Градовете и урбанизираните територии са сред най-големите консуматори на енергия поради концентрацията на население и икономическа активност. В резултат, урбанизираните територии потребяват значително количество енергия и в по-честия случай са единствено ползватели на енергия, дори ако част от нея се произвежда в рамките на града. В същото време климатичните промени силно засягат градските територии и често водят до още по-голямо търсене на енергия. Амбициите за постигане на справедлив енергиен преход и климатична неутралност в Европейския съюз и несигурността на доставките на газ в резултат на войната на Русия в Украйна изискват търсенето на иновативни решения за доставка и производство на енергия и активна политика на национални и местно ниво в тази посока. Позитивно енергийните квартали са амбициозна идея в градското планиране, която в момента е в процес на развитие и се тества с пилотни проекти в различни градове. Концепцията може да е водеща в разработването на нови жилищни комплекси или обновяването на съществуващи такива, въвеждайки технологични, планировъчни и общностни решения за производство, трансфер и потребление на енергия, произведена в малки мащаби от енергийни общности или сгради и комплекси, които са изградени с технологии, които позволяват производство, съхранение и пренос на енергия. 

През 2023 г. преживяхме най-горещото лято откакто се събират данни за температурите. В Европа горещите вълни Цербер и Херон предизвикаха екстремно високи температури над 40 °C в южните части на континента. Ефектите от климатичната криза ще увеличават честотата на подобни екстремни явления. В България температурите ще се покачват и климатът в някои части на страната ще се доближава до този в Италия и Испания. Горещите вълни са един от примерите за внезапно увеличаване на търсенето на енергия с цел охлаждане, особено в жилищата. Енергийната ефективност на жилищните сгради играе основна роля в консумацията на енергия от обитателите. 

Какво представляват позитивно енергийните квартали?

Позитивно енергийните квартали (Positive energy districts – PED) представляват жилищни комплекси или зони със смесени функции, които чрез умно планиране и използване на различни материали и технологии се превръщат във въглеродно неутрални, което означава че произвеждат по-малко въглероден диоксид, отколкото абсорбират и са енергийно неутрални или произвеждат повече енергия, отколкото потребяват. За да се постигне този енергиен баланс, сградите и енергийните мрежи в рамките на квартала или комплекса трябва да използват материали, които да постигат висока енергийна ефективност, както и да са въглеродно неутрални. За целта е необходимо сградите в рамките на квартала или зоната да управляват енергийното си потребление като го комбинират и с производство на енергия, в най-честия случай. В някои случаи в сградите се добавят и решения за съхранение на енергия. 

От една страна, е необходимо сградите в комплекса да имат добра енергийна ефективност. Това означава използване на материали или изолация, която да съхранява енергия в рамките на сградата и да поддържа определена температура, както и да се намали потреблението на енергия. Идеята за позитивно енергийните квартали обаче отива отвъд чистото намаляване на потреблението на енергия. Тези комплекси следва и да произвеждат такава, отвъд рамките на потреблението си, като въвеждат и технологии за производство на енергия от възобновяеми източници, например соларни панели или вятърна енергия. В този смисъл, 

позитивно енергийните квартали са и енергийни общности, но в по-напреднал етап, който отива отвъд енергийната самостоятелност.

Това ги прави и по-трудни за осъществяване. Позитивно енергийните квартали са нова идея, която изисква активно планиране и интегриране на различни елементи от енергийната система. Докато енергийните общности в по-честия случай са няколко домакинства или сгради, които произвеждат енергия за собствено потребление, позитивно енергийните квартали изискват постигането на самостоятелност по отношение на енергията, както и възможността за пренос на допълнително произведената енергия към енергийната мрежа, за да може тя да се използва от други сгради, домакинства или производства. 

Какви са предпоставките за осъществяване на позитивно енергийни квартали?

Осъществяването на позитивно енергийни квартали е сложна задача, която в момента се проучва от различни пилотни проекти в Европейския съюз. В този смисъл, няма готова формула, която да посочи как точно могат да се създадат такива квартали. Въпреки това, концепцията за тези зони дава идея в каква посока може да се работи, така че да се потърсят част от позитивните ефекти, особено за домакинствата. Като най-напреднала идея за енергийна общност, позитивно енергийните квартали изискват да съществува възможността домакинствата да произвеждат собствена енергия. За да се случи това, е необходимо да са налице различни законови и практически мерки. На първо място, от гледна точка на управлението на енергийната система, е необходимо да има възможност домакинствата да използват енергия от собствени източници, като слънчеви панели. 

