Смягчение последствий изменения климата с помощью инноваций в области централизованного теплоснабжения
27 Jun 2022
Глобальное потепление является неоспоримым фактом, поэтому нам всем необходимо в значительной степени сократить выбросы углекислого газа (CO2), чтобы защитить нашу планету. Итак, какую роль может сыграть GEA, применяя свои технологии в совместных проектах централизованного теплоснабжения?
В разных странах мира не утихают споры о выбросах CO2. Только в прошлом году на COP26 в Глазго, Великобритания, представители правительств многих стран подтвердили свою приверженность снижению уровня выбросов любыми возможными способами. Наряду с важными экологическими обязательствами, взятыми на себя пищевой промышленностью и другими оказывающими влияние отраслями, ответственными за значительную часть выбросов вредных веществ, системы централизованного теплоснабжения быстро становятся оптимальным решением для борьбы с выбросами CO2 не только для отдельных жилых домов или предприятий, но и для целого населенного пункта.
Тепловые насосы не являются чем-то новым, но с быстрым ростом использования возобновляемых источников энергии они приобретают все большее значение в борьбе с выбросами CO2. Если объединить этот высокоэффективный метод преобразования теплоты с инициативами по созданию систем централизованного теплоснабжения для зданий бытового и общественного назначения, то мы получим потенциально революционную технологию. Добавьте к этому растущее использование таких натуральных хладагентов, как аммиак, и все технологии налицо для действительно «зеленого» решения проблем коммунальных систем отопления.
Излишняя зависимость от газа
По данным Евростата, 27,2 процента всей энергии в Европе используется домашними хозяйствами. Из них почти 80 процентов используется для горячего водоснабжения и отопления.1 Недавнее исследование (март 2022 года), проведенное агентством Statista, показало, что 87 процентов бытового отопления в Великобритании приходится на газ.2 Добавьте к этому все общественные здания, включая офисы, библиотеки, суды, бассейны, школы и т.д., и уровень, до которого мы, люди, полагаемся на газ, чтобы согреться, становится необычайно высоким.
Но, по мнению Кеннета Хоффманна (Kenneth Hoffmann), руководителя направления тепловых насосов в GEA Heating & Refrigeration Technologies, это совершенно излишне: «Если в вашем доме поддерживается обычная температура, скажем, от 18 до 21 °C, нет необходимости сжигать газ при 600 °C для создания комфортных условий. Используя тепловые насосы, мы можем повысить температуру воздуха, поступающего извне, и сделать дома очень комфортными без использования газа.»
Если применить ту же концепцию к нескольким домам, это будет значительным шагом к снижению общих выбросов. Сделайте это в промышленных масштабах, для целых районов и общин, и это будет революционный прорыв!
Почему тепловые насосы лучше?
Если мы декарбонизируем производство электроэнергии, а тепловой насос работает на электричестве, то чем он лучше существующего решения? Кеннет Хоффман поясняет, что система электроснабжения просто не справилась бы. «Она никогда не смогла бы обеспечить возросшую потребность в энергии», — говорит он. «Но благодаря использованию тепловых насосов, которые производят в пять раз больше тепловой энергии на кВт/ч использования первичных энергоресурсов (электричества) по сравнению со сжиганием газа или электрическими котлами прямого действия, общее потребление электричества можно удержать в приемлемых пределах.»
Поскольку электроэнергия все чаще вырабатывается из возобновляемых источников, тепловой насос, установленный сегодня, с каждым годом будет иметь меньший углеродный след, пока электроэнергия не будет вырабатываться на 100% из возобновляемых источников. «Сочетая эффективность использования энергии и сжигание меньшего количества газа, мы можем достичь желаемой декарбонизации общества», — добавляет Кеннет.
Система централизованного теплоснабжения
Современная эффективная система централизованного теплоснабжения, использующая тепловые насосы на основе аммиака, доводит эту концепцию до наиболее оптимального итога. При небольшом потреблении (в идеале возобновляемой) электроэнергии такое решение способно генерировать теплоту из широкого спектра источников, включая воздух, землю, предприятия, сеть метро или водоочистные сооружения, и это лишь некоторые из них. Затем температуру можно довести до 95 °C для обеспечения отопления или горячей воды (или того и другого) для целого района.
Система лучше всего работает в районах с высокой плотностью населения и имеет наибольший экономический смысл при установке на этапе первоначальной разработки территории или при реализации крупных инфраструктурных проектов — хотя это не является обязательным условием. Например, в Мальмё на юге Швеции четыре тепловых насоса GEA мощностью 10 МВт установлены рядом со станцией очистки сточных вод и мусоросжигательным заводом недалеко от порта. В настоящее время они обеспечивают 8 процентов общего энергопотребления примерно 100 000 домов, ежегодно сокращая выбросы CO2 приблизительно на 50 000 тонн.
GEA поднимает планку для стандартных тепловых насосов до 95 °C
Технология GEA и важность аммиака
Использование аммиака является ключевым достижением в развитии технологии централизованного теплоснабжения. Во многих старых системах для охлаждения все еще используются фторсодержащие газы, от которых постепенно отказываются во всей Европе. В отличие от фторсодержащих газов, аммиак безопасен для климата, широко доступен, недорог и не влияет на глобальное потепление. В последние годы компания GEA находится в авангарде развития этой технологии.
