Dánské solární výtopny
Solární ohřev vody nemusí sloužit jen pro obytné budovy, ale dá se používat i ve větším měřítku pro vytápění obcí. V Dánsku nalezneme několik takových instalací o celkovém výkonu stovek megawattů. Pojďme se na ně podívat blíže.
Solární výtopna Dronninglund, foto © TZB-info
Dánsko má pověst světového lídra v oboru větrné energetiky. Ač plochou území proti ČR poloviční, patří Dánsko ke světové špičce i v dalších způsobech využívání obnovitelných zdrojů energie. To platí i o využívání slunečního záření pro solární topné systémy, dodávající teplo do sítí dálkového vytápění.
Podle nejnovějších dat společnosti PlanEnergi, publikovaných na www.solvarmedata.dk je v Dánsku ke konci roku 2021 provozováno 126 instalací připojených k lokálním sítím dálkového vytápění s celkovým tepelným výkonem 1 125 MW. Jednotlivé instalace dosahují výkonu od 1 do 109 MW, přičemž 37 instalací je v kategorii 10 MW a více. Pět největších je umístěno u měst a obcí Marstal, Gram, Vojens, Dronninglund a Silkeborg. Všechny instalace jsou dobře patrné na leteckých fotomapách, jejich GPS proto polohu uvádíme v popisu zařízení. V dánské ploché krajině nejsou až tak viditelné, takže pohled z ptačí perspektivy má svůj význam.
V Dánsku je průměrná intenzita slunečního záření asi 1200 kW na m2 při sklonu jižně orientovaných panelů 45 °. Reálně lze počítat s 1000 kW na m2. Současné solární kolektory pracují s 80% účinností, pro teplovodní systémy je skutečný výkon asi 600 kW na m2.
První byl Marstal
Roku 1996 vznikl u města Marstal na ostrově Ærø asi 150 km JZ od Kodaně dánský solární topný systém (GPS 54.8521089N, 10.5065908E). Ten z velké části nahradil výkon původní teplárny, spalující topný olej. Společnost pro tepelné hospodářství Marstal Fjernvarme, která byla založena r. 1962 na družstevním principu (každý člen má 1 hlas), odsouhlasila zásadní změnu v systému dálkového vytápění v Marstalu přechodem na využívání sluneční energie. V první fázi bylo instalováno 8 000 m2 solárních teplovodních panelů s předpokládanou roční produkcí 3 250 MWh tepla. Technologie byla vybavena nadzemním izolovaným zásobníkem horké vody s objemem 2 100 m3.
První část solárního tepelného systému na okraji města Marstal. Vlevo dole je na snímku první akumulační nádrž – nadzemní bojler na 2 100 m3 horké vody, (Foto ARCON Solarvarme A/S)
Teplota vody v solárních kolektorech je regulována a jištěna proměnlivou rychlostí průtoku kapaliny v závislosti na její teplotě tak, aby nedošlo k možnému přehřátí a poškození panelů.
Tento systém byl postupně rozšiřován na současných 33 365 m2 plochy s 1 418 panely s celkovým instalovaným výkonem 23,4 MW a roční produkcí 8 500 MWh tepla. Pro akumulaci tepla byly vyhloubeny dva sezónní podzemní zásobníky s objemem 85 000 m3.
Teplo je v letním období „nadprodukce“ ukládáno do mokrého písku. Ze zásobníků je pak teplo čerpáno tepelnými čerpadly. Toto základní schéma, doplněné výměníky tepla, je uplatňováno i v ostatních instalacích pro centrální zásobování teplem i pro vlastní provoz systému, např. pro předehřev provozní vody.
Podíl solární energie na vytápění pro 2 200 obyvatel Marstalu vzrostl z původních 15 % na současných 30 %. Ze solární energie pochází v Marstalu 50–55 % tepla, 40 % dodává spalování dřevní štěpky a pelet, 2–3 % dodávají tepelná čerpadla a do 100 % dodává v případě potřeby teplo spalování rostlinného oleje v kogenerační technologii ORC (organický Rankinův cyklus). V zimě 2014/15 nebylo třeba tohoto zdroje při mírném průběhu zimy vůbec použít. Návratnost celé investice byla 9 let.
