Столицата ни губи огромни количества енергия от заводи, центрове за данни, канализацията и метрото и в същото време разчита почти изцяло на природен газ за отопление.

Пълната зависимост на столичното парно от природния газ създава тежки финансови рискове за дружеството и сериозно атмосферно замърсяване на градската среда.

  • Оползотворяването на отпадната индустриална топлина предлага по-евтина и чиста алтернатива на природния газ, която може да намали сметките на потребителите и да стабилизира топлопреносната мрежа.
  • От 2027 г. европейските правила ще изискват половината от енергията в топлофикациите да идва от екологични източници, а в София тя днес е почти на нулево ниво.
  • Отпадната топлина от три големи завода може да отоплява около 4500 домакинства и да спести милиони левове разходи за гориво и емисии.
  • Енергията, която днес се губи от центровете за данни, е достатъчна, за да захрани целия квартал „Дружба“.
  • Една вентилационна шахта на метрото може да осигури отопление за голямо училище или детска градина.

Всяка зима софиянци се изправят пред един и същ неизбежен сценарий – растящи сметки за отопление, сериозни финансови дефицити на „Топлофикация София“ ЕАД и градски смог, наситен с фини прахови частици. Представете си, че вместо това топлофикационната услуга е най-изгодният начин за отопление и по тръбите тече вода, подгрята от слънцето, недрата на земята или от енергията, която непрекъснато изхвърляме – или т.нар. отпадна топлина. 

За хроничните проблеми основен принос има пълната зависимост на столичната топлопреносна система от природния газ като основно гориво. Докато икономиката и екологията на града „изгарят“ в тази зависимост, огромни количества топлинна енергия от индустрията и градската инфраструктура се изхвърлят ежедневно в околната среда под формата на отпадни газове и води. 

Какво е отпадна топлина?
Отпадната топлина е енергийният еквивалент на рециклирането – повторно използване на вече произведена енергия, която иначе би била изгубена. Така градът може да намали разходите си за отопление и емисиите и замърсяването. 
Представете си топлината, която усещате зад работещ хладилник или лаптоп. Уредът не е създаден да отоплява помещението, но отделя топлина като неизбежен страничен продукт от работата си. Същото се случва в заводите, центровете за данни, метрото и канализацията, само че в много по-голям мащаб. 
Отпадната топлина е: напълно безопасна за използване – чрез топлообменници се извлича единствено топлината като физична енергия, без смесване на води, газове или други потоци.без допълнителни емисии – тя вече е произведена като страничен продукт от друга дейност. Използването ѝ не изисква изгаряне на допълнително гориво. Вместо да се произвежда нова топлина в ТЕЦ, се оползотворява енергия, която иначе би била изхвърлена в околната среда. 

Отпадна топлина с голям потенциал 

В града източниците на отпадна топлина са в изобилие: заводи, големи центрове за данни, тунелите на метрото и дори водите в канализацията. Използването на отпадна топлинна енергия от производствените процеси носи многопосочни ползи. 

Нейната себестойност е значително по-ниска от енергията, произведена чрез традиционните мощности на природен газ. Интегрирането ѝ в системата директно ще намали разходите за гориво на „Топлофикация София“, а това ще доведе до по-добри ценови условия и ще подпомогне за стабилизиране финансовото състояние на дружеството.

Децентрализирането на източниците на топлина разпределя натоварването в мрежата по-равномерно. Това намалява риска от аварии по остарелите тръбопроводи, ограничава претоварванията и удължава живота на съоръженията.

Освен за модернизиране на голямото градско парно, тези инсталации могат да се използват и автономно извън съществуващата мрежа. Така се превръщат в ядро за развитието на т.нар. плюсово енергийни общности (Positive energy districts), където енергията се произвежда и консумира локално и устойчиво.

Готова ли е София за европейските правила?

През 2027 г. влиза в сила европейска директива, според която поне 50% от енергията в мрежите за отопление и охлаждане трябва да идва от възобновяеми източници или от отпадна топлина.

Днес „Топлофикация София“ е далеч от тази цел. Делът на възобновяемите източници и отпадната топлина в системата е почти 0%.

