Економіка тепла. Як Данія зберігає літнє сонце для зимових батарей: практичні уроки для України

Данія — один зі світових лідерів у сфері централізованого теплопостачання. Понад 60% домогосподарств країни отримують тепло через системи централізованого теплопостачання. При цьому понад 68% тепла у мережах виробляється на когенераційних установках, а сама модель теплопостачання стала прикладом того, як правильна структура ринку, місцеве управління та послідовна регуляторна політика в енергетичному секторі можуть забезпечити ефективну зелену трансформацію.

Розвиток та диверсифікація

Сучасна високорозвинена та диверсифікована система теплопостачання в Данії почала формуватися після нафтових криз 1970-х, коли близько 90% енергоспоживання країни залежало від імпортної нафти. Різке зростання цін на енергоресурси змусило уряд і місцеву владу шукати шляхи підвищення енергетичної безпеки та зменшення залежності від викопного палива. Одним із ключових рішень стало впровадження інтегрованого підходу до розвитку інфраструктури тепло- та електропостачання, передусім на основі когенерації.

Когенераційні установки суттєво підвищують ефективність використання пального, особливо якщо вони оснащені тепловими акумуляторами, які застосовуються для накопичення скидного (відпрацьованного) тепла з метою його подальшого використання для опалення будівель. Саме завдяки такому підходу Данія змогла підвищити ефективність енергетичної системи й водночас зменшити викиди парникових газів.

З часом країна почала активно диверсифікувати джерела тепла. Сьогодні у системі централізованого теплопостачання використовуються різні види енергії: біомаса (наразі становить основу виробництва тепла — близько 30%), спалювання відходів (технологія waste-to-energy), скидне тепло від промисловості та дата-центрів, великі теплові насоси, електричні котли та сонячна теплова енергія.

Частка викопного палива у виробництві тепла невпинно скорочується: у 2022 р. було 17%, у 2023 — 13%. Зелені джерела енергії становлять 72% первинної енергії в системі теплопостачання Данії. У результаті система стала значно більш стійкою до коливань цін на енергоресурси та до зовнішніх енергетичних криз.

Джерело: Dansk Fjernvarme, 2022

Декарбонізація електроенергетики та виробництва тепла в Данії розвивається дуже стрімко. 97 % нових установок для виробництва тепла у 2025 р. базуються на теплових насосах та сонячній енергії, що значно зменшує залежність від викопного палива. Біомаса також відіграє стабілізуючу роль у переході, особливо на теплоелектроцентралях (ТЕЦ).

Процес відмови від вугілля значно прискорився в останні роки. У 2024 р. стару вугільну електростанцію "Есб'єрг" було закрито, а її замінили найбільшим у світі тепловим насосом на морській воді, який працює на енергії вітру. Паралельно з цим інші дві вугільні ТЕЦ, "Фюнсверкет" та "Студструпверкет", переведені на деревні пелети, солому та біомасу. Сьогодні в експлуатації залишається лише одна вугільна ТЕЦ "Нордьюлландсверкет" як резервна — до 2029 р.

Роль кооперативів та муніципалітетів

Важливою особливістю данської моделі є структура власності теплових мереж. У країні 310 енергетичних кооперативів, які належать місцевим громадам, а також понад 50 муніципальних теплопостачальних компаній, які також фактично належать споживачам. Лише невелика частина компаній перебуває у приватній власності. Теплові мережі є природними монополіями, при цьому вони працюють за принципом самоокупності та є неприбутковими.

Тарифи формуються на основі фактичних витрат на експлуатацію та обслуговування мереж, інвестицій у модернізацію та розвиток системи. Прибуток для власників мереж у тарифах не передбачається. Цей підхід створює таку логіку розвитку ринку, в якій оператор мережі (що діє в інтересах громади) не має мотивації блокувати нових виробників тепла. Навпаки, для громад вигідніше інтегрувати дешевші або більш ефективні джерела енергії, бо це дозволяє знизити загальні витрати.

Ще одним важливим елементом данської моделі є розділення функцій (анбандлінг) між різними учасниками: операторами мереж, виробниками тепла та муніципалітетами як власниками та планувальниками систем теплопостачання. У більшості випадків тепломережа належить споживачам (домогосподарствам), які є членами енергокооперативу та обирають керівництво компанії. Такі компанії називаються AMBA (Andelsselskab med begrænset ansvar) — кооператив з обмеженою відповідальністю.

Виробники тепла не є власниками мереж. Вони продають теплову енергію в мережу, а оператор системи централізованого теплопостачання утримує інфраструктуру теплових мереж та відповідає за безпеку експлуатації і транспортування тепла від виробників до споживачів.

Серед таких виробників можуть бути ТЕЦ, малі когенераційні станції, біомасові котельні, сміттєспалювальні заводи, промислові підприємства, що мають надлишкове тепло, а також установки з великими тепловими насосами або електричними котлами. Тобто це відкрита платформа, до якої можуть підключатися різні джерела енергії.

Здебільшого виробники тепла належать містам, місцевим кооперативам, регіональним муніципальним енергетичним компаніям, таким як HOFOR. Частину генерації тепла забезпечує великий данський національний холдинг Ørsted (підрозділ Ørsted Bioenergy & Thermal Power). У кожній зоні зазвичай є лише один оператор тепломережі. Сміттєспалювальні заводи у Данії майже завжди муніципальні.

Ключовим елементом цієї системи є доступ третіх сторін до теплових мереж (third-party access), що регулюється Законом Данії про теплопостачання (Heat Supply Act).

Незалежні виробники тепла можуть подавати енергію у систему централізованого теплопостачання лише за умови, що їхній проєкт є економічно і соціально ефективним. Це правило закріплене у законодавстві про теплопостачання і сприяє розвитку конкуренції між різними джерелами тепла.