Gram potvrdil možnosti solárních technologií
Chronologicky druhá významná instalace vznikla u obce Gram v severní části Jutského poloostrova (GPS 55.2406647N, 9.2899336E, asi 1 km jižně od centra obce) roku 2009. Časový odstup 13 let po zprovoznění sluneční teplárny u Marstalu napovídá, nakolik Marstal předvídal a předběhl dobu. Projektovaný tepelný výkon soustavy 802 solárních modulů s celkovou plochou 45 tis. m2 činí 31,4 MW s roční produkcí tepla 4 857 MWh. Solární produkce v tomto případě pokrývá 17 % roční potřeby obce. Dodatkovým palivem pro obecní tepelnou soustavu je zemní plyn.
Vojens – světový rekordman
Město v jižní části Jutského poloostrova je známé jako centrum plochodrážního sportu a líheň mistrů světa. V době vzniku se jeho solárně akumulační systém (GPS 55.2406647N, 9.2899336E) spuštěný r. 2012 stal největším na světě. Solární ohřev vody s plochou 70 tis. m2 je propojen se zásobníkem v jámě po bývalé štěrkovně s kapacitou 200 tis. m3. Ta je až 13 m hluboká a její obvod je 610 metrů. Hladina je pokryta plovoucí izolační fólií, nesoucí i 60 cm vysokou vrstvu izolačního keramzitu. Projektanti říkají, že vytvořili „největší vodní postel na světě“.
Tepelný výkon solárního systému je 49 MW, roční energetická hodnota vyrobeného tepla se pohybuje kolem 10 tis. MWh, což pokrývá 45 % roční potřeby tepla ve Vojens. Investorem a provozovatelem dálkového vytápění je místní společnost vlastněná spotřebiteli.
Droninglund se představil i v Praze
Se solární tepelnou instalací u Droninglundu na severní části Jutského poloostrova (GPS 55.2406647N, 9.2899336E) se mohli zájemci seznámit v listopadu 2015 při přednášce dánských expertů z Droninglundu a technické univerzity na ČVUT v Praze. Roku 2014 tam byla postavena solární teplárna s celkovou plochou 2 982 kolektorů 37 573 m2 a instalovaným maximálním výkonem 26 MW (v letním období) a reálně dosahovaným výkonem 12 MW v zimě. Systém je propojen s vodním tepelným akumulátorem (bazénem) 100×100 m s objemem 60 tis. m3, jehož hladina je pokryta plovoucí polyetylenovou černou 2,5 mm silnou folií. Bazén je umístěn asi 350 m od plochy se solárními moduly. V letním období akumulace tepla může teplota vody dosáhnout až 85 °C, v zimním období využívání zásobníku pak teplota klesne na 10–15 °C.
Solární výtopna Dronninglund, foto © TZB-info
Zařízení je ve 100% vlastnictví 1 350 spotřebitelů tepla s vytápěnou plochou 300 tis. m2. Při roční produkci 30–38 tis. MWh tepla je „výrobní“ cena 71 €/MWh. Pro průměrnou vytápěnou plochu standardního dánského obydlí a spotřebě tepla 18 MWh to činí 1 690 € ročně včetně DPH (v Dánsku je jednotná sazba DPH 25 %).
Doplňkovým zdrojem tepla v zimním období je zemním plynem vytápěný zásobník původního „předsolárního“ systému dálkového topení s výkonem 8 MW a 6 MW kogenerační jednotka s 60% tepelným výkonem a 34,5% dodávkou elektrické energie do sítě.
Akumulační bazén solárního systému u Dronninglundu, krytý černou fólií, foto © TZB-info
Silkeborg – poslední velká instalace?
