Скептики часто сомневаются в том, возможна ли полноценная энергосистема на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в странах умеренного пояса — в первую очередь из-за относительно больших потребностей в отоплении в холодное время года. Разбираемся, как к этому подойти с умом и какие зелёные альтернативы есть традиционным технологиям в отоплении.
Почему это важно
Почти четверть всей энергии, которую потребляет мир, уходит на обогрев помещений и нагревание воды для зданий. Большая часть энергии для отопления производится за счёт сжигания ископаемого топлива, что вносит значительный вклад в выбросы парниковых газов, которые вызывают климатический кризис.
Вместе с этим глобальные выбросы CO2 от отопления и нагрева воды в зданиях пока только растут. В 2021 году они достигли рекордно высоких 2,5 млрд тонн. Для сравнения, глобальные выбросы парниковых газов от промышленных процессов — около 3 млрд тонн CO2-экв. в год. Такие высокие эмиссии связаны в том числе с тем, что доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в отоплении зданий в мире растёт медленно и пока составляет около 11%.
Однако ситуация может кардинально измениться в ближайшие годы и десятилетия благодаря глобальному энергопереходу, снижению стоимости и дальнейшему развитию зелёных технологий, особенно если у них будет государственная поддержка.
Как выглядит система отопления
Система отопления может быть центральной, когда несколько зданий отапливаются от одного источника, и индивидуальной, когда индивидуальные или общедомовые котлы обогревают одно здание. И в том, и в другом случае как правило сжигается ископаемое топливо и нагревается вода, которая направляется по трубам.
Работу центрального отопления обеспечивают ТЭЦ и котельные. Но в отличие от котельных ТЭЦ работают в режиме когенерации — вырабатывают одновременно тепло и электроэнергию. Минус централизованных систем отопления — возможные энергопотери, которые происходят из-за износа теплосетей в процессе передачи энергии.
Что предлагает Гринпис
Согласно расчётам «Центра энергоэффективности – XXI век», повышение энергоэффективности и развитие ВИЭ в секторе теплоснабжения зданий в некоторых случаях может снизить выбросы парниковых газов на 50%.
Для того, чтобы прийти к экологичной системе теплоснабжения, нужно действовать в следующей последовательности:
- Рационально потреблять энергию
Необходимо начать с максимального сбережения энергии: не должно быть ситуации, когда много тепла теряется на теплотрассах или из-за плохой теплоизоляции зданий, а у жителей нет возможности регулировать батареи в тёплый день. И прежде чем получать энергию для отопления от зелёных источников, необходимо пересмотреть всю систему, чтобы она не была расточительной.
Чтобы рационально потреблять энергию, нужно повысить энергоэффективность существующих зданий: реконструкция старых зданий может дать снижение энергопотребления до 80% за счёт улучшенной системы вентиляции и теплоизоляции. Например, можно утеплить стены и швы между панелями здания, установить многокамерные стеклопакеты;
С этой же целью нужно повсеместно внедрить терморегуляторы и квартирные счётчики тепла, что позволит регулировать подачу отопления и оплачивать только потреблённую тепловую энергию;
Чтобы наладить рациональное потребление энергии, нужно стремиться к строительству только пассивных домов. Это здания с грамотно выстроенной системой сохранения тепла, которая позволяет не потреблять тепловую энергию для обогрева или потреблять её крайне мало (до 15 кВт·ч/м2 в год). Чтобы сохранить тепло в пассивных домах, используют такие меры как теплоизоляция, рекуперация тепла, пассивное использование солнечного тепла, поступающего через окна, и внутренних источников тепла (например, бытовых приборов или горячего водоснабжения). При этом сделать дом пассивным можно не только с нуля, но и если реконструировать уже существующее здание. Энергоэффективные дома можно строить в разных климатических зонах.
В столице Австрии Вене жилое здание второй половины XIX века было реконструировано до стандарта пассивного дома. Так удалось снизить энергопотребление на отопление в 15,5 раза.
Децентрализация также помогает снизить потери на теплотрассах: котельные «у дома» могут обеспечивать теплом, а иногда и электроэнергией и отдельные дома, и комплексы многоквартирных зданий без потерь тепловой энергии при транспортировке.
- Использовать зелёные технологии.
Решив проблему нерационального использования энергии, мы переходим к более современным зелёным технологиям получения тепла. Сделать это можно, например, с помощью тепловых насосов. Они охлаждают внешний источник и направляют поглощённое тепло внутрь здания. Источниками тепловой энергии могут быть холодный воздух, грунт, сточные и морские воды и накопители тепловой энергии на основе воды или песка.
Обычный кондиционер с функцией обогрева — это тоже тепловой насос. Такие кондиционеры могут работать на обогрев при температуре -8 °C, реже до -15 °C и годятся в дополнение к какой-то основной системе. Для полноценного отопления нужны специально сконструированные тепловые насосы, например, грунтовые или по-другому геотермальные. Это одна из распространённых технологий, с помощью которой тепло извлекается из грунта с помощью установленных в земле труб.
Основное преимущество тепловых насосов перед отоплением с помощью ископаемого газа и угля в том, что они работают на электроэнергии, которую можно получать от ВИЭ. При этом в некоторых случаях тепловые насосы могут работать даже в холодном климате и выдерживают температуру до –24,5 °C. Уже сегодня тепловые насосы покрывают около 7% мировой потребности в отоплении жилых домов.
