ЗЕЛЕНА ТРАНСФОРМАЦІЯ МІСЬКИХ СИСТЕМ ТЕПЛО ТА ХОЛОДОПОСТАЧАННЯ УКРАЇНИ
ЗЕЛЕНА ТРАНСФОРМАЦІЯ МІСЬКИХ СИСТЕМ ТЕПЛО ТА ХОЛОДОПОСТАЧАННЯ УКРАЇНИ
Опалення, кондиціонування та гаряче водопостачання міст і будівель є найбільш енергомісткою інфраструктурою в Україні. Ця інфраструктура роз'єднана: мало кому спадає на думку, що тепло і холод – це той самий вид енергії. Цю енергію вимірюють у мегават-годинах або гігакалоріях, а її поділ на «тепло» і «холод» є суб’єктивним, його ми традиційно робимо на підставі відчуттів.
Опалення, кондиціонування та гаряче водопостачання міст і будівель є також найбільш капіталомісткою інфраструктурою в Україні. Фінансові видатки міст і домогосподарств на цю енергію складають за рік 60–70% комунальних платежів. Низька енергоефективність цієї інфраструктури значною мірою зумовлює нашу українську бідність — тут наші щорічні втрати через енергетичну відсталість можуть перевищувати сотні мільярдів гривень.
Опалення, кондиціонування та гаряче водопостачання в Україні є ще й найбільш застарілою інфраструктурою, особливо в централізованих системах з їхніми мережевими втратами. Ці системи дуже консервативні та потребують великих капіталовкладень і десятиліть для своєї модернізації. Як правило, ця інфраструктура змінюється разом із переходом на нові технологічні уклади, цикли яких тривають близько 50 років.
Такі зміни неминучі за своєю природою, їх зазвичай називають трансформаціями. Свого часу на транспорті електровози замінили паровози, а в містах світлодіодні лампи – лампи розжарювання. Тепер прийшла пора газовим котлам зайняти місце в історії поряд із паровозами. Зміни у паливно-енергетичних і матеріальних балансах міст та України загалом будуть дуже значними – газифікацію теплопостачання (вона тривала понад 50 років) замінить електрифікація. Радикально зміниться інвестиційна політика міст і комунальних підприємств, великі зміни відбудуться в найчисельнішій інфраструктурі України – малоповерховій забудові, що налічує понад 7 мільйонів домогосподарств.
Ця стаття – про вибір напрямку трансформації систем опалення, а заразом і систем кондиціонування та гарячого водопостачання України. Для такої трансформації потрібно мати інструменти, особливо інструменти її планування. У країнах ЄС ці інструменти називаються планами теплопостачання, в Україні таку роль виконують схеми теплопостачання міст і селищ.
Цю статтю загалом було підготовлено під час розробки муніципального енергетичного плану Тернополя, і автор висловлює щиру подяку Андрію Чумаку, директору комунального підприємства «Тернопільміськтеплокомуненерго», за обмін ідеями та дискусії стосовно подальшого розвитку теплопостачання впродовж багатьох років.
Підсумки модернізації системи теплопостачання Тернопільської МТГ в період 2015–2025 рр.
На мою думку, ефективність інвестицій в систему теплопостачання Тернопільської міської територіальної громади найвища в Україні. Місто залучило значні міжнародні (ЄБРР, НЕФКО, Світовий банк) інвестиції (близько 2,2 млрд гривень) у три проєкти модернізації системи теплопостачання, які включали встановлення сучасних газових котлів, ІТП та модернізацію теплових мереж, що значно скоротило потребу в природному газі. Щорічні обсяги закупівлі газу було зменшено в середньому на 65 млн м³, що дорівнює скороченню видатків громади та її мешканців на 520 млн гривень щорічно (за чинними тарифами). За період з 2012 по 2023 роки річна потреба громади в природному газі зменшилась на 37,5% – зі 179 млн м³ до 112 млн м³.
Завдяки модернізації мінімальна економія коштів громади на закупівлю природного газу впродовж наступних 10 років складатиме 6-9 млрд гривень (з урахуванням подальшого зростання цін на природний газ).
Найбільше скорочення споживання природного газу відбулось у секторі теплопостачання – завдяки модернізації котелень і теплових мереж теплопостачальні підприємства зменшили споживання газу на 42,5%. Істотного зменшення потреби населення в природному газі не відбулось, проте завдяки впровадженню ІТП вдалося скоротити потребу в тепловій енергії, усунувши перегріви.