В този смисъл оползотворяването на отпадната топлина е стратегическа необходимост. То е в пълен синхрон както с европейските изисквания за енергийна ефективност, така и с националната „Всеобхватна оценка за потенциала на ефективни районни отоплителни и охладителни системи“.

Фиг. 1. „Триъгълник на ефективното централно отопление и охлаждане“, използван за оценка дали една топлопреносна система отговаря на изискванията на директивата. 

След 2027 г. всички топлофикационни мрежи трябва да попадат в зелената област на диаграмата. Днес „Топлофикация София“ остава близо до нулата по показателя „ВЕИ и отпадна топлина“ и е далеч от изискването за 75% високоефективна когенерация.

Тази идея не е научна фантастика, налице е съществуващ прецедент в София: отпадната топлинна енергия от инсинератора на Военномедицинска академия (ВМА) от дълги години се отдава в мрежата на „Топлофикация София“. Това показва, че моделът е възможен и само трябва да се намери работеща формула и за двете страни.

Интерактивна карта на топлоизточниците на отпадна топлинна енергия, която показва, че реалните количества са повече отколкото предполагаме. Данните за топлинна мощност са изчислени въз основа на публични данни, кореспонденция с част от компаниите и приближения от примери действащи на други места по света.

Топлината от заводите

Заводи, консумиращи големи количества изкопаем газ и инсинераторите на останалите големи болници използват високотемпературни пещи и котли в производството си и могат директно да подгряват вода към топлофикационната мрежа. Техническото присъединяване изисква сравнително ограничени инвестиции от тяхна страна – основно за индустриални топлообменници към подаващите или връщащите магистрални тръбопроводи. Това може да се реализира бързо, стига да има съгласие от оператора на топлофикационната мрежа.

Общата топлинна енергия от три големи завода, разглеждани в този анализ, е оценена на около 33 GWh за година. Тази енергия може да захрани около 4 500 домакинства в различни части на града.

Тази енергия е субпродукт от производствения процес на заводите. Ако тя се подава към потребителите, това ще спести около 40,7 GWh природен газ, 7 400 тона CO2eq. По средни цени на “Булгаргаз” за 2025 г. и средните цени за въглеродни квоти на вторичен пазар, това може да се оцени на €2 млн. Така тази енергия ще замести източниците на локално отопление в района. Това ще има благотворен ефект върху качеството на въздуха като намали фините прахови частици в града.

Хранително-вкусовата индустрия и фармацевтичната индустрия също отделят достатъчно отпадна топлина, за да бъдат употребени в топлофикационните мрежи или в отделни децентрализирани системи. 

До публикуването на статията не беше получен отговор от потърсените компании за потенциалния добив на енергия и затова примери от тези индустрии не са залегнали в анализа.

Снимка на Taylor Vick/ източник Unsplash 

Цяла “Дружба” може да се захранва от центровете за данни

Сред най-перспективните източници на отпадна топлина са и изчислителните центрове или т.нар. центрове за данни. Това е отрасълът с най-голям потенциал заради бързите темпове на растеж в изчислителната мощ. Те са целогодишни и постоянни източници на вторична топлинна енергия, която се отделя при непрекъснатото охлаждане на сървърните помещения. Техният топлинен товар не зависи от сезона, което ги прави идеални за базово, непрекъснато захранване на локални системи. 

Тези с водно охлаждане много по-ефективно отдават енергията си към мрежата, в сравнение с въздушно. Отработеният флуид (нагрят въздух или вода) е с ниска температура 25-30℃. За да се интегрира в сградни инсталации за отопление и битова гореща вода, които изискват температури около 55-60℃, системата разчита индустриални термопомпи и термични буфери.

По консервативна оценка 1MW непрекъсната отпадна топлина може да задоволи нуждите на около 20–22 големи многофамилни сгради или около 1500 апартамента.

Анализът на географското разпределение показва, че целият жилищен комплекс „Дружба“ може да бъде захранван от енергията на центровете за данни, която в момента се изхвърля свободно в атмосферата.