На второ място, в случай, че домакинствата или повече от една сграда произвеждат енергия, следва да съществува възможност тази енергия да бъде внасяна в енергопреносната мрежа. За да може да се случи това, са необходими както законови, така и технологични решения. Тези решения засягат конкретно производството на електрическа енергия. Идеята за позитивно енергийни квартали обаче включва и други типове енергия – например, енергия за отопление. Използването на остатъчна енергия за отопление също изисква конкретни технологични и законови рамки.

Тези мерки обаче засягат само един от елементите на позитивно енергийните квартали. За да се постигне концепцията в цялост, е необходимо да се търсят възможности за интеграция на използването на енергия между различни сгради, така че произведената енергия да не се губи. За да се постигне този баланс е необходимо добро планиране, което обаче отива отвъд управлението на енергийната система и изисква усилия от различни заинтересовани страни. От една страна са различните домакинства, които произвеждат енергия. Тези домакинства са в ролята както на производители, така и на потребители на енергия. 

В допълнение, в рамките на проект за позитивно енергиен квартал следва в близост да има и други сгради, които да потребяват енергията, която се произвежда над необходимите нужди на домакинствата. Това могат да бъдат малки производствени или комерсиални сгради, в зависимост от профила на зоната. Съответно, тяхното включване също зависи от техните собственици или управители – за тях следва да съществуват законови и технологични решения, които да им позволяват да се включат към такава общност и да могат да използват произведената енергия. В допълнение, от бизнес гледна точка следва енергията, която се използва от проекта, да бъде и финансово по-достъпна, така че да оправдаят усилията за отказ от използването само на обичайните източници на енергия. Ролите на различните сгради могат и да бъдат разменени – индустриалните или търговските сгради също могат да произвеждат енергия, която да се използва от жилищни сгради в близост. 

Има добри примери за решения в посока умно енергийно планиране в градове и региони

Фигура 1: Регенерацията на бившия индустриален остров Зоротзауре (Zorrotzaurre) в Билбао, Испания включва обновяването на съществуващи жилищни сгради и построяването на нови жилищни и офис пространства. Всички сгради ще бъдат свързани със система за обмен на геотермална енергия, като неизползваната енергия ще се пренася към другите квартали на града. Снимка: Wirestock Creators / Shutterstock

Такъв е примерът на един от пилотните проекти за позитивно енергийни квартали в Гронинген, Нидерландия. В проекта Север са приложени мерки за подобряване на енергийната ефективност на стари жилищни сгради. По-добрата изолация и енергийна ефективност на жилищните сгради намалява търсенето на енергия в тях. За да се подсигури енергия за отопление, жилищните сгради в квартала са свързани чрез местната топлопреносна мрежа с индустриални и публични сгради в близост. Остатъчната енергия от сървърните центрове за обработка на данни, както и енергията произведена от нови учебни сгради, оборудвани със соларни панели, се пренасочва към жилищните сгради. За да се постигне ефикасност на проекта, количеството енергия, което се пренася между двата типа сгради е изчислено до възможно най-голяма точност, за да може да се намери най-адекватното решение за конкретната ситуация. 

Балансирането на количествата налична енергия и нейното използване е основен елемент от развитието на позитивно енергийни квартали или умно планиране на енергийното потребление в домакинствата. 

Използването на т.нар. квартални мрежи за отопление (district heating networks), което набира популярност във Великобритания, позволява умното управление на потреблението и доставката на енергия – домакинствата могат да регулират откъде идва отоплението им, а доставчиците могат да променят динамично източниците на енергия в мрежата. Намирането на алтернативни източници на енергия е също основен елемент от цялостния преход към по-устойчиво потребление на ресурси. 

