Cyfryzacja jako klucz do transformacji ciepłownictwa

Ciepłownictwo w Polsce jest branżą niezbędną dla zaspokajania podstawowych potrzeb społecznych, ale niedocenianą. W dyskusjach o bezpieczeństwie energetycznym czy wpływie na środowisko, traktuje się je często, jako swego rodzaju tło dla energetyki zawodowej. Warto sobie jednak uświadomić, że rynek ciepła w Polsce ma ogromny potencjał i dzieli się niejako na trzy odrębne segmenty:

• ciepłownictwo systemowe, które obejmuje blisko 400 koncesjonowanych przedsiębiorstw (powyżej 5 MW w źródle ciepła) oraz część niekoncesjonowaną, o łącznej produkcji ciepła około 400 000 000 GJ/rok
• wytwarzanie ciepła dla potrzeb własnych lub w sposób lokalny (małe źródła ciepła dla jednego lub kilku budynków oraz rolnictwo) o łącznej produkcji około 500 000 000 GJ/rok
• wytwarzanie ciepła w przemyśle dla potrzeb własnych – około 200 000 000 GJ/rok

Mówimy więc o około 1,1 mld GJ ciepła, które co roku wytwarzane jest w Polsce dla celów grzewczych mieszkalnych, produkcyjnych, handlowo-usługowych i rolniczych. Zawierają się w tym oczywiście również straty ciepła w procesie przesyłu oraz potrzeby własne źródeł ciepła.

Gdybyśmy więc, z dużym przybliżeniem przyjęli, że nieuniknione straty i potrzeby własne źródeł są na poziomie 15-20%, to mamy do czynienia ze strumieniem ciepła o wielkości około 900 mln GJ rocznie, który stanowi bazę do optymalizacji i oszczędności.

Oczywiście, w zależności od tego, czy rozmawiamy o zorganizowanej części rynku ciepła (ciepłownictwo systemowe, przede wszystkim koncesjonowane oraz przemysł), czy o wytwarzaniu ciepła w sposób indywidualny, na potrzeby własne, inne będą możliwości, skala, czas i instrumenty dla uzyskania oszczędności. Nie zawsze będziemy chcieli zastosować zaawansowane systemy informatyczne. Jednak dla ciepłownictwa systemowego, przemysłu, a patrząc szerzej miast, takie wsparcie wydaje się konieczne. 

Segment ciepłownictwa systemowego, czyli zorganizowanej części rynku produkcji i dostaw ciepła, jest dużo bardziej zróżnicowany, niż elektroenergetyka czy segment gazowniczy. Wynika to ze specyfiki ciepłownictwa – różnorodna jest struktura własnościowa przedsiębiorstw, ich wielkość, profil odbiorców ciepła, miks paliwowy wykorzystywany do produkcji ciepła, presja konkurencji na rynku lokalnym. Często producent ciepła nie jest jednocześnie jego dystrybutorem. Przede wszystkim zaś, ciepłownictwo nierozerwalnie związane jest z miejscem funkcjonowania źródła ciepła i systemu jego dystrybucji, a więc siłą rzeczy ma charakter lokalny. I to jest największa różnica w stosunku do pozostałych dwóch sektorów rynku energii.

Czy jest to wada, czy może zaleta? I jak rozsądnie wykorzystać aspekt „lokalności” ciepłownictwa w transformacji energetycznej polskich miast? No i w końcu – jak wsparcie odpowiednich systemów IT może w tej transformacji pomóc?

Dlaczego branża musi się zmienić?

Aby odpowiedzieć na te pytania, musimy sobie zdać sprawę w jakim punkcie jest obecnie rynek ciepła i z jakimi zmianami mamy do czynienia – naturalnymi oraz wymuszonymi. Jesteśmy już od kilku lat w trakcie transformacji, a w związku z agresją Rosji na Ukrainę, zapewne w przededniu drastycznych zmian na rynku produkcji i dostaw ciepła. Wynika to z implikacji kilku czynników – konieczności uwolnienia się od paliw kopalnych pochodzących z Rosji, wdrażanej konsekwentnie polityki klimatycznej Unii Europejskiej, rozwoju technologii OZE i zmian nawyków konsumentów.