Една шахта на метрото може да стопли цяло училище 

Енергията от градската инфраструктура – отпадни води и вентилационен въздух от подземни съоръжения, е разпределена и нискотемпературна. Канализационни води поддържат относително постоянна температура през цялата година: 10-15℃ през зимата и до 20℃ през лятото (поради битовото потребление на топла вода). 

В подземните тунели също се поддържа постоянна температура заради топлината от земните недра. Използват се високоефективни термопомпи („вода-вода“ или „въздух-вода“), които повишават температурата на флуида до нужните градуси за бита. 

Термопомпите са като асансьор с противотежест. Когато затоплят вътрешните помещения, те отнемат топлина от околната среда, използвайки силно охладения си работен флуид. 

Снимка на Denys Argyriou/ източник: Unsplash 

Обратният процес се случва при охлаждане на вътрешните помещения. Обикновените климатици (термопомпа “въздух-въздух”) губят от ефективността си, когато външната температура стане прекалено гореща или студена, защото намалява възможността да извличат енергия от околната среда. При канализацията и шахите, поради постоянния характер на температурата на тези подземни ресурси, термопомпите постигат изключително висок коефициент на трансформация (COP) – от 1 единица изразходена електроенергия могат да се добият 5 и повече единици топлинна енергия.

Подходящите места зависят от критичния дебит на флуида и близостта до крайните консуматори. Главните канализационни колектори с дебит над 100 литра в секунда, преминаващи през гъсто населени райони, са идеална отправна точка за бъдеща децентрализирана топлофикационна мрежа. Използвайки този безплатен ресурс, такава мрежа би могла да захранва над 40 жилищни сгради в непосредствена близост. Енергия може да се извлича и от големи вентилационни шахти на метрото. Един такъв източник е способен да покрие нуждите на голямо училище или детска градина в съседство. 

Снимка на Kien Nguyen/ източник Unsplash 

Хиляди големи термопомпи от търговските обекти изхвърлят огромни количества топлина в атмосферата, за да охлаждат сградите и хладилните помещения. Вместо да затопля допълнително градския въздух, тази енергия може да се улавя и да се пренасочва за подгряване на битова гореща вода. Интегрирането на тези мощности в общата енергийна стратегия на Столична община ще позволи драстично намаляване на потреблението на природен газ, свиване на въглеродния отпечатък и сериозно намаляване на един от източниците на фини прахови частици.

От „изхвърлена енергия“ към кръгова градска термодинамика 

Утилизацията на отпадна топлинна енергия е задължителната следваща стъпка към трансформирането на столицата в интелигентен, нисковъглероден и енергийно независим град. В дигиталната инфраструктура, под земята (в канализацията и метрото) и в индустриалните зони на града лежи огромен, напълно чист ресурс, който в момента се изхвърля безполезно в околната среда.

За да се превърне този потенциал в реални инвестиционни проекти, бъдещата енергийна политика на Столична община трябва да отговори на предизвикателството:

  • Локализирането и утилизацията на отпадната топлина трябва да залегнат като водещ приоритет в политиките на София. Изграждането на нови центрове за данни трябва да бъде стимулирано с възможността топлинната енергия от тях да бъде използвана в съвременни нискотемпературни мрежи от ново поколение.
  • Реализацията на тези системи изисква преодоляване на междуведомствената фрагментация и успешно публично-частно партньорство между общината и компаниите. Ролята на градската управа тук е съществена и само тя може да е катализатор на тези партньорства.

В контекста на променящия се климат, крайно време е да започнем да използваме енергията, която изхвърляме и да спрем да затопляме околната среда.

Автор: Борислав Колев / Климатека

Борислав Колев е автор в Климатека. Той е доктор по ядрена физика и има 20 години опит в енергетиката на всички нива, включително и като ръководител на производството на една от големите енергийни компании у нас. Води обученията за търговия и участва в международни работни групи в рамките на общоевропейския борсов пазар на електрическа енергия. Участвал е в разработването на много от съвременните предложения за местни енергийни политики. В момента е експерт в “Българска независима енергийна борса” и в комисията за “Инженерна инфраструктура и енергийно планиране” към Столичен общински съвет.