Sustainable transformation of district heating networks: a case study of Salininkai

Abstract

Global climate challenges, driven by rising greenhouse gas emissions and unsustainable energy practices, demand urgent action to transition toward cleaner and more efficient energy systems. The European Union has set ambitious targets to combat climate change, promoting renewable energy adoption and efficiency. Lithuania plays a crucial role in this transition with its cold winters and reliance on centralised heating systems. District Heating Networks (DHNs), which supply heat to residential and commercial buildings, are vital to achieving energy efficiency and sustainability in Lithuania’s urban areas. The Salininkai DHN in Vilnius serves 46 buildings, including residential structures, a kindergarten, a supermarket, and small businesses. Powered by two 4.7 MW gas boilers with 85% efficiency, the system faces substantial heat losses due to its centralised heating point at one network corner and inefficiencies in many buildings with F and G energy class ratings and outdated radiator systems. This study evaluates Salininkai’s energy production and distribution systems to improve efficiency and sustainability. Using EnergyPRO, the analysis simulates various scenarios, including integrating a 1 MW electric air-to-water heat pump, a 3,000 m³ thermal storage system, and a solar park to reduce natural gas and commercial electricity dependency. Additionally, it explores repositioning the heating source to the network’s centre and decentralising the network. The insights gained will guide recommendations to optimise heat distribution, reduce energy losses, and enhance the network’s sustainability, which will be vetted by the Primary Energy Factor (PEF). These strategies could position the Salininkai DHN as a model for similar networks facing comparable challenges worldwide.

Globalūs klimato iššūkiai, kylantys dėl didėjančio šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekio bei netvarių energijos vartojimo įpročių, skatina skubius veiksmus pereinant prie švaresnių ir efektyvesnių energijos sistemų. Europos Sąjunga yra išsikėlusi ambicingus tikslus kovai su klimato kaita, skatindama atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimą ir energijos vartojimo efektyvumą. Lietuva, pasižyminti šaltomis žiemomis ir priklausomybe nuo centralizuotų šilumos tiekimo sistemų, šiame kontekste atlieka svarbų vaidmenį. Centralizuoto šilumos tiekimo tinklai (CŠTT), kurie tiekia šilumą gyvenamiesiems ir komerciniams pastatams, yra kertiniai elementai siekiant energinio efektyvumo ir tvarumo Lietuvos miestuose. Salininkų CŠTT šiuo metu Vilniuje aptarnauja 46 pastatus: gyvenamuosius namus, vaikų darželį, prekybos centrą ir mažas įmones. Sistemą sudaro du 4,7 MW galios dujiniai katilai, kurių naudingumo koeficientas siekia 85 %, tačiau ji susiduriama su keliais iššūkiais: šilumos šaltinis įrengtas viename tinklo kampe, dėl to fiksuojami dideli šilumos nuostoliai, o daugelio pastatų energinio naudingumo klasė yra F arba G. Be to, naudojamos pasenusios radiatorinės sistemos. Šiame tyrime vertinama Salininkų energijos gamybos ir paskirstymo sistema, siekiant padidinti jos efektyvumą ir tvarumą. Naudojant „EnergyPRO“ programinę įrangą, buvo simuliuoti įvairūs scenarijai, įskaitant 1 MW galios elektrinio oro-vandens šilumos siurblio integravimą, 3,000 m³ talpos šilumos akumuliacinę talpyklą ir saulės parką, siekiant sumažinti priklausomybę nuo gamtinių dujų ir komercinės elektros energijos. Taip pat vertinamos galimybės perkelti šilumos šaltinį į tinklo centrą ir decentralizuoti sistemą. Gautos įžvalgos padės formuluoti rekomendacijas, kaip optimizuoti šilumos paskirstymą, sumažinti energijos nuostolius bei padidinti tinklo tvarumą, atsižvelgiant į pirminės energijos faktorių (PEF). Įgyvendinus šias strategijas, Salininkų CŠTT galėtų tapti pavyzdys panašiems tinklams visame pasaulyje.