В Евросоюзе более 20% всех отопительных приборов, проданных в 2021 году, составили тепловые насосы. А в Норвегии 60% зданий оснащены тепловыми насосами, а в Швеции и Финляндии — больше 40%, что опровергает утверждение о том, что тепловые насосы не подходят для холодного климата.
Следующая зелёная технология – солнечные коллекторы. Это устройства для сбора тепловой энергии, поступающей от Солнца. Они, как тепловые насосы, могут нагревать воздух и воду, чтобы стать дополнительным источником энергии для получения горячей воды и обогрева дома. Обычно их используют вместе с электрическими устройствами для нагрева воды.
Следующая по приоритетности использования технология – это зелёный водород. Водород практически не встречается на земле в чистом виде и поэтому извлекается из других соединений. Водород можно использовать как энергоноситель, при его сжигании образуется только вода. Наиболее экологичный, так называемый зелёный водород, получают с помощью электролиза воды за счёт электроэнергии, поступающей от возобновляемых источников.
Использовать только зелёный водород для обогрева дома не очень эффективно. Для этого потребуется выработать примерно в пять раз больше энергии ВИЭ, чем для обогрева того же дома с помощью эффективного теплового насоса, напрямую соединённого с ВИЭ. Но зелёный водород может быть дополнительным источником тепла в отоплении энергоэффективного дома: гибридные тепловые насосы использовать зелёный водород в качестве резерва во время длительных холодов, когда электроэнергии ВИЭ недостаточно.
Для отопления может также использоваться биомасса — как правило, это дрова, отходы лесного и сельского хозяйства и пищевой промышленности. Самые распространённые способы — печное отопление на дровах, котлы на древесных отходах. Но современная энергетика предлагает энергоэффективные котлы для более эффективного использования биомассы в случае использования технологий прямого сжигания.
Формально биоэнергетика относится к ВИЭ, однако, Гринпис считает, что её использование должно быть ограничено, поскольку при специальном выращивании биомассы для производства энергии нерационально используются природные ресурсы. Приоритетным способом обращения с пищевыми отходами, по мнению Гринпис, должно быть прежде всего их предотвращение, а те отходы, которые всё-таки образуются, необходимо компостировать или использовать для выработки биогаза, который выделяется при разложении органики в процессе её метанового брожения.
Биогаз можно использовать напрямую для выработки тепловой и электрической энергии, в качестве альтернативы ископаемому топливу, если другие зелёные технологии недоступны.
Что не стоит использовать для отопления
Иногда некоторые решения представляют как экологичные, хотя они к таковым не относятся.
- Ископаемый газ. Какое-то время ископаемый газ ещё будет выполнять функцию отопления в зданиях в мире. Однако в тех ситуациях, когда более зелёные подходы и технологии технически и экономически уже доступны, их следует предпочесть отоплению на основе сжигания ископаемого газа. Дело в том, что основную часть ископаемого газа составляет метан (до 98%), при сжигании которого в атмосферу попадает углекислый газ — первый по значимости парниковый газ, приводящий к климатическому кризису. Кроме того, во время добычи и транспортировки газа неизбежно происходят утечки, и тогда в атмосферу поступает сам метан. А парниковый эффект метана от сжигания ископаемого топлива превосходит углекислый газ в 82,5 раза на 20‑летнем отрезке времени и в 30 раз — на 100‑летнем отрезке. Поэтому ископаемый газ не может быть устойчивым долгосрочным решением проблемы климатического кризиса.
- RDF-топливо. RDF или Refuse-derived fuel (переводится как «топливо, полученное из отходов») получают из фракций, которые остаются после сортировки отходов на заводе: пластика, загрязнённой бумаги, дерева, ткани, резины и других материалов. RDF могут использовать в качестве топлива на заводах, ТЭЦ или в районных котельных, чтобы обогревать дома. Сжигание RDF-топлива противоречит принципам экономики замкнутого цикла и опасно для здоровья и окружающей среды. При его горении выделяются тяжёлые металлы – ртуть, свинец и кадмий, а также токсичные диоксины.
Что уже делают другие страны
В разных странах мира уже есть примеры того, как развиваются зелёные технологии отопления, в том числе и с государственной поддержкой:
- В Великобритании домовладельцам предлагают субсидии на установку оборудования для получения тепла за счёт ВИЭ, и планируют ограничить продажи котлов, работающих на ископаемом топливе, после 2035 года;
- В Канаде предоставляют гранты на ремонт домов, установку солнечных панелей и замену систем отопления;
- Обновлённое в 2021 году регулирование в области строительства в Китае нацелено на развитие использования солнечной и геотермальной энергии в зданиях;
- В Германии системы отопления в новых зданиях должны использовать не менее 65% ВИЭ;
- Национальная стратегия Чили по отоплению и охлаждению направлена на замену сжигания ископаемого топлива и неустойчивого использования биомассы электрификацией;
- К началу 2022 года 54 города и округа в Калифорнии обязались отказаться от использования ископаемого газа в зданиях, а штат Нью-Йорк в США и Квебек и Ванкувер в Канаде ввели аналогичые меры ещё в 2021 году;
- Европейская комиссия предлагает, чтобы с 2027 года все новые общественные здания, а с 2030 – вообще все новые здания имели нулевой уровень выбросов.
- Страны, где установили больше всего солнечных коллекторов в 2021 году: Китай, Индия, Турция, Бразилия, США, Германия.
- Солнечные коллекторы работают и в Антарктике (самом холодном месте на Земле!): Система, расположенная на одном из зданий исследовательской станции Ротера Британской антарктической службы, обеспечивает почти 34% горячего водоснабжения здания.
