Gruntowe pompy ciepła – niedoceniony potencjał…

Zgodnie z raportem rynkowym Europejskiej Rady Energii Geotermalnej do końca 2018 r. w Europie zainstalowano około 1,9 mln systemów geotermii niskotemperaturowej wytwarzających prawie 27 TWh energii cieplnej przy zainstalowanej mocy 23 GW. Na 1000 mieszkańców UE przypadają średnio 4 gruntowe pompy ciepła. Płytka geotermia ma potencjał, który można wykorzystać w celu dostarczenia do budynków ciepła i/lub chłodu oraz do sezonowego magazynowania ciepła w sposób niezawodny i nienaruszający równowagi środowiskowej. Pomimo tego, że technologia gruntowych pomp ciepła znana jest od wielu lat, wciąż w wielu regionach Europy nie uwzględniono w pełni jej roli ani w obowiązujących ramach prawnych, ani w koncepcjach regionalnego zarządzania energią.

Polski rynek instalacji gruntowych pomp ciepła rozwija się od wielu lat bardzo dynamicznie. Najwyższą dynamikę można było zaobserwować w latach 2005-2011, kiedy to pompy ciepła wchodziły na polski rynek. Były to wtedy głównie gruntowe pompy ciepła jako najbardziej efektywne i dopasowane w swojej pracy rozwiązanie dla polskiego klimatu. W początkowych latach rozwoju segmentu gruntowych pomp ciepła brakowało polskich standardów do projektowania i wykonywania instalacji dolnych źródeł ciepła. Posiłkowano się opracowaniami zagranicznymi i ewentualnym doświadczeniem wykonawców zdobytym podczas robót za granicą. Pierwszym opracowaniem, które kompleksowo opisuje zagadnienie projektowania i wykonywania instalacji dolnych źródeł ciepła, były wytyczne PORT PC cz.1. z roku 2013. Ten brak wytycznych i niestety dość częste błędy wykonawcze ze strony mało doświadczonych firm wiertniczych spowodował stagnację rozwoju gruntowych pomp ciepła. Trwała ona praktycznie do 2016 r., ale już od 2017 widać ponowne wzrosty w tym segmencie pomp ciepła – głównie w instalacjach powyżej 20 kW. Wg PORT PC sprzedaż gruntowych pomp ciepła o mocy grzewczej < 20 kW w 2018 r. w stosunku do 2017 r. jest na podobnym poziomie, czyli około 4300 szt., z tą uwagą, że w 2018 r. wzmocniła się tendencja do stosowania rewersyjnych pomp ciepła (z funkcją chłodzenia) i nastąpił ich 16% wzrost. Z kolei wstępne szacunki dotyczące 2019 roku mówią o wzroście wszystkich (mocy < 20 kW i > 20 kW) gruntowych pomp ciepła o 12% do poziomu 6000 szt. rocznie.

Płytka, niskotemperaturowa energia geotermalna, to…
…czysta i efektywna alternatywa dla ogrzewania, chłodzenia i sezonowego magazynowania ciepła!
✓ Jest ona dostępna wszędzie pod naszymi stopami i zmniejsza zależność od importu energii.
✓ Jest to niezawodne źródło ogrzewania i chłodzenia. Niskotemperaturowa energia geotermalna jest stabilna i jest w stanie zapewnić ciepło i chłód w dzień i w nocy, niezależnie od warunków pogodowych.
✓ To samo urządzenie gruntowej pompy ciepła może zapewnić ogrzewanie i chłodzenie. Nie ma potrzeby stosowania dużych i głośnych systemów klimatyzacji, aby utrzymać komfortowy chłód w domu lub w biurze.
✓ Pomaga uniknąć szkodliwych emisji takich, jak smog czy gazy cieplarniane. W przeciwieństwie do kotłów węglowych, olejowych i gazowych, nie występują tutaj żadne emisje do atmosfery.
✓ Zmniejsza ciepło i hałas otoczenia. Należy zauważyć, że powietrzne pompy ciepła i systemy klimatyzacyjne zwiększają poziom hałasu otoczenia.
✓ Gruntowe pompy ciepła nie są widoczne na zewnątrz i nie zajmują dużo miejsca w pomieszczeniach budynków. Nadają się do zastosowań specjalnych takich, jak np. budynki zabytkowe.
✓ Wspiera europejskie strategie klimatyczne i środowiskowe. Niskotemperaturowa energia geotermalna ułatwia dekarbonizację Europy i redukcję emisji gazów cieplarnianych.
✓ Może ona wspierać nową generację lokalnych sieci grzewczych i chłodniczych, wykorzystując górotwór jako sezonowy magazyn ciepła dla połączonych ze sobą budynków.
✓ Nie jest wymagana żadna specjalna infrastruktura – tylko zwyczajne zasilanie elektryczne. Niskotemperaturowa energia geotermalna charakteryzuje się długą żywotnością instalacji nawet do 50 lat oraz samodzielnością energetyczną, szczególnie w połączeniu z innymi źródłami odnawialnymi takimi jak fotowoltaika.
✓ Jest to przyszłościowa, integralna część „inteligentnych sieci” wspomagająca łączenie różnych form OZE w odniesieniu do efektywnego ogrzewania i chłodzenia oraz zdecentralizowanego zasilania energią.

