Príprava tepla v rodinnom dome vodíkom alebo zmesou plynov
Vykurovanie vodíkom alebo príprava tepla a elektrickej energie palivovými článkami je jednou z možností dekarbonizácie ekonomiky, ktorá je potrebná vzhľadom na klimatické zmeny.
Zmena klímy je pre ľudstvo jednou z najdôležitejších výziev súčasnosti.
Pri jej riešení by mala pomôcť Parížska dohoda, ktorej hlavným cieľom
je udržať zvyšovanie priemernej celosvetovej teploty výrazne pod 2 °C
a snažiť sa ho obmedziť do 1,5 °C. Tento cieľ sa má dosiahnuť dekarbonizáciou ekonomiky. S ním spojené záväzky sú vyjadrené rôznymi stratégiami, napr. tzv. vodíkovou stratégiou, a premietajú sa do európskej legislatívy. Reaguje aj sektor plynárstva, a to snahou o integráciu dekarbonizovaných a obnoviteľných plynov. Medzi ne patria biometán
a vodík.
1. Plyny v distribučnej sieti
Biometán
Pravidlá primiešavania biometánu do zemného plynu (ďalej len ZP)
sú jasné. Biometán je upravený bioplyn, ktorý má technické parametre porovnateľné s technickými parametrami ZP, je teda zameniteľný
so ZP bez ďalších úprav na strane odberateľa a možno ho distribuovať plynárenskými sieťami. Významný potenciál na zvyšovanie produkcie biometánu v SR existuje vo využívaní biologicky rozložiteľného komunálneho odpadu. Podľa Integrovaného národného energetického a klimatického plánu je to až 65 mil. m3 + ďalších 42 mil. m3 z kuchynského a reštauračného odpadu + ďalších 205 mil. m3 z exkrementov hospodárskych zvierat. Na Slovensku však treba legislatívne a aj fakticky zaviesť modernú cirkulárnu ekonomiku. Znížila by sa tým aj potreba skládkovania.
Vodík
Jedným z ďalších projektov dekarbonizácie ekonomiky je výroba
a primiešavanie vodíka (ďalej len H2) do ZP, po ktorom nasleduje prechodné štádium a neskôr distribúcia čistého H2. Tento projekt je známy pod názvom H2Pilot. Primiešavanie H2 je v rámci plynárenského sektora vnímané ako evolučný krok, ktorý bude musieť plynárenský sektor
(v našom prípade na úrovni distribúcie) v najbližších rokoch vykonať.
V súčasnosti badať nárast výroby elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov. Pri výrobe zo slnka alebo vetra je však neregulovateľná, resp. regulácia jej výroby je obmedzená. Takáto prebytočná energia má nízku cenu, v niektorých prípadoch až zápornú. Preto je výhodné uskladniť ju na „horšie časy“, keď po nej bude zvýšený dopyt.
Zdroj: iStock
Výroba H2 ako „batérie“ pomocou elektrolýzy má svoj praktický význam. Navyše elektrolýza má vysokú účinnosť (75 % výroba elektrickej energie, 20 % teplo, ktoré sa dá využiť priamo na mieste). Do 1 kg H2 je možné uskladniť 39,4 kWh energie, do 1 kg batérií cca 0,300 kWh. Kapacity na uskladnenie a distribúciu H2 z miesta výroby po miesto spotreby už existujú. Batériové úložiská je však nutné vybudovať. Cena lítia za ostatný rok vzrástla o viac ako 500 %.
S distribúciou H2 v plynárenských sieťach počíta aj pripravovaný návrh nariadenia Európskeho parlamentu a Európskej komisie o podmienkach prístupu do prepravných sietí pre ZP, z ktorého vyplýva povinnosť akceptovať pri cezhraničnej preprave ZP obsah H2 do úrovne 5 % obj.
od r. 2025. Keďže sú systémy prepravy, distribúcie a skladovania vzájomne prepojené, táto legislatívna povinnosť ovplyvní aj podmienky prevádzky distribučnej siete.
Zdroj: archív
2. Projekt H2Pilot
H2Pilot reprezentuje konkrétny príspevok SPP – distribúcia, a.s. (ďalej len SPPD) k snahe transformovať plynárenskú infraštruktúru na Slovensku. Ide o historicky prvú hmatateľnú iniciatívu v spojitosti s aplikáciou H2 v prevádzkových podmienkach. Prvoradým zámerom SPPD pri projekte H2Pilot je zabezpečiť jeho realizáciu pri maximálnej úrovni bezpečnosti, preto je prípravná aj realizačná časť projektu riadená za účasti inštitúcie z oblasti posudzovania bezpečnosti, ktorou je spoločnosť TÜV SÜD. Zmes ZP a H2 sa dodáva spotrebičom, či už sú to plynové sporáky, prietokové ohrievače vody, plynové kotly alebo lokálne zdroje tepla (gamatky).