Още един пример от Нидерландия – постоянно увеличаващото се население на Амстердам създава трудности в намирането на източници за отопление на все по-големия брой жилища, които трябва да се изграждат в града. Частна компания в момента проучва възможностите за използване на енергия от отпадъчни води, която да се събира и пренасочва към системата за отопление. Отвъд възможността за подход към отпадъчните води от гледна точка на биомаса, компанията проучва технологични решения да събира енергията от тръбите, по които се пренасят отпадъчните води, тъй като те са с по-висока температура. Проучванията в тази посока могат да бъдат реализирани в малки по мащаб проекти, за да може да не се губи енергията по време на пренос. Подобни решения, дори и малки по мащаб, дават възможност за иновации и могат да бъдат използвани в пилотни проекти за позитивно енергийни квартали или като част от цялостните мерки за енергийна ефективност и диверсификация на източниците на енергия.

Фигура 2: Кварталът Баукслотерхам (Buiksloterham) в северната част на Амстердам, Нидерландия е бивша индустриална зона, в която се развиват различни иновационни градски проекти, например кръгова икономика. Като част от меките мерки е въведена Платформа за търговия на енергия, която ще мониторира потреблението и производството на енергия в новите жилищни сгради и ще позволява обмен. Снимка: www.hollandfoto.net / Shutterstock

Предизвикателства и възможности за осъществяването на позитивно енергийни квартали

Позитивно енергийните квартали са амбициозна идея за енергийна общност, но в същото време това е и трудна за осъществяване идея. Основната причина е, че за да се постигне цялостната необходима интеграция на мрежите между различни сгради, е необходимо планиране на потоците на енергия и на потреблението, което е сложно да се предвиди в детайли. В допълнение, изграждането на позитивно енергиен квартал е т.нар. идеален сценарий за планиране – ситуация, в която на чиста и незастроена част от града се изгражда квартал от нулата. В градското планиране такъв тип идеална ситуация за планиране се случва все по-рядко, с оглед на тенденциите за изграждане на компактни градове. Въпреки това, с достатъчно силен инвестиционен интерес и добра съвместна работа между инвеститори и местни власти е възможно елементи от позитивно енергийните квартали да се реализират като част от нови проекти. Това изисква при планирането на нов жилищен комплекс да се изчислят очакванията за потребление на енергия и да се идентифицират различни източници, за да могат след това да се подготвят конкретните технологични решения, които да осъществят проекта. Това ще изисква съответно полагането на довеждащата и обслужваща инфраструктура преди да се построи сградата. Голяма част от инвестициите в София и други големи градове у нас обаче се осъществяват без инфраструктурата да е налице. В този смисъл, изграждането на нови жилищни сгради и комплекси в България е по-скоро подчинено на пазарния интерес, отколкото на енергийната ефективност или неутралност. Като възможно решение, отвъд планирането, е да се въведат стимули за инвеститори, които се опитват да въвеждат мерки в посока енергийна ефективност в новите си сгради. 

От гледна точка на съществуващи сгради, програми като Националната програма за енергийна ефективност на жилищни сгради са един от елементите в посока по-умно и устойчиво планиране на енергийното потребление в градовете. 

Обновяването на съществуващи жилищни сгради и подобряването на потреблението на енергия в тях допринася за намаляване на разходите на домакинствата и като цяло оказва благоприятен ефект върху околната среда. 

В една по-амбициозна подобна програма жилищните сгради могат да се оборудват и със соларни панели или други технологии за придобиване на енергия и по този начин да станат (поне) енергийно самостоятелни. В конкретни пилотни проекти могат да се търсят и възможности за обмен на енергия между съседни сгради. Отвъд градовете, алтернативните модели за собствено производство на енергия от домакинствата са особено подходящи за отдалечени и изолирани региони или такива с малко население. За такива места понякога доставката на енергия от основните мрежи е свързана с по-високи разходи. Ако съществуват законови и достъпни технологични решения, които да позволят на конкретни региони сами да произвеждат и потребяват енергията си (или дори да я изнасят към мрежи в съседство), това може да доведе до по-ефикасно и евтино потребление на енергия. 

Интересен пример в тази посока е островът Ел Иеро (El Hierro) в Испания, една от най-отдалечените територии на ЕС, само с 10 000 жители. Преди да постигне цялостна енергийна самостоятелност и независимост, на острова се внасят барели с нафта, които са се използвали за производство на енергия и електричество. Днес Ел Иеро, чрез успешно партньорство между домакинства, доставчици и местни власти, е изцяло енергийно независим. 