Prawdą jest, że gruntowe pompy ciepła w domach jednorodzinnych zostały wyparte w dużej mierze przez powietrzne pompy ciepła, które po licznych udoskonaleniach technologicznych i przy łatwiejszym procesie montażowym stały się znaczącą alternatywą. Jednak wspomniany wyżej wzrost sprzedaży rewersyjnych gruntowych pomp ciepła to tendencja związana z bardzo korzystną zaletą stosowania gruntowych pomp ciepła do tzw. free coolingu, czyli przekazywania ciepła budynku do gruntu i tym samym do jego chłodzenia. Gruntowe pompy ciepła jako jedyne mogą pracować w trybie pasywnego chłodzenia, czyli bez konieczności zużywania energii elektrycznej do pracy sprężarki, co pozwala chłodzić budynki w bardzo ekonomiczny sposób. Podnosi to również parametry cieplne gruntu, czyli daje możliwość regeneracji gruntu, co przekłada się na poprawę efektywności pracy PC (podnosi SCOP).

Co warte jest szczególnego podkreślenia to fakt, że z roku na rok gruntowe pompy ciepła mocy > 20 kW odnotowują bardzo wysokie wzrosty sprzedaży sięgające nawet 40% r/r. PORT PC szacuje, że duży potencjał rozwoju rynku produkcji dla krajowych producentów pomp ciepła stanowią właśnie gruntowe pompy ciepła o mocy powyżej 50 kW. Obecnie ok. 20% gruntowych pomp ciepła o mocy powyżej 50 kW sprzedawanych w Polsce to pompy ciepła produkowane w naszym kraju. Przy wprowadzeniu powszechnych programów wsparcia udział ten może wzrosnąć do ponad 40%.

Warto mieć na uwadze fakt, że większość elementów systemu z pompą ciepła (ponad 80% całej wartości) może być wykonana z elementów pochodzenia krajowego (około 50% elementów z samej pompy ciepła, dolne źródło, wiercenia). Również w takim przypadku przychody pozostają w kraju.
Wsparcie tego segmentu może spowodować powstanie zakładów produkcyjnych pomp ciepła. Podobnie jak stało się to w przypadku producentów kolektorów słonecznych w Polsce.
Warto zwrócić uwagę na jeszcze jeden aspekt, że gruntowe pompy ciepła instalowane w Polsce sięgają coraz częściej mocy grzewczych rzędu 400–500 kW. Dynamiczny rozwój gruntowych pomp ciepła właśnie w kategorii > 20 kW ma olbrzymi wpływ na sumaryczne zainstalowane moce grzewcze, co zwiększa ich ogólne oddziaływanie i udział w ogólnym rynku pomp ciepła. Aktualnie nie dysponujemy analizą rynku pod względem zainstalowanych mocy grzewczych poszczególnych typów pomp ciepła (powietrznych, gruntowych). Wydaje się jednak pewne, że rozpatrując udziały w rynku z perspektywy zainstalowanych mocy grzewczych, gruntowe pompy ciepła miałyby zdecydowanie wyższy udział procentowy aniżeli przy obecnych statystykach bazujących jedynie na ilościach sprzedanych urządzeń.
Ogłoszone w połowie marca zmiany w programie Czyste Powietrze wydają się być bardzo korzystne dla gruntowych pomp ciepła, które dzięki wysokiej klasie efektywności energetycznej na poziomie co najmniej A++, otrzymują najwyższy poziom wsparcia wśród technologii pompowych.

Maksymalna kwota dotacji w programie Czyste Powietrze dla gruntowych pomp ciepła będzie na poziomie 20 250 zł, czyli tak +/- na poziomie kosztu wykonania 2 odwiertów dla domu jednorodzinnego. Mimo że program Czyste Powietrze jest przewidziany już tylko dla istniejących budynków, wydaje się, że tak wysoki poziom dofinansowania może skusić wielu inwestorów.