Завдяки цьому у систему можуть інтегруватися нові технології та джерела енергії. Наприклад, промислові підприємства можуть передавати надлишкове тепло у теплові мережі, а великі теплові насоси можуть використовувати надлишкову електроенергію з вітрових електростанцій для виробництва тепла. Це дозволяє максимально ефективно використовувати доступні енергетичні ресурси та балансувати енергосистему.

Ключову роль у розвитку систем теплопостачання відіграють муніципалітети. Саме місцева влада відповідає за планування та тип теплопостачання на своїй території. Муніципалітети визначають, де доцільно розвивати централізоване теплопостачання, які технології є найбільш ефективними та які нові потужності можуть бути побудовані.

Закон Данії про теплопостачання також встановив окремі інфраструктурні зони по всій країні: індивідуальне теплопостачання, природний газ, децентралізоване теплопостачання та централізоване теплопостачання. У багатьох випадках нові житлові райони зобов’язані підключатися до систем централізованого теплопостачання, якщо це визнається оптимальним рішенням. Такий підхід дозволяє уникнути розбалансування енергосистеми, коли кожна будівля встановлює власну систему опалення без урахування загальної ефективності та збалансованості енергетичної інфраструктури.

Данська система активно використовує скидне тепло ТЕЦ, сміттєспалювальних заводів, промислових підприємств і дата-центрів. Тепло, яке раніше просто викидалося в атмосферу, сьогодні використовується для опалення міст. Часто для цього застосовуються теплові насоси, які підвищують температуру теплоносія до рівня, необхідного для подачі у теплові мережі.

Теплові насоси забезпечують ефективний спосіб використання енергії вітру в системі централізованого теплопостачання, бо вони генерують тепло з електрики у співвідношенні 1:4 (тобто одна частина енергії = чотири частини тепла).

Важлива функція теплових насосів — балансування енергосистеми. Коли виробництво електроенергії з вітру є високим, теплові насоси можуть: споживати дешеву електроенергію, виробляти тепло, накопичувати його у теплових акумуляторах. Пізніше це тепло використовується у тепломережах. Таким чином, теплові насоси фактично перетворюють надлишкову електроенергію на тепло, дозволяють поступово відмовитися від газу і вугілля та сприяють декарбонізації.

Отже, важливий елемент гнучкості системи — використання акумуляторів теплової енергії (АТЕ). Зберігаючи надлишок теплової енергії, що виробляється з різних джерел, АТЕ допомагає збалансувати попит і пропозицію енергії, особливо з огляду на зростаючу інтеграцію ВДЕ з перемінним характером генерації, таких як вітер та сонце.

У Данії широко застосовуються великі резервуари, заповнені водою, які дозволяють накопичувати тепло й використовувати його пізніше. Часто такі сезонні сховища тепла розміщуються під землею і мають об’єм десятки або навіть сотні тисяч кубічних метрів.

Особливо ефективно ця технологія працює разом із сонячними тепловими установками. У літній період сонячні колектори виробляють значні обсяги теплової енергії. Ця енергія накопичується у великих резервуарах і використовується взимку, коли попит на тепло значно зростає. Таким чином система теплопостачання може використовувати накопичену сонячну енергію навіть у холодний період року.

У Данії застосовуються різні типи накопичувачів теплової енергії. Акумуляційні баки для зберігання тепла використовуються разом з іншими теплогенеруючими установками, такими як ТЕЦ та установки на ВДЕ.

Шахтне теплове накопичення енергії (PTES) передбачає утримання тепла у великих ізольованих підземних шахтах, заповнених водою. Цей метод удосконалювався протягом останніх 30 років і зараз є зрілою технологією. Наприклад, PTES у Великому Копенгагені має ємність зберігання 70 тис. м³, що забезпечує теплову потужність 30 МВт та ємність накопичення енергії 3300 МВт·год. Вона функціонує як рішення для короткочасного накопичення тепла та тижневого балансування. Очікується, що заряджання та розряджання буде здійснюватися 25–30 разів на рік.

Системи сезонного зберігання тепла, розміром з кілька басейнів, заповнені водою та покриті ізоляцією (нагрів — до 90 градусів Цельсію)

Поєднання різних технологій — когенерації, теплових насосів, сонячних коллекторних установок, біомаси та промислового скидного тепла — дозволило створити систему, яка є гнучкою та здатною швидко адаптуватися до змін енергетичного ринку.

Уроки для України

Для нас цей досвід є особливо важливим. Більшість українських систем централізованого теплопостачання були створені ще в радянський період і сьогодні потребують модернізації, а подекуди й повної заміни. Данська модель показує, що інтеграція різних джерел тепла можлива за умови правильно організованої структури ринку, що надає відповідні економічні стимули, та чітко впорядкованого, але вільного доступу до інфраструктури.

Відкритий доступ усіх виробників тепла до теплових мереж, активна роль муніципалітетів у плануванні теплопостачання та некомерційна модель роботи тепломереж можуть створити умови для розвитку нових технологій і залучення інвестицій у галузь.

Головна цінність данського досвіду полягає в тому, що завдяки належній взаємодії інституцій, правил ринку та довгострокового бачення інфраструктурного розвитку мережі працюють в інтересах споживачів, системи відкриті для нових технологій і виробників тепла, а місцева влада відповідає за стратегічне планування.

Саме тому досвід Данії сьогодні уважно вивчають у багатьох країнах. Він демонструє, що модернізація систем теплопостачання, яка почалася як реакція на цінові стрибки на енергоносії у 1970-х, може стати не лише інструментом скорочення викидів, а й важливим фактором економічного розвитку громад, підвищення надійності роботи мереж та зміцнення енергетичної безпеки країни.