Экономика тепла. Как Дания сохраняет летнее солнце для зимних батарей: практические уроки для Украины

Дания — один из мировых лидеров в сфере централизованного теплоснабжения. Более 60% домохозяйств страны получают тепло через системы централизованного теплоснабжения. При этом свыше 68% тепла в сетях производится на когенерационных установках, а сама модель теплоснабжения стала примером того, как правильная структура рынка, местное управление и последовательная регуляторная политика в энергетическом секторе могут обеспечить эффективную зеленую трансформацию.

Развитие и диверсификация

Современная высокоразвитая и диверсифицированная система теплоснабжения в Дании начала формироваться после нефтяных кризисов 1970-х, когда около 90% энергопотребления страны зависело от импортной нефти. Резкий рост цен на энергоресурсы заставил правительство и местные власти искать пути повышения энергетической безопасности и уменьшения зависимости от ископаемого топлива. Одним из ключевых решений стало внедрение интегрированного подхода к развитию инфраструктуры тепло- и электроснабжения, прежде всего на основе когенерации.

Когенерационные установки существенно повышают эффективность использования топлива, особенно если они оснащены тепловыми аккумуляторами, применяемыми для накопления сбросного (отработанного) тепла с целью дальнейшего использования для отопления зданий. Именно благодаря такому подходу Дания смогла повысить эффективность энергетической системы и одновременно снизить выбросы парниковых газов.

С течением времени страна начала активно диверсифицировать источники тепла. Сегодня в системе централизованного теплоснабжения используются разные виды энергии: биомасса (в настоящее время составляет основу производства тепла — около 30%), сжигание отходов (технология waste-to-energy), сбросное тепло от промышленности и дата-центров, большие тепловые насосы, электрические котлы и солнечная тепловая энергия.

Доля ископаемого топлива в производстве тепла постоянно сокращается: в 2022 г. было 17%, в 2023 — 13%. Зеленые источники энергии составляют 72% первичной энергии в системе теплоснабжения Дании. В результате система стала значительно более устойчивой к колебаниям цен на энергоресурсы и внешним энергетическим кризисам.

Источник: Dansk Fjernvarme, 2022

Декарбонизация электроэнергетики и производства тепла в Дании развивается очень быстро. 97% новых установок для производства тепла в 2025 г. базируется на тепловых насосах и солнечной энергии, что значительно уменьшает зависимость от ископаемого топлива. Биомасса также играет стабилизирующую роль в переходе, особенно на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ).

Процесс отказа от угля значительно ускорился в последние годы. В 2024 г. старая угольная электростанция "Эсбьерг" была закрыта, а ее заменили крупнейшим в мире тепловым насосом на морской воде, работающим на энергии ветра. Параллельно с этим другие две угольные ТЭЦ, "Фюнсверкет" и " Студструпверкет", переведены на древесные пеллеты, солому и биомассу. Сегодня в эксплуатации остается только одна угольная ТЭЦ "Нордьюлландсверкет" как резервная — до 2029 г.

Роль кооперативов и муниципалитетов

Важная особенность датской модели — структура собственности тепловых сетей. В стране 310 энергетических кооперативов, принадлежащих местным общинам, а также более 50 муниципальных теплоснабжающих компаний, также фактически принадлежащих потребителям. Только небольшая часть компаний находится в частной собственности. Тепловые сети — это естественные монополии, которые работают по принципу самоокупаемости и являются неприбыльными.

Тарифы формируются на основе фактических затрат на эксплуатацию и обслуживание сетей, инвестиций в модернизацию и развитие системы. Прибыль для владельцев сетей в тарифах не предусматривается. Этот подход создает такую логику развития рынка, в которой оператор сети (действующей в интересах общины) не имеет мотивации блокировать новых производителей тепла. Напротив, для общин выгоднее интегрировать более дешевые или более эффективные источники энергии, так как это позволяет снизить общие затраты.

Еще одним важным элементом датской модели является разделение функций (анбандлинг) между разными участниками: операторами сетей, производителями тепла и муниципалитетами как владельцами и планировщиками систем теплоснабжения. В большинстве случаев теплосеть принадлежит потребителям (домохозяйствам), членам энергокооператива, которые выбирают руководство компании. Такие компании называются AMBA (Andelsselskab med begrænset ansvar) — кооператив с ограниченной ответственностью.

Производители тепла не собственники сетей. Они продают тепловую энергию в сеть, а оператор системы централизованного теплоснабжения содержит инфраструктуру тепловых сетей и отвечает за безопасность эксплуатации и транспортировки тепла от производителей к потребителям.

Среди таких производителей могут быть ТЭЦ, малые когенерационные станции, биомассовые котельные, мусоросжигательные заводы, промышленные предприятия с избыточным теплом, а также установки с большими тепловыми насосами или электрическими котлами. То есть это открытая платформа, к которой могут подключаться разные источники энергии.

В основном производители тепла принадлежат городам, местным кооперативам, региональным муниципальным энергетическим компаниям, таким как HOFOR. Часть тепловой энергии обеспечивает крупный датский национальный холдинг Ørsted (подразделение Ørsted Bioenergy & Thermal Power). В каждой зоне обычно есть только один оператор теплосети. Мусоросжигательные заводы в Дании почти всегда муниципальные.

Ключевым элементом этой системы является доступ третьих сторон к тепловым сетям (third-party access), который регулируется Законом Дании о теплоснабжении (Heat Supply Act).

Независимые производители тепла могут подавать энергию в систему централизованного теплоснабжения только при условии, что их проект является экономически и социально эффективным. Это правило закреплено в законодательстве о теплоснабжении и способствует развитию конкуренции между различными источниками тепла.