Ці тенденції збережуться до 2030 року. Завдяки енергоефективній модернізації насосних груп у котельнях, а також оновленню теплових мереж споживання електроенергії системою централізованого теплопостачання скоротилось більш ніж на 50% (з 18 000 тис. до 9 000 тис. кВт·год на рік). Модернізація насосних груп дає змогу комунальному підприємству «Тернопільміськтеплокомуненерго» протягом наступних 10 років заощадити на закупівлі електроенергії щонайменше понад 0,9 млрд гривень.
Підсумки модернізації систем теплопостачання в країнах Північної Європи
На замовлення Федерального міністерства економіки та захисту клімату Німеччини колектив з кількох дослідницьких організацій проаналізував ситуацію з енергетичною трансформацією в секторі теплопостачання у низці європейських країн станом на 2022 рік. Найцікавіші результати було отримано в країнах Північної Європи – Фінляндії, Швеції та Данії (https://iifiir.org/en/news/district-heating-and-cooling-in-europe-the-share-of-renewable-energy?utm_source=chatgpt.com ). У всіх трьох країнах ключові драйвери — біомаса, утилізація тепла, теплові насоси як альтернатива викопним видам палива.
Швеція. Трансформація систем теплопостачання будівель у Швеції наближається до завершення. Централізоване опалення, особливо поширене в багатоквартирних будинках і нежитлових об’єктах, протягом 25 років майже повністю декарбонізовано: зараз біомаса забезпечує близько двох третин виробництва тепла, плюс спалювання відходів та вторинне використання теплової енергії. Важливу роль відіграли: індустріальна утилізація тепла, спалювання відходів у когенераційних установках, підвищення ефективності централізованих мереж (The Guardian, Вікіпедія).
Фінляндія.Теплопостачання будівель у Фінляндії розподілено майже порівну між централізованими і децентралізованими системами. Його трансформація досягнула вже значних успіхів, особливо в сегменті децентралізованого теплопостачання будівель: викопне паливо складає тут лише 7%, основними джерелами тепла є електроопалення (безпосередньо і за допомогою теплових насосів) та біомаса (www.slideshare.net, Вікіпедія). Стосовно ж централізованого теплопостачання, то декарбонізацію мереж, які переважно належать муніципалітетам, здійснено приблизно наполовину. Досі основну увагу приділяли біомасі, як заміннику викопного палива, проте в майбутньому очікується дедалі частіше використання теплових насосів і вторинної енергії.
Данія.Опалення приміщень у Данії забезпечують централізовані і децентралізовані системи теплопостачання. Станом на 2022 рік ≈65% домогосподарств підключені до централізованих систем (2022.global-climatescope.org+3iifiir.org+3DBDH - The District Energy Go-to-Partner+3). Трансформацію опалення ще не завершено - у цих системах приблизно дві третини тепла отримано від відновлюваних джерел і утилізованого тепла, решта — викопне паливо: вугілля, газ, нафта (iea.orgstateofgreen.com). Переводячи централізоване теплопостачання на відновлювані джерела енергії, акцент спершу робили на біомасу, проте через складнощі з її закупівлею дедалі ширше використовують інші джерела — зокрема теплові насоси (erneuerbare-energien-hamburg.de+22022.global-climatescope.org+22021.global-climatescope.org+2).
Закон про планування опалення будівель у Німеччині
Мета — повна кліматична нейтральність централізованих мереж до 2045 року. Цей закон зобов’язує місцеві компетентні органи розробити плани декарбонізації теплопостачання до 2045 року. Крайній термін подання першого плану — червень 2026 року для великих міст (з населенням понад 100 000 мешканців) і червень 2028 року для менших.
Закон передбачає поступову відмову від систем опалення, що працюють на нафтопродуктах і газі. Закон передбачає, що нові системи опалення, які будуть встановлювати в будинках у майбутньому, повинні щонайменше на 65% працювати на відновлюваній енергії.
Закон про енергетику будівель (GEG) вже давно визначає вимоги до систем опалення та теплоізоляції будівель. У 2024 році його переглянули, щоб стимулювати перехід на опалення з використанням відновлюваних джерел енергії. Реформу спрямовано не лише на зміни в окремих будинках, а й на комплексну модернізацію теплопостачання по всій Німеччині. Місцева влада зобов'язана подати плани теплопостачання на найближчі роки. У планах має бути зазначено, в яких районах домінуватиме централізоване теплопостачання. Проте в багатьох містах і муніципалітетах цих планів поки що немає. На даний момент обов'язкове планування теплопостачання діє лише у Баден-Вюртемберзі, Гамбурзі, Гессені, Нижній Саксонії та Шлезвіґ-Гольштейні.
