Декарбонизация производства с помощью тепловых насосов
21 сентября 2022 г.
Тепло есть тепло, независимо от того, какая температура – -40 или +140 градусов по Цельсию. Его потери не только ведут к потере денег, но и увеличивают выбросы в атмосферу парниковых газов от множества промышленных процессов, особенно в тех случаях, когда требуется и нагрев, и охлаждение. В стремлении обеспечить нейтральный уровень эмиссии углерода в будущем предпочтение при выборе технологических установок все чаще и чаще отдается энергоэффективным тепловым насосам. Эта технология помогает в равной мере и промышленности, и городам соответствовать постоянно ужесточающимся экологическим нормам, достигать собственных целей в области рационального использования природных ресурсов и снижать эксплуатационные издержки.
Изменение климата – актуальный вопрос для всего мира. Об этом весьма четко было заявлено на историческом саммите по вопросам климата в 2015 году, в результате которого было заключено Парижское соглашение – глобальный пакт о сокращении выбросов парниковых газов и ограничении повышения температуры, по меньшей мере, до 1,5 градуса Цельсия. В настоящее время Европейским Союзом заключена Европейская зеленая сделка (European Green Deal) и принято на себя обязательство возглавить глобальные усилия по борьбе с изменением климата и, что еще более важно, установить четкие цели. Это включает в себя цель сократить вдвое свои выбросы к 2030 году и стать зоной с нулевым уровнем выбросов углерода к 2050 году.
Это серьезная задача, учитывая, что, по данным Международного энергетического агентства (МЭА), на тепловую энергию приходится более половины совокупного мирового конечного энергопотребления, большая часть которого производится из ископаемых видов топлива. Поэтому для достижения этих амбициозных целей необходимо значительно ускорить процесс декарбонизации процесса производства тепла. ЕС также постепенно прекращает использование фторированных газов, широко используемых в качестве хладагентов, в соответствии с европейскими нормами, регулирующими использование фторированных газов, которые были приняты с целью сокращения выбросов парниковых газов.
Сочетание ужесточения законодательства, технологических достижений и собственного стремления к снижению воздействия на окружающую среду создает необходимый импульс для того, чтобы производители увязывали свою бизнес-стратегию со стратегией декарбонизации. Например, производители продуктов питания, которые на ранних стадиях взяли на себя обязательство сократить свои выбросы, уже получают значительные финансовые и экологические выгоды в результате интеграции тепловых насосов в свои производственные процессы; в частности, так обстоит дело на заводах, где требуется применять тепло во время подготовки, а затем для охлаждения.
Скрытый чемпион отрасли: Тепловой насос
Применяемый как в сегменте B2B (бизнес-бизнес), так и в сегменте B2C (бизнес-заказчик), тепловой насос прошел долгий путь с тех пор, как в 1850-х годах его впервые использовали для сушки соли, добытой на австрийских болотах. Уже зарекомендовавшие себя в результате использования в сфере централизованного теплоснабжения и в жилом секторе тепловые насосы быстро становятся технологией, которой отдают предпочтение производители, чтобы соответствовать все более строгим экологическим нормам, снижать выбросы CO2, а также эксплуатационные расходы.
Тепловые насосы преобразуют возобновляемую или неиспользованную энергию от зданий и технологических процессов для обеспечения отопления. Пример: Во время охлаждения системы охлаждения выделяют тепло из конденсатора, которое просто сбрасывается в окружающую среду. Тепловой насос улавливает этот ценный ресурс, а затем повышает температуру для производства тепла, пригодного для других производственных целей.
При объединении теплового насоса с холодильным агрегатом возможно как охлаждение, так и нагревание, что превращает однократное использование в непрерывный цикл, снижая энергозатраты не менее чем на 30 процентов. Это значительная экономия, если учесть, что в пищевой, молочной промышленности и в отрасли по производству напитков до 60 процентов потребляемой энергии приходится на отопление и охлаждение.
Установка теплового насоса компании GEA, завод по производству шоколада Mars, Вегел, Нидерланды В рамках этого сугубо индивидуального решения предусмотрено использование поршневых компрессоров компании GEA, что позволяет отводить и подогревать низкопотенциальное тепло от холодильных установок, которое в других случаях непригодно к использованию, и повторно использовать его для нагрева воды. (Фотография предоставлена: RCC K&L)
Снижение выбросов CO2 и хладагента
По мере постепенного прекращения использования фторированных газов все большую популярность приобретают натуральные холодильные агенты, особенно аммиак – экологически безопасный холодильный агент, который легкодоступен, недорог и не оказывает никакого влияния на глобальное потепление или истощение озонового слоя.
Аммиак широко используется на предприятиях по обработке пищевых продуктов, в отраслях по производству напитков и молочных продуктов, а также на пивоварнях и холодильных складах. В настоящее время, благодаря усовершенствованиям в технологии компрессоров, аммиачные тепловые насосы могут вырабатывать более высокую температуру. В результате были созданы условия для их более широкого использования в пищевой, пивоваренной и молочной промышленности, где отходящее тепло может быть повторно использовано с повышением температуры для мытья, очистки и сушки продуктов, нагрева воды для целей очистки и переработки, а также пастеризации.