Dla ciepłownictwa systemowego w Polsce już przed wybuchem wojny, rozpoczął się moment przełomowy, co było związane z ambitnymi programami UE –  Green Deal, a później Fit For 55.

Porównując do jakiegokolwiek okresu z przeszłości branży, można byłoby wspomnieć koniec lat 90-tych ubiegłego wieku, kiedy w życie wchodziły regulacje narzucające nowe obowiązki rozliczenia dostaw ciepła i zatwierdzania Taryf dla ciepła. Mieliśmy do czynienia ze swoistą rewolucją, która doprowadziła do skokowej redukcji mocy zamówionych oraz zapotrzebowania na ciepło odbiorców. Był to znaczący krok do głębokiej restrukturyzacji przedsiębiorstw ciepłowniczych, modernizacji źródeł i sieci.

Jednak wtedy to dostawcy ciepła byli strona aktywną, dominującą, narzucającą rozwiązania i kreującą te zmiany. Teraz jest często odwrotnie – wielokrotnie to odbiorcy wyprzedzają w działaniach swoich dostawców ciepła. Dość szybko zmienia się ich świadomość i potrzeby w zakresie korzystania z ciepła. Mają nowe możliwości techniczne i finansowe, które pozwalają inwestować we własne źródła OZE i wymuszają zmiany w przedsiębiorstwach ciepłowniczych. Oszczędzanie i ekologia stają się „modne”.

Postęp technologiczny jest niezwykle dynamiczny. Jeszcze 10 lat temu „panel słoneczny” kojarzył się przede wszystkim z układami podgrzewania ciepłej wody. Pompy ciepła były w Polsce ekstrawagancją.

Dziś już masowo, coraz wydajniej i taniej (inwestycyjnie) produkujemy energię elektryczną z instalacji PV, a pompy ciepła są powszechne. Kolejne technologie czekają niejako w kolejce – panele perowskitowe, technologie wodorowe, mikroinstalacje wiatrowe. Znaczna część odbiorców ciepła będzie powoli uniezależniała się od dostaw energii elektrycznej i ciepła systemowego.

Oprócz nowych technik wytwarzania energii, nieunikniony jest rozwój technologii krótkookresowej i sezonowej akumulacji ciepła oraz energii elektrycznej. Sami jako ConectPoint uczestniczymy aktualnie w Projekcie Badawczo-Rozwojowym ze wsparciem z NCBiR, dotyczącym magazynowania ciepła i chłodu.

Jednocześnie ograniczane będzie zapotrzebowanie na ciepło, poprzez zintensyfikowanie inwestycji w termomodernizacje istniejących budynków oraz rozwój budownictwa pasywnego. Jest to kierunek konieczny i jak najbardziej właściwy, ponieważ przede wszystkim powinniśmy zacząć oszczędzać ciepło.

Dla wielu dotychczasowych odbiorców, szczególnie tych z segmentu małego budownictwa, usług i handlu, ale również budynków publicznych, ciepło systemowe może stać się niedługo źródłem uzupełniającym, szczytowym. Dlatego konieczna jest szybka zmiana, często dość wąskiego, postrzegania swojej roli na rynku ciepła przez firmy ciepłownicze. Lokalni dostawcy ciepła muszą wyjść ze strefy komfortu, którą przez wiele lat dawała pewność dostaw ciepła i stały proces przyłączeń nowych odbiorców. Nie chodzi o to, że ilościowo tych odbiorców będzie ubywało, ale o to, że zaczną zużywać zdecydowanie mniej ciepła. Wolumen będzie malał, pomimo dużych nakładów na rozwój sieci.

