Rosnące ceny energii, niestabilność geopolityczna oraz postępujące zmiany klimatyczne sprawiają, że władze miejskie intensyfikują działania na rzecz rozwoju lokalnych źródeł energii z OZE. Coraz więcej miast w Polsce sięga po rozwiązania, które zapewnią im bezpieczeństwo energetyczne i zrównoważony rozwój. W ciągu najbliższych lat, dzięki inwestycjom w inteligentne technologie zarządzania energią oraz w nowoczesne instalacje OZE miasta mogą stać się autonomicznymi systemami energetycznymi, odpornymi na kryzysy zewnętrzne.

Na temat innowacyjnych modeli zarządzania miastami, technologii generujących oszczędności oraz niezależności energetycznej miast będą debatować eksperci podczas 19. Smart City Forum, które odbędzie się w dniach 18-19 listopada b.r. w The Westin Warsaw Hotel w Warszawie. Szczegółowa agenda wydarzenia oraz zapisy: https://smartcityforum.pl/

Znaczenie niezależności energetycznej dla bezpieczeństwa i zrównoważonego rozwoju miasta

Niezależność energetyczna miast to nie tylko kwestia ekonomiczna czy ekologiczna, ale przede wszystkim gwarancja bezpieczeństwa. W coraz bardziej niestabilnym świecie, gdzie zdarzenia losowe, konflikty czy zmiany klimatyczne mogą prowadzić do zakłóceń w dostawach oraz skoków cen energii, własne źródła prądu stają się niezbędne dla funkcjonowania i rozwoju miast. Miasta, czerpiąc energię z lokalnych instalacji OZE, zyskują autonomię w kształtowaniu polityki energetycznej, która jest dopasowana do lokalnych potrzeb i warunków.  To przekłada się na stabilizację kosztów ich funkcjonowania, lepsze warunki dla biznesu oraz wyższą jakość życia mieszkańców. Mniejsza zależność od fluktuacji cenowych globalnych cen prądu pozwala lokalnym samorządom na długofalowe planowanie inwestycji koniecznych dla rozwoju miasta. Wśród nich, dużą część mogą stanowić projekty związane z odnawialnymi źródłami energii i rozwojem technologii smart city, co pozwala m.in. na realizację celów związanych ze zrównoważonym rozwojem takich jak redukcja śladu węglowego, poprawa efektywności energetycznej budynków czy rozwój zielonej infrastruktury. Ponadto, redukcja emisji zanieczyszczeń, związana ze zwiększeniem udziału zielonej energii w miksie energetycznym miasta, wpływa na poprawę jakości powietrza. Czystsze powietrze oznacza mniejsze ryzyko zachorowania na choroby układu oddechowego i krążenia mieszkańców miast.

Rozwój energetyki wiatrowej w miastach

Energia wiatrowa stanowi obiecującą perspektywę dla miast dążących do niezależności energetycznej i zeroemisyjności. Miniaturyzacja technologii oraz rozwój inteligentnych systemów zarządzania energią otwierają nowe perspektywy dla zastosowania turbin wiatrowych w środowisku miejskim. Integracja turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu (VAWT) z architekturą miejską, połączona z magazynowaniem energii w lokalnych systemach pozwala na tworzenie mikrosieci zdolnych do zasilania budynków czy całych osiedli. Co więcej, łącząc instalacje wiatrowe z innymi źródłami energii odnawialnej takimi jak fotowoltaika, a także z inteligentnym systemem zarządzania (smart grid), miasta mogą znacząco zwiększyć swoją efektywność energetyczną. Jednak, rozwój technologii wiatrowej w polskich miastach napotyka szereg wyzwań technicznych, urbanistycznych, społecznych i prawnych. Do najważniejszych należą: ograniczona przestrzeń do instalacji większych turbin wiatrowych, hałas generowany przez turbiny, brak akceptacji społecznej dla tego typu instalacji oraz brak odpowiednich regulacji prawnych, które ułatwiłyby proces inwestycyjny i pozwoliły na bardziej elastyczne podejście do zagospodarowania przestrzeni miejskiej. W przyszłości możemy spodziewać się dalszej miniaturyzacji turbin wiatrowych, co umożliwi ich integrację z elementami architektury miejskiej, np. w postaci inteligentnych słupów oświetleniowych. Jednocześnie, rozwój technologii magazynowania energii umożliwi efektywne gromadzenie nadwyżek energii wytworzonej przez turbiny wiatrowe, zwiększając tym samym ich wartość dla systemu energetycznego w miastach.

