Dekarbonizácia priemyslu a CZT s veľkými tepelnými čerpadlami

Je už dnes neprehliadnuteľná príležitosť!

Prečerpávanie, cirkulácia tepla je všade okolo nás

Pretláčajú ju tri rozhodujúce smernice EPBD, EED a RED v rámci balíka Fit for 55. Tepelné čerpadlá môžu uzatvárať energetické cykly s využitím obnoviteľnej a energie a odpadného tepla podľa obrázku

Tepelné čerpadlá v CZT a v priemysle v energetických cykloch.

Odpadná energia z transformačných procesov sa nezapočitáva do obnoviteľnej energie

Zvýšenie ročných úspor energie z 0,8 % (v súčasnosti) na 1,3 % (2024 – 2025), 1,5 % (2026 – 2027) a 1,9 % od roku 2028. Členské štáty odstránia regulačné prekážky pre využitie odpadového tepla.

čl. 25 Smernice: Komplexné posúdenie vykurovania a chladenia

Odsek 2: Analýza nákladov a výnosov smeruje na odsek 5:

to znamená výzvu na riešenie, ak existujú efektívne alternatívy (ako TČ)

Odsek 6: Miestne plány vykurovania a chladenia pre mestá > 45 000 obyvateľov smerujú čínnosť na potenciál pre veľké tepelné čerpadlá v diaľkovom vykurovaní.

čl. 26: Obnoviteľné energie vo vykurovaní a chladení

Odsek 1: Zvyšovanie požiadaviek na podiel obnoviteľných zdrojov, odpadné teplo, kogenerované teplo na energetické zásobovanie diaľkového vykurovania - prínos tepelných čerpadiel v diaľkovom vykurovaní a rekuperácii tepla.

Odsek 2: Alternatívna možnosť plnenia na základe emisií skleníkových plynov na kWh tepla.

Pri súčasnom mixe elektriny a SPF 3 TČ spĺňajú požiadavky v roku 2035 už dnes.

Odsek 5: OE potrebné pre všetky CZT s vykurovacím a chladiacím výkonom > 5 MW

Odsek 6: Dátové centrá s menovitým energetickým príkonom 1 MW elektrickej energie opätovne využijú odpadové teplo, pokiaľ to technicky/ekonomicky je možné.

Smernica EÚ o obnoviteľnej energii EÚ 2023/2413

Dekarbonizácia priemyslu pomocou TČ: hľadaná alebo prehliadaná príležitosť?

Nový cieľ Smernice: 42,5 (45) % konečnej energie z obnoviteľných zdrojov do roku 2030

(43) Technológia tepelného čerpadla je kľúčom k vykurovaniu a chladeniu z obnoviteľných zdrojov z okolitej energie, vrátane energie z čistiarní odpadových vôd a geotermálnej energie. Tepelné čerpadlá umožňujú aj využitie odpadového tepla a chladu. Rýchle nasadenie TČ, mobilizuje nedostatočne využívanú obnoviteľnú energiu zdroje ako okolitá energia alebo geotermálna energia, ako aj odpadové teplo z priemyselných a terciárnych sektorov vrátane dátových centier môže nahradiť kotly na zemný plyn a iné kotly na fosílne palivá obnoviteľným vykurovaním riešenia pri súčasnom zvýšení energetickej účinnosti.

Smernica EÚ o obnoviteľnej energii EÚ 2023/2413

(59) 50 % (priemyselného) dopytu po vykurovaní a chladení je nízkoteplotných (<200°C), pre ktoré existujú cenovo výhodné možnosti obnoviteľnej energie, vrátane elektrifikácie a priameho využívania obnoviteľnej energie.

Členské štáty by mali podporovať elektrifikáciu priemyselných procesov kde je to možné, využiť napríklad pre nízkoteplotné priemyselné teplo.
Členské štáty by mali odstrániť regulačné prekážky pre využitie odpadového tepla.

(71) Zvýšiť požiadavky na užšiu koordináciu medzi CZT, priemyselným a terciárnym sektorom a miestnymi orgánmi pre spoluprácu potrebnú na využitie nákladovo efektívneho potenciálu odpadového tepla a chladu prostredníctvom systémov CZT.

Smernica EÚ o obnoviteľnej energii EÚ 2023/2413

Článok 15 odsek 3 Členské štáty zabezpečia … ustanovenia na integráciu a využívanie obnoviteľnej energie... a využívanie vznikajúceho odpadového tepla.

● Článok 22a Začlenenie obnoviteľnej energie do priemyslu: členské štáty sa budú snažiť zvýšiť podiel obnoviteľných zdrojov... v priemyselnom sektore o … aspoň 1,6 % pb ako ročný priemer (2021 – 2030)

Ak sa elektrifikácia považuje za nákladovo efektívnu možnosť, tam politiky a opatrenia podporia elektrifikáciu priemyslu založenú na obnoviteľných zdrojoch energie. Politiky a opatrenia vytvoria trhové podmienky pre dostupnosť ekonomicky životaschopnej a technicky realizovateľnej alternatívy obnoviteľnej energie na nahradenie fosílnych palív používaných na priemyselné vykurovanie... v ktorých teplota je pod 200°C.