Firmy ciepłownicze jako liderzy pozytywnych zmian

Konieczne jest więc aktywne włączenie się w ten nurt zmian. Ciepłownictwo systemowe może wykorzystać swój potencjał i pozycję na lokalnym rynku ciepła, do przyjęcia roli kreatora polityki ciepłowniczej, czy szerzej – energetycznej – w danym mieście.

Oczywiście w ostatnich latach los nie sprzyjał firmom ciepłowniczym – wyzwania związane z konieczną modernizacją źródeł ciepła oraz sytuacja na rynku paliw i uprawnień do emisji CO2 sprawiła, że rentowność i kondycja branży jest słaba. Ale to nie oznacza, że można stać w miejscu, wręcz przeciwnie. Kto nie wykorzysta teraz szansy i nie zaproponuje nowych usług dla swoich odbiorców, ten będzie niestety, mówiąc kolokwialnie, „ograny przez innych”.

Konieczne jest również poszerzanie kręgu klientów o tych, którzy odbiorcami ciepła systemowego nie są i nie będą, realizując z nimi i dla nich inny biznes. Już w chwili obecnej wiele firm proponuje odbiorcom ciepła w mieście, spółdzielniom mieszkaniowym, klientom przemysłowym czy publicznym, usługi w zakresie optymalizacji zużycia ciepła czy wytwarzania ciepła z OZE. Często jest to w formule ESCO, wykorzystując do pokrycia kosztów inwestycji przychód z pozyskanych „białych certyfikatów”.

Dlaczego bardzo rzadko robią to sami dostawcy ciepła? Strach przed utratą przychodów w związku z redukcją zapotrzebowania jest złym doradcą. Odbiorcy ciepła i tak prędzej czy później ograniczą zużycie ciepła. Lepiej więc w tym uczestniczyć, być moderatorem tych działań i przynajmniej częściowo zniwelować utratę przychodów ze sprzedaży ciepła, przychodami np. za usługę optymalizacji. A dodatkowo pozyskać świadectwa efektywności i wykorzystywać takie działania dla wzmacniania swojej pozycji, działań marketingowych i społecznych.

Wydaje się oczywiste, że to właśnie ciepłownictwo systemowe może i powinno być integratorem działań lokalnych, samorządowych, na płaszczyźnie zaspokajania potrzeb energetycznych mieszkańców miast. Przy czynnym udziale przedsiębiorstw ciepłowniczych powinny być sporządzane i stale aktualizowane plany gospodarowania energią w gminach czy miastach.

Plany gospodarki niskoemisyjnej, Mapy ciepła, Planowanie przestrzenne – wszystkie te działania powinny być spójne i we wszystkich aktywną rolę może odgrywać firma ciepłownicza. Współpraca pomiędzy miastem a firmą ciepłowniczą jest często naturalna, ponieważ znaczna część tego sektora jest własnością lub współwłasnością gminy. To powinno owocować wzajemnym zaufaniem i chęcią pogłębienia współpracy na lokalnym rynku energii.

Potęga współpracy miast i spółek ciepłowniczych

W dobie kryzysu na rynku paliw oraz konieczności pilnego odejścia od nośników energii z Rosji, ważne jest by jak najefektywniej wykorzystywać dostępne zasoby i środki produkcji. Ale ważne też jest to, by zmieniać przyzwyczajenia mieszkańców miast, kreować świadomość energetyczną i ekologiczną.

Aby zbudować efektywny system energetyczny dla całego miasta, konieczne jest pozyskanie i analiza wielu informacji, a następnie ich właściwe wykorzystanie. Obecnie możemy z łatwością gromadzić ogromne ilości informacji dotyczących codziennych zachowań i potrzeb mieszkańców oraz infrastruktury miejskiej. Dla efektywnego masowego pozyskiwania danych do analiz, a następnie zdefiniowania kierunków optymalizacji, a w końcu do nadzoru nad złożonymi procesami, konieczne jest wsparcie systemów IT.

