При переходе Европы к экологически чистой энергии промышленность обращается к тепловым насосам

Кирпичному заводу Wienerberger в Уттендорфе, Австрия, в Тирольских Альпах, всегда требовался постоянный поток тепла 194 градусов по Фаренгейту для сушки строительных блоков. Этот процесс был бы дорогим для компании после России. сократить экспорт газа в Европу, как это было с большей частью энергоемкой строительной отрасли Европы. Но четыре года назад Wienerberger — крупнейший производитель кирпича в мире — сделал инвестиции в будущее, которые окупаются: он заменил газовый котел Uttendorf тепловым насосом промышленного масштаба, что сократило счет за электроэнергию завода примерно на 456,000 XNUMX долларов. год.

Десятилетиями электрические тепловые насосы использовались в европейских домах и других зданиях для обогрева и охлаждения, но они так и не получили большого распространения в производстве, которое требует гораздо больше энергии для производства горячей воды и пара. А поскольку ископаемое топливо долгое время было относительно дешевым, у промышленности было мало стимулов для замены систем, работающих на газе и нефти, более экологичным оборудованием. Теперь, с разработкой тепловых насосов, которые могут обеспечивать температуру до 320 градусов по Фаренгейту за долю стоимости газовых котлов, и с резким ростом цен на газ из-за войны на Украине, эти расчеты переворачиваются с ног на голову. Многие европейские предприятия переосмысливают свои источники энергии, одновременно сокращая выбросы парниковых газов, что является требованием ЕС. Европейская промышленность несет ответственность за более четверти парниковых газов блока.

По данным Международного энергетического агентства, тепловые насосы в 3-5 раз эффективнее газовых котлов.

Чтобы достичь своих высоких энергетических целей и избавиться от зависимости от российского газа, ЕС рассчитывает ни на что иное, как на революцию в области тепловых насосов. Во многих странах продажи тепловых насосов — в первую очередь для бытового использования — удвоенны в первой половине 2022 года. В Германии, крупнейшем потребителе российского газа в Европе, спрос подскочил на 52 процента в прошлом году, а рост по ЕС в 2021 году составил 35 процентов. Тем временем набирает обороты малоизвестный переход на тепловые насосы для производства. Wienerberger, например, устанавливает аналогичные насосы на своих кирпичных заводах в Нидерландах, Великобритании, Польше, Румынии и других местах Австрии.

«Пять лет назад большинство компаний почти ничего не знали о тепловых насосах, — говорит Вероника Вилк, старший инженер-исследователь Австрийского технологического института. «Теперь компании знают о них, и в промышленности устанавливается все больше тепловых насосов».

Компрессионный тепловой насос может как нагревать, так и охлаждать воздух. Зимой он повышает температуру в помещении, удаляя тепло из воды, из глубины земли или из наружного воздуха, а затем увеличивает свою температуру, используя небольшое количество электричества, и перемещает этот воздух в помещение. Даже такой холодный воздух, как 10F, содержит достаточно энергии, чтобы тепловой насос извлекал и повышал его температуру. Летом электрические тепловые насосы снижают температуру в помещении, удаляя тепло из внутреннего воздуха и выводя его наружу. Абсорбционные тепловые насосы работают не на электричестве, а на источнике тепла, которым может быть природный газ, вода, нагретая солнечными лучами, или даже отработанное тепло центров обработки данных или канализации. Они доводят это тепло до «полезной» температуры, а затем отдают его либо в виде теплого воздуха, либо в виде горячей воды.

В зависимости от того, в каком направлении движется тепло — внутрь или наружу — поршни теплового насоса либо сжимают, либо расширяют жидкость, заставляя ее нагреваться или охлаждаться соответственно. Поскольку тепловые насосы только перемещают жидкости, они могут быть более чем в два раза более энергоэффективными, чем обогреватели, работающие на топливе.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), тепловые насосы от трех до пяти раз эффективнее газа. А если они работают на солнечной, ветровой, гидроэнергии или отработанном тепле, у них вообще нет выбросов.

В отличие от бытовых тепловых насосов, наружные компоненты которых имеют размер стиральной машины, промышленные версии — размером с дом — могут использовать впустую «технологическую энергию» заводов для повышения температуры воды до более чем 374F. Например, на заводах Wienerberger сушилки для кирпича потребляют огромное количество энергии, а сушильная камера выделяет в основном водяной пар. Это конденсируется в горячую воду. Затем тепловые насосы поднимают его температуру примерно с 104°F до 194°F и возвращают в процесс сушки. Поскольку источником энергии для теплового насоса является само отходящее тепло, эта последовательность потребляет почти на 80 процентов меньше энергии, чем когда установка работала на газе.

ЕС считает, что строительство тепловых насосов имеет решающее значение для его цели по сокращению выбросов парниковых газов.

«Система представляет собой замкнутый цикл, — говорит Йоханнес Рат, технический директор Wienerberger. «Поскольку мы начинаем с более высоких температур, мы получаем более высокие температуры», чем те, которые производятся бытовыми насосами.

Прототипы тепловых насосов, изготовленные в г. Норвегия уже работают при температуре около 356F, и эксперты ожидают, что инженеры в течение десяти лет разработают технологию, позволяющую достигать температур выше 392F. Это достижение откроет еще больше процессов в энергоемких химических, бумажных, пищевых и нефтеперерабатывающих отраслях для технологии тепловых насосов.

Эти виды мощных тепловых насосов используются в отелях, ресторанах, кондитерских, складах, бассейнах, теплицах, химическом производстве и при сушке таких материалов, как бумага и крахмал. Абсорбционные тепловые насосы особенно подходят для объектов, которые используют как отопление, так и охлаждение.