Staršie spotrebiče boli konštruované na spaľovanie ZP, v ktorom prevažuje metán. Nové spotrebiče sa testujú skúšobným plynom G222. V západných krajinách sa týmto plynom plynové spotrebiče testujú už od začiatku
90. rokov. Podľa vyjadrenia výrobcov sú už nové spotrebiče pripravené na zmes ZP a 20 % H2. Nutnou podmienkou použitia zmesi ZP a H2 v domácich spotrebičoch je bezpečné spaľovanie zmesi bez významného vplyvu na samotné spotrebiče, resp. bez akýchkoľvek ich dodatočných úprav. V odborných publikáciách renomovaných spoločností platí všeobecná zhoda – obsah vodíka do 10 % v zmesi nepredstavuje žiadne, resp. minimálne technické riziko pre domáce spotrebiče. Zmes ZP a H2 má byť použitá aj na kotly a sporáky staršej konštrukcie, pri ktorých sa nepočítalo s iným palivom ako ZP.
3. Vykurovanie Rodinných domov zmesou plynov a čistým vodíkom
Výhrevnosť H2 je trikrát nižšia ako výhrevnosť ZP, preto bude potrebné distribuovať trikrát väčšie množstvo H2 ako ZP, aby odberateľ získal požadované množstvo energie. Súčasná distribučná sieť z kapacitnej stránky vyhovuje. Na základe modelovania programom Simone (európsky softvérový systém na simuláciu a optimalizáciu prepravy a distribúcie plynu) bolo určené, že pri zachovaní kapacity plynovodu treba zväčšiť jeho priemer o 15 %. Zdá sa, že v prípade celkového znižovania spotreby energií je kapacita distribučnej siete na distribúciu čistého H2 postačujúca.
Plynový kondenzačný kotol
Pri zmesi plynov, ako je napr. zmes ZP a biometán, sa nič nemení. Plynový kondenzačný kotol, tak ako ho poznáme, vie túto zmes spaľovať bez akýchkoľvek obmedzení. V prípade zmesi plynov s H2 do 10 % sa aj vykurovanie a príprava teplej vody javí bez obmedzení. Výrobcovia plynových kotlov deklarujú, že nové kotly skonštruované po roku 2020 sú H2 „ready“ do 20 % obsahu vodíka a od roku 2024 sú v príprave kotly, ktoré budú schopné spaľovať čistý vodík. Moderné plynové kotly budú schopné pripravovať teplo a teplú vodu tak ako doteraz.
Palivový článok – „semiostrovná“ prevádzka
V súčasnosti sú už k dispozícii palivové články (ďalej len PČ), ktoré v reforméri rozložia ZP na H2 a CO2. Ak sa bude do PČ dodávať čistý H2, resp. zmes bohatá na čistý H2, bude účinnosť výroby elektrickej energie vyššia, približne na úrovni 60 % a 30 % teplo. Moderný systém s PČ (na obrázku) je schopný prostredníctvom riadiaceho systému smerovať energiu podľa požiadaviek. Teplo vyrobené v PČ bude slúžiť na prípravu teplej vody a vykurovanie. V prípade potreby väčšieho tepelného výkonu sa časť vyrobenej elektrickej energie využije na výrobu tepla.
Zvyšná elektrická energia sa uskladní v batériovom boxe a bude pripravená na okamžitý odber. Riadiace systémy tohto druhu sa učia predvídať potrebu elektrickej energie jednotlivými spotrebičmi. V prípade nedostatku elektrickej energie alebo výkonu systém „nakúpi“ elektrickú energiu z verejnej siete. Výkon PČ, veľkosť batériového boxu a zásobníka tepla (teplá voda + vykurovanie) treba bilancovať, modelovať a optimalizovať. Letný režim prevádzky je limitovaný prípravou teplej vody a tým je určené aj množstvo vyrobenej elektrickej energie. Zimný režim umožňuje použiť „nadvýrobu“ elektrickej energie na prípravu tepla.
Zdroj: iStock
4. Záver
Podstatná časť komponentov prepravnej, uskladňovacej a distribučnej infraštruktúry či odberných zariadení a spotrebičov dokáže pracovať s
10 vol. % H2 tu a teraz. SPPD prostredníctvom projektu H2Pilot testuje možnosti a obmedzenia distribúcie zmesi zemného plynu s vodíkom. Vykurovanie vodíkom (plynové kotly) alebo príprava tepla a elektrickej energie palivovými článkami je jednou z možností dekarbonizácie ekonomiky. Zároveň bude napomáhať elektrickej distribučnej sieti v čase špičiek alebo slúžiť ako jej náhrada.
Text: Ing. Radovan Illith, PhD., SPP – distribúcia, a. s.
Foto: iStock
Zdroj: Časopis Tvorivé bývanie