Ako sa priblížiť s tepelnými čerpadlami k teplote 200°C

Je to možné s dvojstupňovým procesom

Tepelné čerpadlá s chladivami bután R600 alebo CO2 a iné HC pentány dokážu vyrobiť paru o teplote cca 140 °C, ktorej teplota v ďalšom procese mechanickou kompresiou pary sa dá zvýšiť až blízko i nad 200°C podľa obrázku.

Možnosti tepelných čerpadiel v CZT vo Fínsku len vďaka pomeru ceny elektriny a plynu

S celkovými výkonmi CZT zatiaľ max do 200 MW so skladovaním tepla

V súčasnosti už jedno TČ môže dosiahnuť výkon nad 50 MW. Najbližšie s takým výkonom je vo Viedni, ktoré teplo odoberá z Dunaja. Väčšinou zatiaľ fungujú s chladivom R134a a R1234ze. Sú väčšinou jednostupňové, ale zálohované tak, že pracujú vo dvojici. Snaha je využívať odber tepla z vôd za čistiarňami odpadových vôd a iných vôd napríklad z dátových centier, vôd z riek, morí i zo vzduchu. Ak odber tepla je prerušovaný, budujú sa zásobníky odpadných vôd od 1000 po 1 mil m3.

Riešenie v meste Turku vo Fínsku od fy Friotherm využíva teplo z vyčistených odpadných vôd o teplote 8-20 oC, ktoré dve paralelné TČ dvihnú na teplotu 75-85 oC. Vratná voda do kondenzátora má teplotu 40-50 oC. Zásobník vôd z čistiarne má objem 17 000 m3.

Fínsko patrí medzi krajiny EÚ s vyššími emisiami CO2 na obyvateľa

CZT hodnotia cez emisie CO2 na vyrobenú kWh tepla

Emisie vo Fínsku za 10 rokov klesli o 47 % a v roku 2030 sa už priblížia k nulovým emisiám. Pre porovnanie uhlíková intenzita výroby tepla v CZT na Slovensku podľa SSVT je už dnes, vďaka podielu obnoviteľných zdrojov a kombinovanej výroby elektriny a tepla nižšia, v porovnaní s individuálnymi plynovými kotlami s tým, že uhlíková intenzita z výroby tepla v CZT je 183 gCO2/kWht vďaka 20 % podielu OE, kým pri individuálnych riešeniach so ZP je to okolo 224 gCO2/kWh. V porovnaní napr. s Fínskom (102 gCO2/kWht) je to však výrazne viac.

Slovensko má inštalácie tepelných čerpadiel v centrálnom zásobovaní tepla

Najväčší podiel na zásobovaní teplom veľkými TČ majú v Nórsku (13%), Švédsku (8%) Fínsko, Dánsko, Francúzsko (1,2%). Tieto podiely týchlo rastú. Na Slovensku inštalácie publikované medzi veľkými TČ (SZ CHKT 2021, 2022) sú väčšinou s elektricky poháňaním kompresorom, ale sú aj inštalácie s plynovým motorom a tiež plynové tepelné čerpadlá absorpčné. Snáď najznámejší projekt EU GUGLE bytový dom s elektrickými tepelnými čerpadlami je na ulici P. Horova v Bratislave. Podbných príkladov je už na Slovensku veľa najmä v bytových domoch, kde CZT v blízkosti nie je vybudované.

Kaskáda 8x plynové tepelné čerpadlo inštalované v CZT v štvrti Blumental využíva existujúcu plynofikačnú sieť s výhodnými cenami plynu, ktorá zabezpečuje chladnú vodu pre stropné sálavé chladenie a v zime podporuje vykurovanie.Požiadavky na chladiaci výkon sú od 45 do 230 kW. Maximálny inštalovaný výkon je 512 kW. Podobný projekt bol realizovaný tiež na Račianskej ulici v Bratislave, sídlisku v Trnave a pod.

Plynové tepelné čerpadlá absorpčné s menšími výkonmi nad 20 kW v kaskáde, vyznačujúce sa vyššími investičnými nákladmi, ale nižšími prevádzkovými nákladmi, o výkone sú inštalované v bytových domoch Dubnička.

Realizácie elektricky poháňaných tepelných čerpadliel s chladivami najmä R410A, ale tiež R32, R290 sú rozmiestnené po celom Slovensku. Medzi najväčšie patrí Polyfunkčný bytový komplex Matadorka, v ktorom inštalovaný tepelný výkon je 864 kW pri teplotnom spáde 52/44oC a chladiaci výkon 612 kW pri spáde 7/12oC, a 390 kW je k dispozícci pre pasívne chladenie pri spáde 20/16oC.

Úplne najväčší komplex tepelných čerpadiel o celkovom výkone 4,1 MW využívajúci teplo z banských vôd je zapojený do CZT v regióne Hornej Nitry.

Slovensko má inštalácie tepelných čerpadiel v priemysle

Priemysel zatiaľ využíva tepelné čerpadlá na využitie kondenzačného tepla z chladenia výrobných hál a tiež z chladenia výrobných procesov pri výrobe koží, čokolády, mlieka, potravinárskych výrobkoch, v chove rýb, ohreve skleníkov, z chladenia kvapalín. V priemysle napríklad pri výrobe papiera je dostatok biomasy a tak tepelné čerpadlá nie sú zatiaľ potrebné. Lepšie ako v priemysle sa kondenzačné teplo darí využívať v obchodoch, aquaparkoch, zimných štadiónoch a podobne.

Viac informácií nájdete v časopise Správy 6/2024