Rozwój energetyki fotowoltaicznej w miastach

Fotowoltaika stanowi istotny element rozwoju niezależnych energetycznie miast oraz lokalnych klastrów energii.  Te ostatnie, poprzez optymalizację produkcji i konsumpcji energii przyczyniają się do stabilizacji sieci elektroenergetycznej oraz redukcji kosztów prądu. Mimo dynamicznego rozwoju, fotowoltaika w Polsce zmaga się z problemem niskiej sezonowości wynikającej z ograniczonego nasłonecznienia. W praktyce oznacza to, że aby systemy PV były efektywnym źródłem energii w miejskim miksie energetycznym konieczne jest zintegrowanie ich z zaawansowanymi technologiami magazynowania energii oraz inteligentnymi systemami zarządzania (smart grid), które mogą kompensować zmienność produkcji. Ponadto, rozwój projektów fotowoltaicznych w miastach napotyka bariery przestrzenne. Ograniczona dostępność powierzchni dachowych oraz ścisła zabudowa miejska nie pozwalają na rozwój większych projektów fotowoltaicznych, zmuszając tym samym inwestorów do szukania nowych rozwiązań takich jak fasady fotowoltaiczne czy panele PV instalowane na wiatach przystankowych.  W najbliższych latach sektor fotowoltaiki w miastach będzie przechodził istotne transformacje. Wprowadzenie dynamicznych taryf prawdopodobnie zwiększy zainteresowanie magazynami energii wśród prosumentów. W rezultacie, coraz większą rolę będą odgrywać  zaawansowane systemy zarządzania energią, które wykorzystują technologię IoT i sztuczną inteligencję, umożliwiając bardziej zautomatyzowane i efektywne gospodarowanie energią. Równocześnie, rozwój wirtualnych elektrowni oraz wsparcie w postaci grantów OZE może wpłynąć na wzrost popularności instalacji fotowoltaicznych na budynkach wielorodzinnych. Choć zmiany te będą wyzwaniem, jednocześnie otworzą przed sektorem nowe możliwości rozwoju.

Innowacyjne rozwiązania w ciepłownictwie miejskim i integracja z OZE

Przyszłość miejskiego ciepłownictwa prawdopodobnie będzie związana z rozwojem systemów IV generacji, które charakteryzują się obniżoną temperaturą nośnika ciepła, wyższym udziałem odnawialnych źródeł energii oraz większą efektywnością energetyczną. Dzięki niskotemperaturowemu przesyłowi, energia pozyskiwana ze słońca czy wiatru, w połączeniu z magazynami ciepła,  będzie mogła zasilać sieci ciepłownicze, a wielkoskalowe pompy ciepła odzyskają ciepło z lokalnych źródeł energii takich jak oczyszczalnie ścieków, zbiorniki wodne czy procesy przemysłowe. Tego rodzaju technologię zastosowano już w Poznaniu, gdzie ciepło z odlewni Volkswagena trafia do miejskiej sieci. Co ważne, systemy IV generacji będą zintegrowane z inteligentnymi technologiami zarządzania energią. Zastosowanie Internetu Rzeczy (IoT) oraz sztucznej inteligencji umożliwi monitorowanie zużycia energii na poziomie poszczególnych budynków i dostosowanie dostaw ciepła do rzeczywistego zapotrzebowania. Systemy smart heating mogą także dynamicznie reagować na zmiany warunków pogodowych oraz dostępność odnawialnych źródeł energii, co znacznie zwiększy elastyczność i efektywność działania całego systemu.

Integracja systemów ciepłowniczych z odnawialnymi źródłami energii wiąże się z szeregiem wyzwań technologicznych i infrastrukturalnych. Przede wszystkim, istniejąca sieć ciepłownicza w polskich miastach nie jest przystosowana do pracy z niskotemperaturowymi źródłami takimi jak pompy ciepła czy geotermia. Dlatego w pierwszej kolejności, obecna infrastruktura, oparta na wysokotemperaturowych kotłach węglowych czy gazowych, musi zostać gruntownie zmodernizowana. Ponadto, różnorodność źródeł OZE, w tym biogazownie, biomasa czy energia słoneczna, wymaga elastycznych rozwiązań technicznych i lepszej koordynacji pomiędzy producentami ciepła a operatorami systemów. Wyzwaniem dla ciepłownictwa może być także utrzymanie stabilności, gdyż energia ze słońca czy wiatru jest zależna od warunków pogodowych. Ważnym elementem integracji sieci ciepłowniczej z OZE będzie zatem rozwój zaawansowanych systemów magazynowania ciepła oraz lepsza cyfryzacja, która umożliwi inteligentne zarządzanie przesyłem i zużyciem energii.