Крупномасштабные тепловые насосы превращают городское отопление в историю электрифицированной инфраструктуры.

Тепловые насосы стали символом декарбонизации жилья — это устройства, заменяющие газовые котлы. Но более важным фактором в борьбе с изменением климата является не отдельный дом, а отопление.масштаб города: сети трубопроводов, подающие горячую воду в тысячи зданий, питаемые промышленными тепловыми насосами, которые извлекают энергию из рек, сточных вод или воздуха.

Репортаж BBC о «крупнейших в мире тепловых насосах» ясно показывает масштаб проблемы: эти установки переходят от нишевых пилотных проектов к инфраструктурным проектам мощностью в сотни мегаватт, строящимся на бывших угольных месторождениях и призванным изменить систему отопления целых районов.

Проблема заключается не в самом тепловом насосе, а в системе, которая его окружает.

Принцип работы теплового насоса прост: он перемещает тепло от источника с низкой температурой к источнику с более высокой температурой, используя холодильный цикл.

Сложность мега-тепловых насосов заключается в окружающем их мире:

• проектирование систем водозабора и водоотвода
• разрешительная деятельность и экологическое моделирование
• пропускная способность сети
• сети трубопроводов централизованного теплоснабжения
• резервуары для хранения, смягчающие колебания цен на электроэнергию

Иными словами, технология масштабируема, но...инфраструктураэто узкое место.

Проект «Рейн» в Мангейме: использование реки в качестве возобновляемого источника тепла.

По сообщению BBC, компания MVV Energie планирует построить в Мангейме огромную систему тепловых насосов, использующих речную воду:

• потребление воды около10 000 литров в секунду
• трубы о2 метра в диаметре
• два модуля82,5 МВткаждый (примерно)165 МВтобъединенный)
• достаточно, чтобы нагреть примерно40 000 домовчерез централизованное теплоснабжение
• ориентировочная стоимость около200 млн евро
• Планируется, что он начнет функционировать зимой.2028–29

Это полезный пример, поскольку он показывает, в каком масштабе «электрификация отопления» превращается в задачу гражданского строительства.

Это также стратегически удачное решение: тепловые насосы планируется установить на площадке, уже подключенной к:

• электросеть
• централизованная тепловая сеть

Повторное использование энергетической инфраструктуры зачастую является самым быстрым путем к декарбонизации.

Почему централизованное теплоснабжение и крупные тепловые насосы сочетаются друг с другом

Системы централизованного теплоснабжения по сути представляют собой общую систему водопровода для обогрева.

Они проявляют себя наилучшим образом, когда:

• Плотность населения высокая (города, кампусы).
• В непосредственной близости находятся источники отработанного тепла или источники тепла окружающей среды.
• Затраты на смену владельца могут быть амортизированы по нескольким зданиям.

Крупные тепловые насосы хорошо подходят, потому что они:

• Превратить 1 кВт·ч электроэнергии в несколько кВт·ч тепла.
• может работать в гибком режиме в зависимости от цен на электроэнергию и доступности возобновляемых источников энергии.

BBC также отмечает, что многоблочные системы обеспечивают большую гибкость: осенью можно запускать меньше насосов, а глубокой зимой — больше.

Гибкость — это настоящая сверхсила: резервуары для хранения и ценообразование на электроэнергию.

Одна из важнейших деталей в репортаже BBC — это накопление тепла.

Большие резервуары для горячей воды могут выступать в роли теплового аккумулятора:

• Когда электроэнергия дешева (часто это происходит при обилии ветровой/солнечной энергии), включайте тепловые насосы и заправляйте баки.
• Когда электроэнергия дорогая, остановите насосы и сбросьте накопленное тепло.

Это превращает систему отопления в инструмент балансировки энергосети.

Это тонкий, но очень важный момент: это означает, что электрификация теплоснабжения может поддерживать возобновляемые источники энергии, а не конкурировать с ними.

«Крупные компрессоры», унаследованные от нефтегазовой отрасли.