Благодаря этому в систему могут интегрироваться новые технологии и источники энергии. Например, промышленные предприятия могут передавать избыточное тепло в тепловые сети, а крупные тепловые насосы могут использовать избыточную электроэнергию с ветровых электростанций для производства тепла. Это позволяет максимально эффективно использовать доступные энергетические ресурсы и балансировать энергосистему.

Ключевую роль в развитии систем теплоснабжения играют муниципалитеты. Именно местные власти отвечают за планирование и тип теплоснабжения на своей территории. Муниципалитеты определяют, где целесообразно развивать централизованное теплоснабжение, какие технологии являются наиболее эффективными и какие новые мощности могут быть построены.

Закон Дании о теплоснабжении также установил отдельные инфраструктурные зоны по всей стране: индивидуальное теплоснабжение, природный газ, децентрализованное теплоснабжение и централизованное теплоснабжение. Во многих случаях новые жилые районы обязаны подключаться к системам централизованного теплоснабжения, если это признается оптимальным решением. Такой подход позволяет избежать разбалансировки энергосистемы, когда каждое здание устанавливает собственную систему отопления без учета общей эффективности и сбалансированности энергетической инфраструктуры.

Датская система активно использует отработанное тепло ТЭЦ, мусоросжигательных заводов, промышленных предприятий и дата-центров. Тепло, которое раньше просто выбрасывалось в атмосферу, сегодня используется для отопления городов. Часто для этого применяются тепловые насосы, которые повышают температуру теплоносителя до уровня, необходимого для подачи в тепловые сети.

Тепловые насосы обеспечивают эффективный способ использования энергии ветра в системе централизованного теплоснабжения, поскольку они генерируют тепло из электричества в соотношении 1:4 (то есть одна часть энергии = четыре части тепла).

Важная функция тепловых насосов — балансировка энергосистемы. Когда производство электроэнергии из ветра высокое, тепловые насосы могут: потреблять дешевую электроэнергию, производить тепло, накапливать его в тепловых аккумуляторах. Позже это тепло используется в теплосетях. Таким образом, тепловые насосы фактически преобразуют избыточную электроэнергию в тепло, позволяют постепенно отказаться от газа и угля и способствуют декарбонизации.

Итак, важным элементом гибкости системы является использование аккумуляторов тепловой энергии (АТЕ). Сохраняя избыток тепловой энергии, вырабатываемой из различных источников, АТЕ помогает сбалансировать спрос и предложение энергии, особенно с учетом растущей интеграции ВИЭ с переменным характером генерации, таких как ветер и солнце.

В Дании широко применяются большие резервуары, заполненные водой, которые позволяют накапливать тепло и использовать его позже. Часто такие сезонные хранилища тепла размещаются под землей и имеют объем в десятки или даже сотни тысяч кубических метров.

Особенно эффективно эта технология работает в сочетании с солнечными тепловыми установками. В летний период солнечные коллекторы производят значительные объемы тепловой энергии. Эта энергия накапливается в больших резервуарах и используется зимой, когда спрос на тепло значительно возрастает. Таким образом, система теплоснабжения может использовать накопленную солнечную энергию даже в холодное время года.

В Дании применяются различные типы накопителей тепловой энергии. Аккумуляционные баки для хранения тепла используются вместе с другими теплогенерирующими установками, такими как ТЭЦ и установки на ВИЭ.

Шахтное тепловое накопление энергии (PTES) предполагает удержание тепла в больших изолированных подземных шахтах, заполненных водой. Этот метод совершенствовался в течение последних 30 лет и сейчас является зрелой технологией. Например, PTES в Большом Копенгагене имеет емкость хранения 70 тыс. м³, что обеспечивает тепловую мощность 30 МВт и емкость накопления энергии 3300 МВт·ч. Она функционирует как решение для кратковременного накопления тепла и недельного балансирования. Ожидается, что зарядка и разрядка будут осуществляться 25–30 раз в год.

Системы сезонного хранения тепла, размером в несколько бассейнов, заполненные водой и покрытые изоляцией (нагрев — до 90 градусов Цельсия)

Сочетание различных технологий — когенерации, тепловых насосов, солнечных коллекторных установок, биомассы и промышленного сбросного тепла — позволило создать систему, гибкую и способную быстро адаптироваться к изменениям энергетического рынка.

Уроки для Украины

Для нас этот опыт особенно важен. Большинство украинских систем централизованного теплоснабжения были созданы еще в советский период и сегодня нуждаются в модернизации, а местами и в полной замене. Датская модель показывает, что интеграция различных источников тепла возможна при условии правильно организованной структуры рынка, предоставляющей соответствующие экономические стимулы, и четко упорядоченного, но свободного доступа к инфраструктуре.

Открытый доступ всех производителей тепла к тепловым сетям, активная роль муниципалитетов в планировании теплоснабжения и некоммерческая модель работы теплосетей могут создать условия для развития новых технологий и привлечения инвестиций в отрасль.

Главная ценность датского опыта заключается в том, что благодаря надлежащему взаимодействию институтов, рыночных правил и долгосрочного видения инфраструктурного развития сети работают в интересах потребителей, системы открыты для новых технологий и производителей тепла, а местные власти отвечают за стратегическое планирование.

Именно поэтому опыт Дании сегодня внимательно изучают во многих странах. Он демонстрирует, что модернизация систем теплоснабжения, начавшаяся как реакция на скачки цен на энергоносители в 1970-х, может стать не только инструментом сокращения выбросов, но и важным фактором экономического развития общин, повышения надежности работы сетей и укрепления энергетической безопасности страны.