З 27 лютого 2024 року власники одноквартирних будинків можуть подати заявку на отримання субсидії на опалення від державного банку KfW. Програма підтримує перехід на екологічно безпечні системи опалення за допомогою субсидій та низьковідсоткових кредитів. Загальна субсидія може покривати до 70% витрат на заміну системи опалення за умови, що сума видатків не перевищує 30 000 євро (heuking.de+2autarc.energy+2Бундесуряд жінформує+2Бундесуряд жінформує+1Energy+1).
Ставки субсидій:
- Базова субсидія — 30% від вартості інвестицій
- Додаткова субсидія для домогосподарств з річним доходом не менше 40 000 євро – ще 30%
- Бонус за швидку заміну опалення до кінця 2028 року – 20%
- Бонус за скорочення викидів для систем на біомасі – 2 500 євро
Європейські країни відмовляються від опалення на викопному паливі
Європейська асоціація теплових насосів (EHPA) повідомила, що дедалі більше європейських країн забороняє системи опалення, що працюють на викопному паливі.
Заборони на встановлення котлів у країнах Європи
- Австрія: З 2020 року заборонено встановлювати в нових будинках вугільні котли та котли на мазуті. У планах: з 2023 року заборонити газові котли в нових будинках, а також мазутні/газові/вугільні котли в будинках, які вже є.
- Бельгія: З 2022 р. діє регіональна заборона на встановлення мазутних котлів у нових і реконструйованих будинках у Фландрії. У Валлонії такої заборони немає.
- Данія: Діє зобов'язання використовувати відновлювані й інші джерела опалення згідно з правилами обмеження.
- Франція: З 1 липня 2022 року мазутні котли заборонено у всіх будівлях. З 2023 р. заборонено встановлювати газові котли в новобудовах.
- Німеччина: З 2026 року в нових та вже наявних будівлях заборонено встановлювати котли, що працюють на одному виді палива, а опалення в регіонах має базуватись на місцевих відновлюваних джерелах енергії. З 2024 року частка відновлюваних джерел енергії в опаленні нових та існуючих будинків має складати 65%, що означає реальну заборону на автономні котли на викопному паливі.
- Ірландія: З 2023 року діє заборона встановлювати мазутні і газові котли в новобудовах, з 2025 року її поширено на всі наявні будинки.
- Італія: З 1 червня 2022 року частка відновлюваних джерел енергії в нових будівлях складає 60%.
- Королівство Нідерланди: З 2018 року заборонено під’єднувати нові будинки до газової мережі. З 2026 року гібридні теплові насоси стануть обов'язковим мінімальним стандартом.
- Норвегія: З 2018 року заборонено використовувати мазут і газ для опалення нових та наявних будинків.
- Словаччина: З вересня 2024 року заборонено використання старих котлів першого та другого класів викидів. Для домогосподарств діє державна програма фінансової підтримки заміни твердопаливних котлів на сучасні газові котли та котли на біомасі або для встановлення теплових насосів.
- Сполучене Королівство Великої Британії та Північної Ірландії: З 2025 року почала діяти заборона на газові і мазутні котли в нових будівлях. В Шотландії у 2024 році заборонено будівництво нових будівель, а заборона на системи опалення на викопному паливі в наявних будинках набирає чинності 2025 року.
Підбиваючи перші підсумки
Як бачимо, країни ЄС дружно розпочали трансформацію своїх систем теплопостачання, часом, як у Німеччині, доволі болісну. Почали одночасно трансформацію і централізованих систем теплопостачання, і в окремих квартирах і домогосподарствах. Кожна країна обирає власний шлях: десь газові котли заміняють котлами на біомасі, десь тепловими насосами. Проте так чи інакше відбувається масова заміна газових котлів – в котельнях, будинках, квартирах, у житлових і громадських будівлях.
Нові закони про трансформацію теплопостачання в кожній країні ЄС дають прості та зрозумілі довгострокові орієнтири старим і новим мерам міст, інвесторам і банкам, інженерам, проектантам та будівельникам. Спираючись на ці закони, нові національні і муніципальні плани теплопостачання створюють довгострокову основу для планування міських бюджетів, бюджетів комунальних компаній і домогосподарств, слугують керівництвом до дії для підприємств теплових мереж.