Niezbędna jest cyfryzacja. Przedsiębiorstwa komunalne mogą być zaufanym partnerem, który będzie w stanie bezpiecznie wykorzystać te dane, aby życie mieszkańców miast, podmiotów publicznych i biznesowych stało się wygodniejsze. I co ważne, bardziej przyjazne dla środowiska.

W celu osiągnięcia maksimum efektu, masowo gromadzone dane trzeba odpowiednio wykorzystać. Połączenie graficznej informacji przestrzennej, systemów SCADA, systemów analitycznych i billingowych jest najczęściej głównym celem informatyzacji w przedsiębiorstwach ciepłowniczych. Do tego możemy wykorzystać informacje kartograficzne, urbanistyczne i planistyczne będące w posiadaniu gmin. Analizę możemy rozszerzyć dodatkowo o mnóstwo informacji posiadanych przez inne przedsiębiorstwa infrastrukturalne i samych mieszkańców miast.

Czy można to wszystko połączyć w jeden sprawny i bezpieczny system danych? Czy da się te wszystkie dane wykorzystać do prowadzenia wielokierunkowych analiz i przygotowania planów optymalizacyjnych w zakresie chociażby lokalnego rynku ciepła?

Oczywiście jest to możliwe, ale jeszcze daleka droga przed miastami, by to osiągnąć. Wydaje się jednak, że odwrotu już nie ma. Idea SmartCity jest znana od wielu lat. Ważnymi elementami takiego nowoczesnego miasta, jest niewątpliwie oszczędne zarządzanie energią.

Ciepłownictwo systemowe musi szerzej spojrzeć na rynek energii w miastach. Konieczna jest zmiana mentalna, aby zauważyć, że wewnątrz systemu aktualnej dystrybucji ciepła w mieście oraz obok niego, są zarówno konsumenci jak i producenci ciepła oraz energii elektrycznej. Rozwój OZE, zauważanie strumieni ciepła odpadowego z procesów produkcyjnych, magazynowanie ciepła czy energii elektrycznej w mikroinstalacjach – to zjawiska, które się dynamizują. Ciepłownictwo i same miasta, nie mogą ich bagatelizować, muszą je wykorzystywać.

Przedsiębiorstwa ciepłownicze, działając w interesie swoim i niejako w imieniu miast, powinny pozyskiwać i analizować dane dotyczące nie tylko potrzeb energetycznych mieszkańców, ale też instalacji wytwarzania energii dla wszystkich obiektów na terenie miasta.

Ciepło z odnawialnych źródeł energii

Sieć ciepłownicza może z powodzeniem wspierać pracę swojego źródła takimi zewnętrznymi strumieniami ciepła. Może również być „akumulatorem” dla nadwyżek produkowanej energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznych. Tym bardziej, że w wielu miejscach sieć energetyczna niskiego napięcia jest niewydolna i odcina instalacje PV w szczytach nasłonecznienia. To są wymierne straty i obniżenie planowanego strumienia energii, którą można byłoby wykorzystać w innych porach dnia czy roku.

Można wyobrazić sobie system wzajemnych korzyści na linii prosument PV-firma ciepłownicza. Instalacje fotowoltaiczne w połączeniu z wydajnymi pompami ciepła są coraz powszechniejsze, a w takim przypadku lokalna sieć ciepłownicza może odbierać nadwyżki energii elektrycznej w postaci ciepła.

Moim zdaniem można przyjąć układ handlowy na zasadach podobnych, jak dla energii elektrycznej, tj. np. 70/30, inteligentne układy pomiarowe, które rozliczą zakup i sprzedaż ciepła w jednym punkcie przyłączenia, a następnie odbiór „nadwyżki” ciepła zimą. Konieczne byłyby zmiany regulacji prawnych, również w zakresie konstruowania taryf dla ciepła, ale taka jest przyszłość.