Pamiętajmy, że wiąże się to z odwiertami, na które trzeba znaleźć miejsce w zagospodarowanej przestrzeni wokół domu, co czasami nie jest
łatwe. Jednak finalny koszt gruntowej pompy ciepła (z dużo szerszym pakietem korzyści – zob. ramka) dzięki dofinansowaniu może zbliżyć się do kosztu powietrznej PC, co z pewnością spowoduje znaczny wzrost zainteresowania tą technologią.
Pozytywny trend w rozwoju gruntowych PC, ich niewątpliwie wyższe parametry efektywności pracy, zalety freecoolingu i w końcu zniesienie po części bariery finansowej (program Czyste Powietrze oraz ulga termomodernizacyjna) pozwala z dużym optymizmem spoglądać w dalszy, bardziej dynamiczny rozwój w kolejnych latach. Stworzony przez PORT PC scenariusz optymistyczny dla gruntowych pomp ciepła zakłada wzrost sprzedaży z poziomu ok. 6200 szt. w 2019 r. (co prawie stało się faktem) do poziomu nawet 35 000 szt. w 2030 r. Ambitnie, ale moim zdaniem całkiem realnie. Już dziś pojawiają się na polskim rynku przetargi na modernizację całych obszarów wiejskich z założeniem wymiany istniejącego źródła ciepła na gruntową pompę ciepła dla np. 50-100 domostw.

Potrzebne są ambitne, ale osiągalne cele na rok 2030!*

W ramach projektu Heat Roadmap Europe (HRE) przeanalizowano scenariusze efektywnej dekarbonizacji rynku ogrzewania i chłodzenia w 14 państwach członkowskich UE do 2050 r., które obejmują 90% całkowitego końcowego zużycia energii w UE. Dzięki przeprojektowaniu rynku ogrzewania i chłodzenia przy użyciu wyłącznie sprawdzonych i gotowych do wprowadzenia na rynek technologii, emisje CO2 można by zmniejszyć o 86% lub 4340 mln ton w porównaniu z 1990 r., co byłoby kluczowym rozwiązaniem dla osiągnięcia celów UE w zakresie klimatu na lata 2030 i 2050.
Scenariusz HRE 2050 uwzględnia dwie główne technologie zapewniające ogrzewanie i chłodzenie w roku 2050: (1) wydajne systemy lokalnych sieci ogrzewania i chłodzenia (zaspokajanie do 50% zapotrzebowania na energię) oraz (2) indywidualne pompy ciepła, w przypadku których nie można zastosować systemów lokalnych sieci ogrzewania i chłodzenia (udział wynoszący około 45%). Projekt Heat Roadmap Europe ujawnił również, że nie będzie potrzeby dalszego zwiększania wykorzystania biomasy do ogrzewania, ponieważ jej przyszłe zasoby powinny być zarezerwowane dla innych zastosowań, takich jak produkcja biopaliw lub energii elektrycznej. Dla przyszłego modelowego rynku ciepła będą potrzebne wysoce wydajne zastosowania, takie jak gruntowe pompy ciepła, które pozwolą uniknąć dodatkowych inwestycji w moc elektryczną przy obciążeniu szczytowym, a także w przesyłowe sieci energetyczne. W scenariuszu HRE 2050 zakłada próg dla współczynnika efektywności systemów GPC w wysokości co najmniej 3,5. Ponadto około 25% ciepła wyprodukowanego w 2050 r. powinno pochodzić z odzyskanego ciepła odpadowego z procesów chłodzenia pomieszczeń (2015 r.: 7.3%).
W obecnych warunkach bardzo prawdopodobne jest osiągnięcie wskaźników celów dla całego rynku pomp ciepła na poziomie 420 TWh ciepła wytworzonego w celu zbliżenia się do realizacji scenariusza HRE 2050. Obecna stopa wzrostu wynosząca około 12%, zdominowana przez powietrzne pompy ciepła, znacznie przekracza stopę wzrostu wymaganą do osiągnięcia wartości docelowej wynoszącą 10,4%. Należy więc dołożyć większych starań, aby osiągnąć określony udział gruntowych pomp ciepła w dostawach ciepła w 2030 r., co wymaga 7-krotnej ekspansji rynku w porównaniu z rokiem 2018.

Bardzo ciekawe i warte przytoczenia wnioski przedstawia zakończony w 2019 r. projekt GeoPlasma-CE w zakresie promowania i wsparcia rozwoju płytkiej geotermii. Można je przestudiować na podstawie lektury Vademecum tutaj: https://portal.geoplasma-ce.eu/

Płytka energia geotermalna może znacznie zwiększyć efektywność ogrzewania i chłodzenia budynków i dlatego doskonale wpisuje się w działania programu Unii Europejskiej „Czysta Energia dla Wszystkich Europejczyków”. Wymagane zasoby energii cieplnej są tuż pod naszymi stopami, ale musimy je odblokować. Ponieważ kolejna dekada ma kluczowe znaczenie dla transformacji sektora ciepłownictwa i chłodnictwa w Europie, należy już teraz wyznaczyć nowy kurs! Utrata trzech lat na wzmocnienie rynku niskotemperaturowej energii geotermalnej może kosztować od 20 do 60 TWh ciepła (nie-) wyprodukowanego w 2030 roku.

* Projekt GeoPlasma-CE: https://portal.geoplasma-ce.eu/