В этих отраслях традиционно использовали котлы для приготовления или пастеризации продуктов, которые затем охлаждались в процессе повторного охлаждения, что приводило к массовым потерям энергии, так как температура тепла от процесса охлаждения была слишком низкой для повторного использования. Между тем, тепловой насос может повысить температуру отходящего тепла до 90 градусов Цельсия и выше, чтобы его можно было вернуть в оборот. Это означает, что можно вывести из эксплуатации дополнительные котлы, работающие на ископаемом топливе, тепло можно регенерировать или использовать повторно, а выбросы CO2 значительно снизить — во многих случаях на 50 и более процентов. Более того, при использовании «зеленой» электроэнергии эти выбросы CO2 могут быть сведены к нулю.
Индивидуальные решения обеспечивают гигантский скачок для пищевой промышленности
«Мощность промышленных тепловых насосов компании GEA варьирует от 300 кВт до 10 000 кВт. Это означает, что мы можем справиться практически с любой задачей – от горячей промывочной воды до централизованного теплоснабжения в масштабах всего города», – объясняет Кеннет Хоффманн (Kenneth Hoffmann), Менеджер по продукции, тепловые насосы, компания GEA Refrigeration Technologies. «Но каждая область применения отличается и требует индивидуального подхода. Наше преимущество заключается в том, что мы можем объединить обширные технологические знания и опыт в области интегрированных решений по нагреву и охлаждению. Мы проектируем все таким образом, что источник тепла остается стабильным и постоянно доступным, чтобы можно было оптимизировать использование отходящего тепла».
Традиционные системы с газовыми котлами, как правило, предназначены для работы с гораздо более высокой температурой теплообменной среды, чем на самом деле требуется для этого процесса; это ведет к неточному расчету тепловой нагрузки и, следовательно, излишней потере энергии. В то время как для интеграции системы тепловых насосов требуется комплексный анализ необходимых температур и оценка правильных технологических параметров, чем более точно разработан первоначальный проект, тем больше энергии можно сэкономить – поэтому важен каждый градус. Вместо того, чтобы использовать небольшие трубы со значительной разницей температур для поддержания первоначальных затрат на низком уровне, инвестиции в тепловые насосы основаны на постоянной ежедневной экономии.
Каждая область применения отличается и требует индивидуального подхода. Наше преимущество заключается в том, что мы можем объединить обширные технологические знания и опыт в области интегрированных решений по нагреву и охлаждению». - Кеннет Хоффманн (Kenneth Hoffmann), Менеджер по продукции, тепловые насосы, компания GEA Refrigeration Technologies
- Кеннет Хоффманн (Kenneth Hoffmann), Менеджер по продукции, тепловые насосы, компания GEA Refrigeration Technologies
«У нас отличные отношения с нашими клиентами по переработке – в некоторых случаях они насчитывают десятки лет. Многие из них появились благодаря поставленной нами холодильной установке; именно в этом наши корни и опыт», – говорит Мартен Геленс (Maarten Gelens), Эксперт по охлаждению из компании GEA Refrigeration Technologies, Нидерланды. Роберт Ансворт (Robert Unsworth), Технический директор по продажам компании GEA Refrigeration Technologies UK, добавляет: «Работая с нашими клиентами, мы стремимся достичь их целей в области рационального использования природных ресурсов, которые включают реализацию энергосбережения и сокращение их выбросов CO2. Применение тепловых насосов в пищевой, молочной промышленности и в отрасли по производству напитков станет самым большим прорывом, который когда-либо наблюдался в производстве и охлаждении продуктов питания».
Рост бизнеса и рациональное использование природных ресурсов: две стороны одной медали
Для достижения целей в области рационального использования природных ресурсов МЭА заявила, что к 2030 году доля технологий чистой энергии, таких как тепловые насосы и солнечное отопление, должна утроиться и составить более четверти от общего объема продаж нового отопительного оборудования. Технология тепловых насосов обеспечивает экономию энергии и затрат независимо от отрасли, в которой она используются, и степени ее использования. Она может выполнять основные функции, например: отопление и охлаждение небольшого пригородного дома, вплоть до того, чтобы взять на себя центральную роль в рамках суперумной стратегии нулевых выбросов при осуществлении централизованного теплоснабжения или на крупном заводе по производству продуктов питания. Компания GEA также помогает производителям взглянуть на свои заводы в комплексе, анализируя каждый технологический процесс для выявления возможностей в области повышения эффективности и снижения затрат. Этот подход или предложение, которое мы называемGEA Holistic Engineering Solutions (NEXUS), часто включает в себя интеграцию теплового насоса для улавливания и повторного использования отходящего тепла, которое в избытке доступно на многих производственных объектах.
Применение тепловых насосов в пищевой, молочной промышленности и в отрасли по производству напитков станет самым большим прорывом, который когда-либо наблюдался в производстве и охлаждении продуктов питания». - Роберт Ансворт (Robert Unsworth), Технический директор по продажам компании GEA Refrigeration Technologies UK
- Роберт Ансворт (Robert Unsworth), Технический директор по продажам компании GEA Refrigeration Technologies UK