Oczywiście do tego potrzebna jest rewolucja systemów ciepłowniczych w kierunku standardu 4.0, czyli systemów niskotemperaturowych, chociażby wyspowych na początek. Nieodzownym aspektem takiej transformacji będzie posiadanie elastycznego źródła ciepła, które będzie potrafiło dostosować się do współpracy ze źródłami rozproszonymi, prosumenckimi.

Efektywność systemów motorem cyfryzacji

Jednak bez zaawansowanych narzędzi i systemów IT, trudno będzie ruszyć do przodu. Cyfryzacja daje szansę na to, by maksymalnie zoptymalizować i usprawnić procesy produkcyjne i dystrybucyjne ciepła. To ważne, gdy otaczająca nas rzeczywistość zmienia się bardzo dynamicznie.

Inspiracją dla wdrożenia lub rozwoju przez firmę cyfryzacji może być wizja znaczących oszczędności. Ale nie chodzi o to, by tylko zakupić oprogramowanie. To musi być produkt dopasowany, uszyty na miarę, optymalny. Taki produkt i takie wdrożenie może te oczekiwane „oszczędności” zmaksymalizować.

W ConnectPoint ugruntowało się przekonanie, że walory Sztucznej Inteligencji i systemów IT muszą być połączone z doświadczeniem i „wyczuciem” kadry technicznej przedsiębiorstwa. To najlepsza recepta na sukces wdrożenia, na dopasowanie oprogramowania do potrzeb firmy i ludzi w niej pracujących.

Jednocześnie, mając solidne podstawy technologiczne, doświadczenia z innych wdrożeń i opierając się na dobrej współpracy z Klientem, możemy z powodzeniem zaimplementować zaawansowane technologie, takie jak Predictive Maintenance, Digital Twin czy niezawodne prognozowanie produkcji. To może doprowadzić do osiągniecia poziomu funkcjonowania i prowadzenia działalności na miarę ambicji przedsiębiorstw, a jednocześnie oczekiwań klientów. Teraz i w przyszłości.

Misją ConnectPoint jest zapewnienie organizacjom jednego „źródła prawdy” o ich infrastrukturze. Przygotowujemy zaufaną platformę z danymi operacyjnymi, której firmy potrzebują, aby odnieść sukces w cyfryzacji. Obejmuje ona monitorowanie w czasie rzeczywistym i automatyzację raportów rozpowszechnionych w organizacji, takich jak np. raport zmianowy czy analizy produkcyjno-sprzedażowe. Celem jest przejrzystość procesów, wykluczenie dublownia pracy, udostepnienie narzędzi i analiz do pogłębiania optymalizacji działalności oraz kreowania celów na przyszłość.

Już teraz proponujemy oprogramowanie wspomagające optymalizację produkcji, dystrybucji i zużycia ciepła w budynkach. Nasz system jest elastyczny i umożliwia nadzór i analitykę dla różnych strumieni ciepła, energii, mediów oraz związanych z nimi procesów technologiczno-biznesowych. Dajemy narzędzia do obsługi masowej, tj. dla ogromnej ilości danych. Możemy zapewnić oprogramowanie zarówno dla optymalizacji zużycia ciepła w jednym lub kilku budynkach, jak i dla całego układu źródło-dystrybucja-odbiór ciepła.    

Są to podstawy do zbudowania większego systemu, odpowiadającego wyzwaniom opisanym powyżej. To niezbędny wkład do transformacji przedsiębiorstw ciepłowniczych do standardu 4.0, i w końcu również, do zbudowania spójnego i nowoczesnego Lokalnego Rynku Energii w każdym mieście. Systemu, w którym istotną rolę będzie pełnił lokalny dostawca ciepła systemowego.

Jako ConnectPoint możemy Wam w tym pomóc.

Artykuł oryginalnie został opublikowany na portalu Kierunek Energetyka.