Как отмечает BBC, создание крупных тепловых насосов возможно отчасти потому, что в нефтегазовой отрасли уже используются очень большие компрессоры (для хранения и транспортировки).

Эту закономерность мы будем наблюдать всё чаще:

• Промышленное оборудование эпохи ископаемого топлива перепрофилировано для создания инфраструктуры чистой энергии.

Это также влияет на цепочки поставок: декарбонизация не всегда сводится к изобретению новых компонентов — она заключается в переориентации производственных мощностей.

Экологические проблемы: перемещение тепла без вреда для рек.

Извлечение тепла из реки кажется безобидным делом, пока не произведешь расчеты.

По данным BBC, моделирование показывает, что Мангеймская система повлияет на среднюю температуру рек менее чем на0,1°Cи что будет создана многоступенчатая система фильтрации для защиты рыбы.

Эти детали важны, потому что они показывают, на чём будут сосредоточены внимание регулирующих органов и местных сообществ:

• воздействие на местную экосистему
• тепловое загрязнение
• безопасность при впуске

Именно здесь проекты могут застопориться, если уровень доверия низок.

Почему в Хельсинки тоже используют электрические котлы (и почему это не «провал»)

По сообщению BBC, в Хельсинки проводится модернизация обширной системы отопления, в том числе:

• тепловые насосы
• биомасса
• электрические котлы

Котлы менее эффективны, чем тепловые насосы, но, как отмечает BBC, их установка может быть дешевле, и они способны поглощать излишки возобновляемой энергии.

Это указывает на реалистичный системный подход:

• использовать тепловые насосы в качестве высокоэффективной основы
• Используйте котлы для обеспечения максимальной гибкости и резервирования.

В энергетическом секторе это диверсификация в условиях неопределенности.

Отставание Великобритании: почему Британия отстает в разработке мега-тепловых насосов

Как отмечает BBC, в Великобритании в настоящее время нет тепловых насосов, сопоставимых по мощности с мегапроектами в Дании, Германии и Финляндии.

Возможным объяснением является структурный характер:

• меньше развитых сетей централизованного теплоснабжения
• фрагментарная собственность на здания
• различные стимулы для планирования и предоставления коммунальных услуг

В Великобритании действительно есть возможности, где географическое положение играет роль, например:

• системы отопления шахтных вод
• постиндустриальные площадки с местом для резервуаров для хранения

Ключевым фактором является не только технология, но и политика и управление, которые делают возможной инфраструктуру, включающую в себя несколько зданий.

Что посмотреть дальше

1. Пропускная способность сети и цены на электроэнергиюКрупногабаритные тепловые насосы станут «экологичными» и доступными по цене только в том случае, если энергоснабжение будет становиться все более чистым и предсказуемым.
2. Составьте графики работЭто многолетние инфраструктурные проекты; задержки будут обычным явлением.
3. Варианты хладагентовОбразование накипи в тепловых насосах означает образование накипи в хладагентах; это повышает риски, связанные с климатом и безопасностью.
4. развертывание систем теплового аккумулирования: объем хранения энергии определяет, насколько хорошо эти системы поддерживают возобновляемые источники энергии.
5. репликация политикиКакие города перенимают эту модель и насколько быстро улучшается процесс выдачи разрешений.

Итог

Крупномасштабные тепловые насосы превращают декарбонизацию из задачи, связанной с бытовой техникой, в задачу развития городской инфраструктуры.

Технология достаточно зрелая для масштабирования; задача состоит в создании окружающей системы — трубопроводов централизованного теплоснабжения, подключений к сети, мер по защите окружающей среды и систем хранения энергии. Города, которые первыми решат эти проблемы, получат долгосрочное преимущество: более дешевое и чистое тепло, которое также поможет стабилизировать энергосистемы, в значительной степени использующие возобновляемые источники энергии.

---

Источники

• BBC News (Технологии бизнеса):https://www.bbc.com/news/articles/c17p44w87rno?at_medium=RSS&at_campaign=rss