В основата на всички тези решения за подобряване на енергийната ефективност на жилищните сгради стои едно по-добро разбиране на потреблението на енергия и ролята на домакинствата в него. 

По-активната политика на държавата в посока диверсифициране на енергийните източници и търсене на алтернативни решения на установените методи също може да доведе до намиране на конкретни иновации в тази посока. Местните власти също могат да търсят конкретни решения за конкретни райони, в зависимост от нуждите на жителите. Чрез партньорства и готовност за съвместна работа могат да дадат конкретни резултати в полза на местните общности и цялостно намаляване на енергийните отпечатък на жилищните сгради. 

За да се изпълнят тези задачи в България е необходимо да има по-активна жилищна и енергийна политика. От гледна точка на жилищната политика е необходимо да се предприемат мерки, които да подобрят разбирането на домакинствата за енергийна ефективност и по-устойчиво потребление на енергия. В допълнение към това, могат да се предприемат и действия за подобряване на енергийната ефективност на жилищния фонд. 

От гледна точка на енергийната политика, усилията в посока развитие на възобновяема енергия, както и дългосрочната цел за намаляване на производството на енергия от изкопаеми горива може да отвори възможности за експериментални проекти – както за енергийни общности, така и дори за позитивно енергийни квартали. За целта е необходимо да се търсят гъвкави модели на планиране в градска среда, които да позволят пилотно развитие на такъв тип проекти. Мерките в посока създаване на нормативна рамка за енергийни общности са стъпка в правилната посока. По-активната енергийна политика на местно и регионално ниво също може да отвори възможности за иновативни проекти в отдалечени или слабо населени райони, за които може да е по-изгодно да добиват енергия в близост, чрез собствени източници, вместо да са свързани към централната мрежа. 

В заключение, важно е да се отбележи, че позитивно енергийните квартали са само едно възможно решение в посока умно управление на доставката и потреблението на енергия. В зависимост от конкретните специфични нужди на жителите на градовете и регионите, други решения може да са по-подходящи. Необходимо е обаче да се търсят възможности за по-активно управление на тези ресурси и за съвместна работа с гражданите и бизнеса, така че в дългосрочен план да се постигне по-ефективно управление на енергията, по-устойчиви домове и по-добра готовност за последствията от климатичните промени, за които следва да се подготвяме и адаптираме в дългосрочен план.

Автор: Божидар Иванов  / Климатека

Божидар Иванов е част от авторския кръг на Климатека. Той е градски и социален изследовател, с опит в международни сравнителни изследвания на градско и регионално планиране и политики. Има докторска степен по градско и регионално планиране и политики от Техническия университет на Райнланд-Пфалц в Кайзерслаутерн, Германия. В дисертацията си разработва инструмент за планиране на градове и региони, губещи население (Shrinking Smart). Има допълнителни специализации в Германия и Нидерландия. Провеждал е градски и социални изследвания в Германия, Испания, Нидерландия и България, както и международни изследвания на публични политики за институциите на ЕС. Изследователските му интереси са в сферите на устойчивото градско развитие, концепции за планиране, регенерация на територии, градски политики, регионално планиране, икономика и качество на живот.

Публикацията е създадена в партньорство на Хабитат България с Климатека, по проект “Достъп до енергийно обновяване”.

В статията са използвани материали от:
  1. International Energy Agency, 2023: https://www.iea.org/commentaries/keeping-cool-in-a-hotter-world-is-using-more-energy-making-efficiency-more-important-than-ever 
  2. New Energy Coalition Project: https://www.newenergycoalition.org/en/ ; https://www.youtube.com/watch?v=un-5e9Q2bEw 
  3. Pirouti, Marouf et.al. 2013, Energy consumption and economic analyses of a district heating network; Energy, 57, https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.01.065 
  4. Van der Hoek, Jan, De Fooij, H., Struker, A. 2016, Wastewater as a resource Strategies to recover resources from Amsterdam´s wastewater in Resources; Conservation and Recycling 113, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2016.05.012 
  5. Renewables Networking Platform: Best practices, https://www.renewables-networking.eu/documents/ES-ElHierro.pdf