autori: dr. sc. Antun Pfeifer
Uloga javnih zgrada u dugoročnim planovima energetske tranzicije
Energetska tranzicija u Europi sve se više oslanja na fleksibilnost sustava, a ne samo na izgradnju novih proizvodnih kapaciteta. Kako udio sunčanih i vjetroelektrana raste, elektroenergetski sustav mora sve češće usklađivati promjenjivu proizvodnju s navikama potrošača. Upravo tu važnu ulogu dobiva odziv potrošnje: mogućnost da se dio potrošnje privremeno smanji, poveća ili pomakne u vremenu, bez smanjenja kvalitete usluge za korisnike. Zgrade su pritom posebno važne jer Europska komisija navodi da zgrade u EU-u čine oko 40% potrošnje energije i 36% emisija stakleničkih plinova povezanih s energijom.[1]
U javnosti se fleksibilnost često povezuje s baterijama ili hidroelektranama, no zgrade također mogu djelovati kao svojevrsni spremnik energije. Razlog je njihova toplinska inercija: zidovi, podovi, namještaj i instalacije mogu zadržavati toplinu ili hladnoću određeno vrijeme. To znači da se grijanje, hlađenje ili ventilacija mogu kratkotrajno prilagoditi potrebama mreže, a da korisnici prostora to gotovo i ne primijete. U praksi se to radi preko sustava upravljanja zgradom, pametnih termostata, dizalica topline, ventilacijskih sustava, spremnika tople vode i lokalne proizvodnje iz fotonaponskih sustava.
Javne zgrade imaju u tom procesu posebnu ulogu. Škole, sveučilišta, bolnice, knjižnice i administrativne zgrade obično imaju predvidive rasporede korištenja, profesionalno upravljanje i jasnu institucionalnu odgovornost. Javni sektor može lakše pokrenuti pilot-projekte i pokazati kako se tehnologija može primijeniti u praksi. Kada se više takvih zgrada poveže u jedan upravljački sustav, nastaje agregirani odziv potrošnje: pojedinačna zgrada nudi mali pomak potrošnje, ali skupina zgrada može ponuditi značajnu fleksibilnost za lokalnu mrežu, opskrbljivača ili operatora sustava.
Jedan od najkonkretnijih europskih primjera je projekt DR-BOB, punog naziva Demand Response in Blocks of Buildings, financiran kroz program Horizon 2020. Projekt je razvijao rješenja za upravljanje potrošnjom u skupinama zgrada, a demonstracijske lokacije uključivale su kampus Teesside University u Middlesbroughu, bolnički kompleks Fondazione Poliambulanza u Brescii, kampus Technical University of Cluj-Napoca u Rumunjskoj i poslovno-tehnološki park u Angletu u Francuskoj.[2] U tim su se okruženjima ispitivali alati za lokalno upravljanje energijom, koordinaciju između više zgrada i mogućnost smanjenja vršnog opterećenja bez narušavanja osnovne funkcije prostora.
Slika 1. Teesside University u Middlesbroughu bio je jedan od demonstracijskih kampusa projekta DR-BOB za odziv potrošnje u skupinama zgrada. Izvor slike: Teesside University, službena mrežna stranica.
Posebno je zanimljiv talijanski primjer Fondazione Poliambulanza u Brescii, jer bolnice pripadaju najzahtjevnijim javnim zgradama. One rade neprekidno, imaju visoke zahtjeve za sigurnost, kvalitetu zraka i toplinsku ugodnost, a istodobno troše znatne količine energije. U projektu DR-BOB bolnički kompleks u Brescii bio je jedna od pilot-lokacija za ispitivanje koordiniranog upravljanja više zgrada i energetskih sustava.[3] Takav primjer pokazuje da fleksibilnost ne znači jednostavno gašenje potrošnje, nego pametno upravljanje onim sustavima koji se mogu prilagoditi bez ugrožavanja osnovne usluge.
Sličan pristup javlja se i u sveučilišnim kampusima. Teesside University je u DR-BOB projektu imao ulogu koordinatora i demonstracijskog prostora, što je važno jer kampus sadrži različite tipove zgrada: predavaonice, urede, laboratorije, studentske prostore i pomoćne objekte. Takva raznolikost stvara složen, ali koristan profil potrošnje. Dio opterećenja može se pomaknuti, dio se može bolje uskladiti s lokalnom proizvodnjom, a dio se može optimirati prema cijenama energije ili emisijskom intenzitetu električne energije.