Сначала исследовав и усовершенствовав методику, инженеры компании GEA применили технологию таким образом, что она действительно привнесла существенные перемены с точки зрения улучшения обслуживания местных предприятий и радикального снижения уровня выбросов CO2, производимых ими.
Компания GEA постоянно внедряет инновации, чтобы расширять диапазон технологических решений на основе тепловых насосов и оставаться в авангарде кривой развития централизованного теплоснабжения. В ближайшее время мы представим новые достижения в этой революционной технологии, включая недавно полученный заказ на тепловой насос мощностью 22 МВт в Восточной Европе, в состав которого входит наш новый винтовой компрессор высокого давления.
Технология в работе
Тем временем давайте посмотрим на некоторые невероятные инновации, которые уже способствуют охране окружающей среды. Огромный каток Marienlyst в Драммене, Норвегия, имеет зимой покрытие, соответствующее стандартам для проведения соревнований, а летом — это 400-метровая гоночная трасса и полноразмерное футбольное поле. Теплота, выделяемая при образовании льда, увеличивается с помощью тепловых насосов GEA, которое впоследствии используется для теплоснабжения города. Когда наступает лето, температура под полем повышается и тепловой насос работает как геотермальный тепловой насос, обеспечивая дома горячей водой при нулевом балансе выбросов углерода.
Тем временем компания GEA поставила в Турку, Финляндия, систему централизованного теплоснабжения мощностью 10 МВт, использующую остаточное тепло от ТЭЦ. Аммиачные тепловые насосы повышают температуру с 25 °C до 85 °C, чтобы обеспечить теплом 190 000 жителей города посредством бытовой теплосети. Опять же, если не считать небольшой доли электроэнергии, которая все чаще вырабатывается из возобновляемых источников, весь процесс является углеродно-нейтральным.
В лондонском округе Ислингтон теплоэнергетическая сеть Bunhill Heat and Power Network (BHPN) использует отработанное тепло лондонского метрополитена, усиленное тепловыми насосами GEA, для обеспечения теплом и горячей водой около 1350 домов, школы и двух развлекательных центров. Это рассматривается как важный вклад в достижение цели стать углеродно-нейтральным округом к 2030 году.
Это лишь несколько примеров неустанной работы, которую инженеры GEA проводят каждый день по всему миру, чтобы привнести преимущества тепловых насосов GEA, работающих на аммиаке, в системы централизованного теплоснабжения.
Тепловой насос GEA установлен в энергетическом центре Bunhill 2 для повторного использования отработанного тепла лондонского метрополитена.
Меньше слов, больше дела
На отопление приходится более половины мирового потребления энергии, поэтому нет сомнений, что оно вносит огромный вклад в объем выбросов CO2.3 Нельзя недооценивать важность внедрения и реализации системного подхода к резкому увеличению масштабов использования возобновляемых источников энергии за счет тепла, которое в противном случае было бы потрачено впустую. В равной степени, постепенный отказ от угля и других видов ископаемого топлива при одновременном внедрении инноваций для будущего является абсолютным императивом. Использование тепловых насосов в централизованном теплоснабжении не только способствует глобальной охране окружающей среды, но и оказывает местный эффект, так как в отличие от газовых котлов, тепловые насосы не выбрасывают оксиды азота (NOx). Таким образом, они способствуют очищению воздуха в городах и других поселениях, а также обеспечивают экономическую выгоду.
Давайте вернемся к глобальным обязательствам по охране окружающей среды. Согласно COP26, если глобальная температура повысится на 2 °C, это приведет к серьезным и широкомасштабным последствиям как для людей, так и для природы. При показателе 1,5 °C последствия будут также серьезными, но менее критическими. Последний целевой показатель в настоящее время остается в силе, и вопрос о том, будут ли в будущем предъявляться еще более жесткие требования, остается открытым.
Стратегия устойчивого развития
GEA уже занимается этим вопросом — и занимается уже много лет. Наша инициатива Sustainable Energy Solutions (SEnS (Рациональное и энергоэффективное решение)) играет ключевую роль в этой стратегии, революционным образом интегрируя технологические процессы и энергетические системы (охлаждение и отопление) для снижения потребления энергии, уменьшения углеродного следа и сокращения расходов в различных секторах.
Сотрудничество и инновации — важнейшие составляющие решения будущих климатических проблем, поэтому мы инвестируем несколько миллионов евро в новые испытательные центры, которые начнут работать в 2023 году. Здесь будут размещены самые современные установки, использующие натуральные хладагенты, на 90 процентов автоматизированные, способные работать 24 часа в сутки 7 дней в неделю и готовые к «Промышленной революции 4.0».
Системы централизованного теплоснабжения, работающие на тепловых насосах GEA, являются лишь одной частью всего решения, хотя и значительной. Кроме того, никогда не следует недооценивать силу убеждения: если домохозяйство видит, что его счета за электроэнергию и выбросы сократились в результате внедрения системы централизованного теплоснабжения, то оно с большей вероятностью поддержит другие инициативы в области устойчивого развития и побудит крупный бизнес стать частью решения, а не проблемы.
Если мир хочет достичь своей цели по снижению выбросов углекислого газа до нуля к 2050 году, времени остается все меньше. Компания GEA обладает знаниями, технологиями и способностями для успешной реализации проектов по созданию передовых экологически чистых решений в области отопления, которые помогают обеспечить соответствие текущим и будущим целевым показателям по выбросам и реально изменить состояние окружающей среды для будущих поколений.