Порівнюючи розвиток теплопостачання країн ЄС із теплопостачанням в Україні, доходиш висновку, що ми запізнюємось у розвитку років на двадцять. Ми далі беремо кредити на впровадження явно застарілих технологій виробництва теплової енергії, замінюючи старі газові котли новими газовими, та практично не інвестуємо (крім аварійних ремонтів) у відновлення зношених мереж, втрати в яких далі зростають. Ми не ставимо собі за мету декарбонізувати наші системи теплопостачання та замінити природний газ місцевим паливом і відновлюваними джерелами.
Чітко видно, що майже всі наявні будинки в Україні після модернізації знизять потребу в теплі у 2-3 рази, тоді як потреба в енергії для охолодження будівель через зміну клімату зросте на 50-60% до 2050 року. Це теж є наслідком нового технологічного устрою, де більше не буде місця холодним будівлям, збудованим у минулому столітті. На графіку нижче показано, як змінювався клімат у Тернополі протягом останніх 40 років. Наступні 40 років стануть фатальними для наявних систем теплопостачання, і це стосується всіх систем теплопостачання в містах України.
Вже сьогодні встановлена потужність котелень у наших містах у 2-3 рази перевищує максимальну потребу в тепловій енергії, до 2040 року цей "запас", що поступово ржавітиме, може скласти 700-900% і стати важким тягарем для чинних тарифів.
Нова методологія розробки схем теплопостачання України не стала стратегічною основою для його розвитку та застаріла ще до свого народження. В ній відсутні кінцеві цілі розвитку теплопостачання, які б відповідали цілям ЄС, немає зрозумілих для мерів та керівників теплових господарств вимог до декарбонізації наявних систем теплопостачання, не передбачено, зокрема, інтеграції систем опалення й охолодження міст і будівель в єдину систему. Це є результатом відсутності національної стратегії розвитку теплопостачання України на період до 2050 року.
Зазираючи в майбутнє
Війна в Україні відчутно загострила вимоги до систем теплопостачання міст і будівель, їхньої якості та надійності. Слід сказати, що загалом міські системи витримують це випробування. Незважаючи на кадрові і технічні втрати, підприємства теплових мереж забезпечують міста теплом, хоча про розвиток їм довелося забути. Ця зупинка розвитку теплопостачання України не на рік-два, в найкращому разі розвиток цієї інфраструктури зупинився на десятиліття. Виснажений війною та боргами держбюджет України ще довго не зможе підтримувати муніципальні проєкти розвитку, а залучення зовнішніх інвестицій не підтримуватиметься Мінфіном. Для систем теплопостачання міст України виникає дилема – відновлювати як було, чи зробити краще. Розгляньмо, як діяти.
Війна створила для міст і систем теплопостачання України своєрідний період біфуркації (…період біфуркації – це період розвитку системи, коли колишній стійкий, лінійний і передбачуваний шлях розвитку системи стає неможливим, це точка критичної нестійкості розвитку, в якій система перебудовується, вибирає один із можливих шляхів свого подальшого розвитку, тобто відбувається певний фазовий перехід…).. Нам слід вибирати нові шляхи розвитку муніципальних систем теплопостачання, синхронні з їхнім розвитком у країнах ЄС. Старі шляхи розвитку теплопостачання України на викопному паливі себе вичерпали.