Drugi važan primjer dolazi iz Švicarske, gdje istraživači s ETH Zürich i partneri razvijaju napredne metode upravljanja zgradama, toplinskim spremnicima i dizalicama topline. Na stranici Automatic Control Laboratory opisani su eksperimenti u kojima se na NEST demonstrator zgradi ispituje pružanje električnih rezervi u stvarnom radu sustava s dizalicom topline i spremnikom topline.[4] Iako Švicarska nije članica EU-a, ovaj je primjer važan za europske planere jer pokazuje kako se toplinska fleksibilnost zgrade može prevesti u uslugu elektroenergetskom sustavu. Istraživanja povezana s ETH Zürich pokazuju da se zgrade mogu koristiti za regulaciju frekvencije i druge pomoćne usluge ako imaju dovoljno automatizacije, pouzdane podatke i sustav koji može brzo reagirati. U znanstvenoj literaturi prikazane su demonstracije u kojima komercijalne zgrade prate regulacijski signal uz minimalan utjecaj na toplinski komfor korisnika.[5] To je važna poruka za dugoročno energetsko planiranje: fleksibilnost zgrada nije samo teorijski potencijal, nego se može mjeriti, kontrolirati i vrednovati.
U nordijskim zemljama fleksibilnost zgrada često se promatra kroz sustave daljinskog grijanja i hlađenja. Danska i Švedska imaju razvijene toplinske mreže, pa se javne zgrade mogu koristiti kao dio šireg sustava upravljanja toplinom. Ako se škola, ured ili fakultetska zgrada malo ranije zagrije, sustav grijanja se kasnije može privremeno rasteretiti u vršnom razdoblju. IEA EBC Annex 84 posebno naglašava ulogu zgrada u toplinskim mrežama i potrebu za digitalnim alatima, automatskom detekcijom pogrešaka i pametnim upravljanjem kako bi se ostvarila fleksibilnost.[6]
Za dugoročne planove energetske tranzicije ovo ima vrlo praktične posljedice. Umjesto da se svaki vrh potrošnje rješava novim proizvodnim kapacitetom ili pojačanjem mreže, dio problema može se riješiti koordinacijom potrošnje. Javne zgrade mogu smanjiti opterećenje u kritičnim satima, povećati potrošnju kada postoji višak obnovljive energije i pomoći lokalnim energetskim zajednicama da bolje iskoriste vlastitu proizvodnju. To je osobito važno u gradovima, gdje je prostor za novu energetsku infrastrukturu često ograničen, a javne zgrade su već raspoređene po kvartovima i naseljima. Naravno, takav razvoj ne dolazi sam od sebe. Potrebna su ulaganja u mjerenje, senzore, komunikaciju i sustave upravljanja zgradama. Potrebni su i jasni ugovori između vlasnika zgrada, operatora mreže, opskrbljivača i agregatora. Jednako je važno da se korisnici prostora osjećaju sigurno i uključeno, jer javne zgrade prije svega moraju služiti ljudima. Dobar odziv potrošnje zato nije agresivno smanjenje komfora, nego nevidljiva optimizacija koja se događa u pozadini. Iz tog razloga u projektu LIFE CROSS studije izvodljivosti za sveobuhvatnu energetsku obnovu javnih zgrada uključuju brojne komponente koje su nužne na putu do agregirane fleksibilnosti javnih zgrada, poput dizalica topline, fotonaponskih elektrana, toplinskih spremnika i mehaničke ventilacije, uz povezanost svih komponenti putem centraliziranog nadzornog sustava.
Uloga javnih zgrada u energetskoj tranziciji zato nadilazi samu energetsku učinkovitost. One mogu postati pokazni primjeri digitalizirane, fleksibilne i obnovljive energetike. Škola s fotonaponskom elektranom, fakultetski kampus s pametnim upravljanjem ili bolnica s naprednim sustavom nadzora energije nisu samo potrošači, nego aktivni dijelovi energetskog sustava. Ako se takve zgrade promatraju zajedno, kao agregirani resurs, njihov doprinos stabilnosti sustava i integraciji obnovljivih izvora može postati značajan dio planiranja do 2030. i 2050. godine.
______________________________________________________________________________________________________________________________
[1] European Commission, ‘In focus: Energy efficiency in buildings’, 17 February 2020; European Commission, ‘Sustainable buildings’, official website.
[2] Teesside University, ‘Demand Response in Blocks of Buildings’; Fondazione Poliambulanza, ‘Horizon 2020 – DR-BOB’; Servelect, ‘DR-BOB – Demand Response in Blocks of Buildings’.
[3] Fondazione Poliambulanza, ‘Horizon 2020 – DR-BOB’; DR-BOB project descriptions list the hospital complex in Brescia as one of the pilot sites.
[4] ETH Zürich, Automatic Control Laboratory, ‘Buildings and Energy’. The page describes experiments at the NEST demonstrator building for offering electrical reserves under real operation of the system.
[5] E. Vrettos, E. C. Kara, J. MacDonald, G. Andersson and D. S. Callaway, ‘Experimental Demonstration of Frequency Regulation by Commercial Buildings – Part I and Part II’, IEEE Transactions on Smart Grid, 2018. https://arxiv.org/abs/1605.05835
[6] IEA EBC Annex 84, ‘Demand management of buildings in thermal networks’, 2025.
