadní vody odpovídající biologickému znečištění od více než 40 tis. EO. I z tohoto důvodu musela být v několika fázích od roku 2000 postupně modernizována. 

Litovelská radnice má s čistírnou velmi zajímavé plány, které, pokud se podaří naplnit, mohou dokonce z čistírny učinit relativně ještě výkonnější energetický zdroj, než jaký plánují či dosahují čistírny v H. Brodu a Praze. 

Opět platí, že strategie je rozdělena do několika postupných kroků – investic. První je aktuálně již dokončovaná výstavba solární sušárny kalu. Díky ní se s minimální dodatečnou spotřebou energie podaří z kalu učinit palivo, které nalezne v budoucnu využití v cementárně v Hranicích na Moravě. Zavedení sušení kalu znamená získání více než 3 tis. MWh energie v palivu (pro srovnání: hodnota je vyšší než současná spotřeba elektřiny čistírnou, která dosahuje cca 1800 MWh/rok).

Druhým již započatým projektem je výstavba fotovoltaické elektrárny s plánovaným výkonem 150 až 200 kWp, přičemž je zde možnost výkon navýšit až dvojnásobně.  

Třetím záměrem je pak provedení investice do modernizace kalové koncovky tak, aby z tzv. studeného vyhnívání bylo možné přejít na anaerobní proces hygienizace kalů; zde se přitom nabízí unikátní příležitost začít souběžně zpracovávat organické znečištění pocházející z průmyslových odpadních vod pro výrobu bioplynu v takovém množství, které nebude mít s jinými čistírenskými provozy v zemi srovnání. Zatímco pražská čistírna je schopna z každého m3 odpadních vod vyrobit cca 1 kWh bioplynu a havlíčkobrodská cca 4 kWh, v Litovli může měrná produkce bioplynu dosáhnout až 7 kWh. Příčinou je existence místní výrobny sýrů, která do odpadních vod odvádí velmi vysoké hodnoty organického znečištění (CHSK v řádu jednotek tisíc mg/l). V roční sumě může produkce bioplynu přesáhnout 10 tis. MWh/rok, což by bylo důvodem pro investici do jedné či dvou kogeneračních jednotek o el. výkonu ve vyšších stovkách kilowatt a roční výrobě elektřiny na úrovni 3-4 tis. MWh a tepla ještě více. 

Takto vysoký potenciál produkce bioplynu a především tepla z něj by pak byl pomyslným „odrazovým můstkem“ pro další zvažovanou etapu – a to je propojení čistírny s tepelnými sítěmi ve městě s cílem dodávat do městských budov a bytových domů teplo. Pomyslně je tak v běhu soutěž, zda Litovel v tomto záměru předběhne Prahu. Součástí této investice by bylo i pořízení velkokapacitních tepelných čerpadel, které by byly schopny masivně využívat nízkopotenciální teplo vyčištěných odpadních vod. Roční produkce tepla by pak mohla dosahovat i více než 10 tis. MWh ročně.  

 

Pokud se podaří realizovat nastíněné plány v Litovli v plném rozsahu, mohla by čistírna v budoucnu vyrábět až 10x více energie, než kterou dnes ve formě elektřiny pro svůj provoz z distribuční sítě nakupuje. Nepochybně by ji to zařadilo mezi nejefektivnější čistírenské provozy v celé Evropě.

Jak se ukázaly konkrétní příklady z Litovle, Českého Brodu a Prahy, čistírny odpadních vod v sobě skýtají významnou příležitost stát se energeticky soběstačnými a snížit provozní náklady obci či městu. Využitím bioplynu z kalů pak mohou ČOV vyrábět elektřinu a teplo nejen pro vlastní potřebu, ale i pro dodávky do sítě či místním odběratelům. Tím by mohly obce ekonomicky profitovat, snížit svou závislost na externích dodavatelích energií a zároveň tak reagovat na rostoucí očekávání občanů ohledně udržitelnosti a využívání lokálních zdrojů. Transformace ČOV na energetické zdroje navíc přispívá k ochraně životního prostředí a podpoře oběhového hospodářství, jak je to vyžadováno evropskou, a tedy i českou legislativou. Na plánování takových projektů jsou potřeba nejen znalosti aktuálních technologií a dobrý projektový tým, ale také odvaha a trpělivost – jedná se finančně i časově velmi náročné projekty. Jejich realizace však přináší dlouhodobé přínosy a podstatný ekonomický užitek.   

Na článku se podíleli: Ing. Tomáš Voříšek, Mgr. Monika Štěpánová, Bc. Jan Vaculík

Víte že, každý metr krychlový odpadních vod komunálního charakteru: 

• umožňuje v ČOV vybavených anaerobní stabilizací kalů vyrábět okolo 1 kilowatthodiny bioplynu (a když čistírna zpracovává i odpadní vody z potravinářského průmyslu, může to být i několikanásobně více)
• může být využit tepelným čerpadlem typu voda-voda pro výrobu přibližně 20 kilowatthodin dále přímo využitelného tepla  
• si vyžaduje v provozu čistírny spotřebu cca 0,6 kWh elektřiny a až polovinu této spotřeby lze zpětně získávat (rekuperovat) ve formě dále přímo využitelného tepla majícího 50 až 70 °C
• je doprovázen produkcí kalu, jenž je dnes typicky z čistírny odvážen k ukládání na pole či do kompostáren, s pomocí solární sušárny však může být dosoušen a tím získána možnost jeho využití jako paliva (nejlépe v cementárnách) při produkci minimálně 0,5 kWh dále využitelného tepla