Более надёжное снабжение, меньшие выбросы CO2 - благодаря этим параметрам тепловые насосы окупаются при промышленном использовании.
С помощью теплового насоса компании могут производить не только тепло, но и холод. В то же время они снижают свои расходы на электроэнергию и выбросы CO2, а также повышают надёжность энергоснабжения.
Тепловые насосы используют имеющееся тепло и поднимают его до более высокой температуры с помощью электричества и хладагента. Поэтому предпосылкой для использования теплового насоса является наличие подходящего источника тепла, причем для достижения требуемого результата вполне достаточно температуры всего на несколько градусов выше нуля. Это означает, что может быть использовано и ранее не использовавшееся отработанное тепло, например, от производственных процессов, холодильных установок или систем охлаждения, теплоэлектростанций или производства сжатого воздуха, а также (отработанный) воздух и (отработанная) вода или тепло земли.
Впрочем, тип источника тепла оказывает значительное влияние на инвестиционные и эксплуатационные расходы: использование таких источников как геотермальная энергия, грунтовых или поверхностных вод значительно дороже, чем использование окружающего воздуха. Однако этот недостаток может быть компенсирован более эффективной работой теплового насоса. Вопрос о том, так ли это и в каких случаях, может быть решен только индивидуально в каждом конкретном случае. Но есть некоторые общеприменимые факторы.
Например, сточные воды обычно экономически целесообразно использовать в качестве источника тепла только в том случае, если они не загрязнены, то есть не требуют инвестиций в процессы очистки. С другой стороны, возвратная вода из холодильных процессов вполне пригодна и безо всякой очистки, поэтому всё больше и больше холодильных установок уже напрямую оснащаются разъёмами для тепловых насосов.
Централизованное или децентрализованное использование теплового насоса
Другим ключевым фактором экономической эффективности теплового насоса является его централизованное или децентрализованное использование. Децентрализованная выработка тепла непосредственно у различных потребителей зачастую более экономична, поскольку уровень температуры может быть адаптирован к соответствующему процессу. Кроме того, нет необходимости снижать температуру или давление у отдельных потребителей, и можно обойтись без распределительной сети с потерями тепла и холода.
Однако важно также учитывать, какие меры необходимы для интеграции теплового насоса в соответствующий производственный процесс. Если они требуют значительных затрат, например, из-за необходимости установки более мощного силового подключения, необходимо тщательно продумать применение.Поскольку тепловой насос работает на электричестве, тариф на электроэнергию также играет роль в анализе рентабельности. Согласно текущей правовой ситуации в Германии, энергоёмкие компании могут даже получать прибыль от увеличения потребления электроэнергии (StromNEV § 19): Если они набирают более 7 000 часов полной нагрузки в год, их плата за пользование сетью снижается до 20 процентов в соответствии с нормативом 7 000 часов. Если потребление превышает 7 500 часов полной нагрузки, доля снижается до 15 процентов, а с 8 000 часов - до десяти процентов.
Насколько экономична эксплуатация теплового насоса?
Решающим параметром для экономичной работы теплового насоса является COP (Coefficient of Performance). Он показывает, насколько эффективно он работает, и в основном зависит от трёх факторов:
- Температурный ход: чем меньше температурный ход - т.е. разница температур между источником тепла и температурой потока, требуемой в качестве потребности в тепле - тем выше COP. Например, при ходе температуры на 20 Кельвинов тепловой насос достигает COP от пяти до шести. Это означает, что из одного кВт/ч электрической энергии он вырабатывает пять-шесть кВт/ч тепловой энергии. Если ход равен 40 Кельвинов, COP составляет от четырёх до пяти единиц. Даже в этом случае эффективность теплового насоса не может сравниться с технологиями, использующими ископаемое топливо.
- Компрессор и хладагент: они оказывают большое влияние как на COP, так и на максимально достижимую температуру. Поэтому при выборе теплового насоса убедитесь, что компрессор и хладагент оптимально подходят для требуемого уровня температуры.
- Использование тепла и холода. Тепловой насос всегда производит как тепло, так и холод. Холод образуется там, где происходит отбор тепла, т.е. у источника тепла. Это делает использование теплового насоса особенно целесообразным, если он интегрирован между процессами, требующими тепла и холода - особенно если это происходит постоянно. Тогда тепловой насос работает высокоэффективно, поскольку он в основном перемещает тепло и холод, а не повышает уровень энергии. Предпосылкой для такого двойного использования является определенная пространственная и временная близость потребностей в охлаждении и нагреве. Если они даются в ограниченном объёме, может иметь смысл использование накопительного бака.
Насколько тепловой насос безопасен для климата?
С точки зрения выбросов CO2, тепловой насос является благоприятной для климата альтернативой технологиям, использующим такие ископаемые виды топлива как нефть или газ, благодаря своей превосходной эффективности. Насколько она улучшит CO2-баланс, зависит не только от его COP, но и от состава электроэнергии. Если он работает на экологически чистой электроэнергии, то является CO2-нейтральным.
В этом контексте также стоит рассмотреть возможность установки фотоэлектрической системы. Компании, у которых есть подходящая крыша или открытое пространство, могут использовать их для дальнейшего повышения экономической эффективности теплового насоса. Это связано с тем, что многие промышленные процессы протекают в дневное время, поэтому значительная часть электроэнергии, вырабатываемой самостоятельно, может быть использована для работы теплового насоса в часы солнечного сияния, тем самым уменьшая количество электроэнергии, необходимое из сети.
Каких температур можно достичь с помощью теплового насоса?
В настоящее время тепловые насосы обычно создают температуру до 60 °C, а технически совершенные высокотемпературные тепловые насосы достигают температуры до 140 °C. Однако в ближайшем будущем можно ожидать появления моделей с температурой потока до 200 °C.
При использовании обычных хладагентов достигается температурный ход около 60 Кельвинов. Большие температурные ходы могут быть реализованы при последовательном соединении нескольких тепловых насосов с разными хладагентами. Это также дает компаниям большую гибкость: отдельные устройства можно включать и выключать по мере необходимости.
В некоторых случаях также имеет смысл использовать тепловой насос только для предварительного нагрева, чтобы уменьшить использование ископаемого топлива и сэкономить определенное количество выбросов CO2.
Какие программы субсидирования могут быть использованы?
Инвестиционные затраты на систему теплового насоса в настоящее время всё ещё значительно выше, чем на систему газового котла. С помощью субсидий эту разницу можно значительно сократить. Тепловые насосы, тепло которых "более чем на 50% используется в технологических процессах, т.е. для производства, дальнейшей обработки или переработки продукции или для оказания услуг", субсидируются в Германии по программе "Энерго- и ресурсоэффективность в экономике" (EEW) со ставкой субсидирования до 55%. Тепловые насосы для отопления помещений продвигаются в рамках программы "Bundesförderung für energieeffiziente Gebäude" (BEG).
Заключение
Несмотря на относительно высокие инвестиционные затраты, использование теплового насоса имеет смысл для многих промышленных предприятий. Это объясняется тем, что они отличаются более низкими эксплуатационными расходами и выбросами CO2, а также более высокой надёжностью поставок. Это особенно актуально для предприятий, имеющих как полезный источник тепла, так и потребности в отоплении и охлаждении, например, в пищевой, бумажной или химической промышленности.
Однако каждая компания и каждое применение должны рассматриваться индивидуально для достижения технического, экономического и экологического оптимума. Такое рассмотрение должно включать не только все местные условия, но и рынок электроэнергии.