Добрим вказівником для вибору напрямку розвитку систем теплопостачання є фактична заборона міжнародним банкам кредитувати енергетичні проєкти, що базуються на використанні викопного палива. Наприклад, Європейський Союз припиняє фінансування нафтогазових та вугільних проєктів. Європейський інвестиційний банк (ЄІБ), фінансовий підрозділ ЄС, припинить фінансувати більшість проєктів, пов'язаних із викопним паливом. Відповідно до нової політики ЄІБ енергетичні проєкти, які претендують на отримання фінансування, повинні будуть продемонструвати, що вони можуть виробляти одну кіловат-годину енергії, виділяючи при цьому менш ніж 250 грамів вуглекислого газу. Це відсуває на задній план традиційні електростанції, які працюють на газі. Заклик Міжнародного енергетичного агентства (МЕА) припинити фінансування нових проєктів, пов'язаних із викопним паливом, щоб допомогти обмежити глобальне потепління не більше ніж на 1,5 градуса за Цельсієм, має бути почутим і в Україні. Пропонована Світовим банком нова парадигма такого енергетичного переходу під назвою «Масштабування для поступового скорочення» (Scaling Up to Phase Down*) є своєрідною дорожньою картою для фінансування і формування комплексного підходу до енергетичних проєктів. *https://openknowledge.worldbank.org/server/api/core/bitstreams/d0c0c6a2-f331-4bb9-b9d1-638d1f039e7d/content
Вимушена зупинка на шляху в майбутнє
Після війни міста України з низьким рівнем доходу потраплять у пастку бідності: вони не зможуть дозволити собі видатки на швидку трансформацію своїх систем теплопостачання та роками платитимуть за природний газ, ціна якого зростатиме. Цю вимушену зупинку можна використати для планування й підготовки проєктів зеленої трансформації, пошуку партнерів і фінансування. Вкрай важливим етапом тут є реалізація пілотних проєктів у ключових секторах теплопостачання, своєрідних маяків трансформації для подальшого тиражування.
Робота над муніципальним енергетичним планом Тернопільської МТГ дала змогу запропонувати кілька найімовірніших висновків та сценаріїв подальшого розвитку централізованого теплопостачання міста:
Модернізація системи теплопостачання Тернополя
- Модернізація системи теплопостачання Тернополя на основі природного газу завершена, подальші капіталовкладення в газові котли і котельні недоцільні. Експлуатація газових котлів і котелень триватиме приблизно 15 років і буде супроводжуватись зниженням їхнього навантаження до комерційно ефективних мінімумів.
- З 2030 до 2040 року відбуватиметься поетапне заміщення потужностей газових котелень теплонасосними станціями з переходом від централізованої системи теплопостачання до помірно централізованої системи з максимальним наближенням джерел до центрів споживання теплової потужності та значним скороченням протяжності наявної трубопровідної мережі (орієнтовно на 80-90%). Відбудеться поступова електрифікація теплопостачання Тернополя, а газові котли будуть використовуватись як пікові джерела (подібно до мазуту, що його раніше використовували як пікове паливо).
- Встановлення теплових насосів на 9 котельнях Тернополя забезпечить (разом з когенераційними установками в них) теплопостачання будівель у перехідні періоди. Це дасть змогу скоротити період роботи газових котлів з 5 до 1-2 місяців та значно підвищить ефективність використання природного газу.
- З 2030 до 2050 року буде проведено термомодернізацію більшості наявних житлових і громадських будівель зі зниженням споживання теплової енергії на 70-80% від теперішніх рівнів.
- Під час модернізації будівель буде об'єднано системи опалення й охолодження будівель із заміною радіаторних систем опалення вентильованими теплообмінниками (фанкойлами). Теплові насоси замінять побутові кондиціонери в будівлях, котельнях і на ЦТП. Послуги тепломереж з охолодження будівель стануть такими ж звичними, як і послуги з опалення та гарячого водопостачання.
- Декарбонізація системи теплопостачання Тернополя з переходом від використання викопного палива до відновлюваних джерел, яка триватиме з 2030 до 2050 року, буде з різною швидкістю відбуватись у чотирьох окремих секторах – в котельнях, громадських будівлях, житлових кварталах та в малоповерховій забудові.
- Комунальне підприємство “Тернопільміськтеплокомуненерго” додатково до наявних активів (газових котелень і когенераційних мініТЕЦ) розпочне будівництво й експлуатацію біопаливних ТЕЦ і теплонасосних станцій, а також сонячних електростанцій (переважно на дахах будівель і наземних майданчиках) та вітрових електростанцій. Компанія теплових мереж поступово перетвориться в муніципальну енергетичну компанію.
- Внаслідок декарбонізації систем тепло- й електропостачання зовнішні платежі Тернопільської МТГ за природний газ та електроенергію з енергосистеми до 2050 року скоротяться на 80-85%. Реалізація концепції “Тернопіль-енергоострів” спричиниться не лише до енергетичної, але й фінансової незалежності громади.
Муніципальний енергетичний план Тернопільської МТГ – це спрощена дорожня карта на шляху до енергетичного майбутнього громади. Війна загальмувала цей рух, проте вона не зупинить розвитку. Радше каталізує зелену трансформацію місцевої енергетики, насамперед системи теплопостачання.