Ассоциация Финская компания Киилто, например, производит химикаты, такие как клеи, для строительного сектора. На его заводе в Лемпяяля используется гибридный промышленный тепловой насос для рекуперации тепла от процессов электрического охлаждения на месте, а также от близлежащего геотермального источника для повышения температуры до 167F.

По оценкам немецкого аналитического центра, повсеместный переход на тепловые насосы может сократить потребление газа в ЕС на 32% за 5 лет.

На кондитерской Mars Wrigley в Нидерландах, крупнейшей шоколадной фабрике в мире, тепловой насос извлекает и увеличивает непригодное для использования тепло от своих холодильных установок, производя воду с температурой 145F. Вода направляется по заводской сети трубопроводов, чтобы шоколад и сироп оставались теплыми. Эта технология позволила снизить расходы завода на электроэнергию на 6 процентов и сэкономила заводу около 26 тераджоулей газа, что эквивалентно количеству энергии, потребляемой 625 европейскими домохозяйствами. Второй тепловой насос нагревает воду для очистки до 176F, обеспечивая дополнительную экономию 12.25 тераджоулей.

Вода является еще одним жизнеспособным источником тепла. Питомник Inntal (немецкий) в Баварии, Германия, использует подземные воды из колодцев у реки Инн и единственный тепловой насос типа «вода-воздух» размером с бак Шермана для обогрева 30,000 95 квадратных метров теплиц круглый год. Вода подается в тепловой насос, нагревается до XNUMX градусов по Фаренгейту, проходит через систему подогрева полов, затем охлаждается и возвращается в реку.

Недавним новообращенным стал немецкий химический гигант BASF, который нанял MAN, немецкую инженерную компанию, известную своими грузовиками и автобусами, для строительства самого большого в мире теплового насоса на заводе BASF в Людвигсхафене в западной Германии. Система размером с обычную электростанцию ​​будет использовать отработанное тепло процессов охлаждения для производства 150 тонн пара в час, что предотвращает попадание в атмосферу примерно 390,000 XNUMX тонн углекислого газа в год.

Что касается Соединенных Штатов, один отчет показывает, что расширение бытовых тепловых насосов в домах на одну семью может сократить выбросы в энергетическом секторе на 14%.

В дополнение к преимуществам более эффективной работы компании с низкоуглеродными процессами также могут снизить стоимость своих выбросов CO2, за которые они выставляют счета за тонну через Систему торговли выбросами Европейского Союза. При цене около 92 долларов за метрическую тонну углекислого газа — декабрьской цене — экономия значительна.

ЕС считает, что строительство тепловых насосов как для промышленных, так и для непромышленных зданий имеет решающее значение для достижения его цели по сокращению выбросов парниковых газов не менее чем на 55 процентов до 2030 года. Его инициатива REPowerEU направлена ​​на ускорение замены до трети тепловых насосов. из 150 миллионов тепловых котлов при использовании с тепловыми насосами. Все большее число крупных тепловых насосов будет поставлять пар или горячую воду в сети централизованного теплоснабжения, как это делается в Норвегии, Швеции и Дании. Разработка безопасных для климата строительных норм, использование переработанных материалов в строительстве зданий, установка современной изоляции и повышение эффективности энергосбережения могут еще больше повысить энергосбережение.

Немецкий аналитический центр Agora Energiewende Оценки что повсеместный переход на бытовые и промышленные тепловые насосы в сочетании с мерами по повышению эффективности может сократить потребление природного газа в ЕС на 32 процента за пять лет. Вместе с увеличением поставок сжиженного природного газа это могло бы полностью избавить Европу от потребности в российском газе. По прогнозам аналитического центра, поскольку достижения в области технологий промышленного масштаба позволяют тепловым насосам достигать температуры 932F в ближайшем будущем, электричество может вытеснить газ еще в более широком смысле.

В недавно опубликованном бумагиПо оценкам Международного энергетического агентства, ЕС мог бы сократить импорт газа на 65 миллиардов долларов, если бы блок в целом переключился на тепловые насосы — для бытового, коммерческого и промышленного использования. Утверждается, что к 2050 году тепловые насосы будут удовлетворять большую часть мировых потребностей в отоплении и охлаждении.

Ожидается, что стимулы и субсидии ЕС и страны ускорят переход европейской промышленности. Компания Wienerberger, производитель кирпича, например, рассчитывает заплатить от 2.72 до 3.26 млн долларов за каждую новую систему компрессионных насосов в Европе, из которых субсидии покроют от 20 до 40 процентов затрат. Они будут работать на электричестве, вырабатываемом солнечными панелями.

Что касается Соединенных Штатов, которые в основном полагаются на ископаемое топливо для отопления, один отчет показывает, что распространение бытовых тепловых насосов в домах на одну семью может сократить выбросы на 142 миллиона метрических тонн в год, сократив выбросы в энергетическом секторе на 14 процентов. Для американских домовладельцев стандартный воздушный тепловой насос работает примерно $ 3,500 до $ 7,500. Принятый президентом Джо Байденом Закон о снижении инфляции предусматривает субсидии и налоговые льготы в размере до 30 процентов от стоимости бытового теплового насоса (или более для домохозяйств с низким и умеренным доходом). Закон разрешает стимулы для промышленные объекты также. Но для многих в США инвестиционные затраты по-прежнему являются серьезным препятствием, даже с учетом субсидий.

В Европе, однако, энтузиазм по поводу этой технологии — в домах, коммерческих зданиях и промышленности — заметен. В большинстве мест ждать установки теплового насоса приходится целый год.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.greenbiz.com/article/europes-clean-energy-transition-industry-turns-heat-pumps