Infografika k solární výtopně Silkeborg
Rok 2016 byl v Dánsku rekordním v celkovém výkonu solárních tepelných instalací, zapojených do sítí centrálního zásobování teplem. Bylo zprovozněno celkem 30 solárních tepláren. Mezi nimi vévodí solární pole u Silkeborgu na severu Jutského poloostrova (GPS 56.2089069N, 9.5488397E), které je s instalovaným výkonem 109 MW největším v Dánsku. To je pozoruhodné také tím, že je rozptýlené do několika sekcí, částečně na zvlněném terénu, což „zplošťuje“ denní křivku celkového výkonu podle intenzity slunečního záření na různě sloněných plochách jednotlivých částí instalace. Celková plocha pokrytá solárními tepelnými moduly je 157 tis. m2.
Kromě instalace u Silkeborgu bylo v Dánsku roku 2016 zprovozněno dalších 29 instalací s výkonem od 1 do 16 MW s celkovým výkonem 272 MW. Tím však „boom“ solárních systémů v Dánsku (prozatím?) skončil. To vedlo mj. i k tomu, že výrobu teplovodních solárních panelů ukončil i jeden z lídrů oboru, firma ARCON Solarvarme, dodavatel většiny vybavení panelů pro dánské solární teplárny. Roku 2020 převzala Arcon rakouská společnost GREENoneTEC, světový lídr na trhu solární termiky. Všechny výrobní linky Arcon-Sunmark byly přemístěny do Sankt Veit an der Glan v Rakousku. GREENoneTEC se tak stal roku 2021 největším světovým výrobcem plochých tepelných kolektorů s roční výrobní kapacitou více než 1,6 milionu m2 kolektorů.
Nástup tepelných čerpadel
Rokem 2017 se nárůst počtu solárních instalací i jejich výkonu zpomalil až ke stagnaci v letech 2019–2021 a další růst využívání obnovitelného zdroje tepla pro systémy dálkového vytápění vystřídala tepelná čerpadla. Ta jednoznačně převýšila roku 2020 solární systémy přírůstkem více než 250 MW výkonu proti 10 MW přírůstku instalací solárních.
Co bylo příčinou této změny? Dánská poradenská společnost Planenergi uvádí, že „k tomuto posunu na dánském trhu došlo vlivem relativně nízké ceny elektrické energie pro podniky a novým podpůrným programem upřednostňujícího technologie na bázi tepelných čerpadel“ (viz https://www.solarthermalworld.org/news/denmark-large-heat-pumps-take-dh-market-storm).
Planenergi však věří, že „je nebezpečné dávat všechna vejce do jednoho košíku“ a že konkurence dvou systémů, pokud se podaří postavit nové účinnější solární systémy, mohou opět ožít. Může k tomu přispět i růst ceny elektřiny, kterou sice tepelná čerpadla zhodnotí třikrát, ale právě to může konkurenční prostředí srovnat.
Podle sdělení solární sekce Komory obnovitelných zdrojů energie v ČR není žádná instalace solárního ohřevu propojeného se systémem dálkového vytápění. V jednom případě bylo instalováno 50 m2 termických kolektorů přímo na výtopně jednoho sídliště, to se však (vzhledem k relativně zanedbatelné ploše kolektorů – poznámka autora) projevilo zvýšením teploty v zásobnících jen o jednotky °C. Zmiňovaná výtopna byla soukromá, po změně majitele kolektory zmizely. Podle Komory nemá v ČR žádná teplárna takový prostor, který by umožnil efektivní příspěvek solárním ohřevem. Solární technika je podle Komory vhodná jen na střechy jednotlivých domů. Takové malé instalace existují.
Popsané dánské instalace však nejsou závislé na vhodné ploše přímo na objektu nebo v areálu výtopny. Jsou naopak instalovány a připojeny „na opačném konci“ soustavy, na okraji měst či obcí. U dánských instalací je zajímavý i „komunální“ systém investice, provozu a vlastnictví těchto systémů.
