Przemysł

Odkryj nowe technologie pompy ciepła o temperaturze 200°C dla przemysłu

Autor Ludwik Głowacki
Ludwik Głowacki08.12.20238 min.
Odkryj nowe technologie pompy ciepła o temperaturze 200°C dla przemysłu
banner

Przemysłowe pompy ciepła to obiecująca technologia, która może pomóc w dekarbonizacji energochłonnych gałęzi przemysłu. Chociaż obecnie dostępne są głównie pompy ciepła o niskich temperaturach, trwają intensywne badania nad opracowaniem urządzeń osiągających 200°C. Taka innowacja pozwoliłaby na szersze zastosowanie pomp ciepła w wymagających, wysokotemperaturowych procesach przemysłowych.

Kluczowe wnioski:
  • Potencjał zastosowania pomp ciepła w przemyśle chemicznym, papierniczym i spożywczym jest ogromny i może ograniczyć emisję CO2 o ponad 50 megaton rocznie.
  • Główną barierą dla upowszechnienia technologii są braki w przepisach prawnych oraz wspierających planach rozwoju pomp ciepła w przemyśle.
  • Najważniejsze wyzwania rozwoju pomp ciepła to zwiększenie powierzchni wymienników ciepła, stworzenie kompaktowych sprężarek dostosowanych do ciągłej pracy oraz wzmocnienie sieci elektroenergetycznych.
  • Chociaż są trudności, postęp w badaniach pozwala przypuszczać, że niebawem zobaczymy szerokie wdrożenie pomp ciepła również do zastosowań przemysłowych.
  • Warto śledzić tę obiecującą technologię, która może pomóc zrealizować ideę „zielonego” przemysłu.

Czy pompy ciepła mogą zastąpić konwencjonalne źródła ciepła w przemyśle?

Coraz częściej mówi się o zastosowaniu pomp ciepła nie tylko w budownictwie, ale także w przemyśle. Wysokotemperaturowe pompy ciepła (HTHP) mają szansę całkowicie zmienić oblicze przemysłu i zastąpić konwencjonalne źródła ciepła, takie jak kotły parowe, piece czy podgrzewacze elektryczne.

Dlatego coraz więcej badań skupia się na rozwoju HTHP, które byłyby w stanie dostarczać ciepło technologiczne o temperaturze 160-200°C. Przy tak wysokich parametrach pompy ciepła miałyby szansę w pełni zaspokajać zapotrzebowanie ciepła w wymagających gałęziach przemysłu.

Zalety pomp ciepła

Największą zaletą pomp ciepła jest ich wysoka efektywność energetyczna. Dzięki temu, że pozyskują one ciepło z otoczenia, potrzebują znacznie mniej energii elektrycznej do pracy niż inne źródła ciepła. Dodatkowym atutem jest brak bezpośredniej emisji zanieczyszczeń.

Ponadto pompy ciepła mogą wykorzystywać ciepło odpadowe z procesów przemysłowych, dzięki czemu pozwalają na odzysk energii marnotrawionej przez większość zakładów. Zastosowanie pomp ciepła może także przyczynić się do zrównoważenia krajowych sieci energii, gdyż pozwala na większe wykorzystanie zasobów krajowych i ograniczenie importu paliw.

Jakie gałęzie przemysłu mają największy potencjał dla zastosowania pomp ciepła?

Największe zapotrzebowanie na wysokotemperaturowe ciepło technologiczne mają gałęzie przemysłu, których procesy wymagają dostarczania ciepła o temperaturach powyżej 100°C. Najpełniejszą analizę potencjału rynku pomp ciepła w Europie zamieścili w swoim artykule badacze z Holandii, M.A. Ancona i wspólnicy.

Według szacunków, znaczące możliwości wprowadzenia pomp ciepła istnieją przede wszystkim w przemyśle: chemicznym, papierniczym, spożywczym oraz rafineryjnym.

Sektory te łącznie cechują się ogromnym rocznym zapotrzebowaniem na ciepło: 641 PJ. Stanowi to w przybliżeniu połowę rocznego zużycia gazu ziemnego w Polsce. Jednocześnie są to gałęzie przemysłu szczególnie uciążliwe dla środowiska ze względu na emisję gazów cieplarnianych. Dlatego właśnie zastąpienie w nich konwencjonalnych źródeł ciepła pompami ciepła mogłoby przynieść zarówno korzyści ekonomiczne, jak i środowiskowe.

Czytaj więcej: Zmiany w fotowoltaice od kiedy? Grudzień 2022 przyniósł rewolucję na rynku PV

Ile ciepła można wytworzyć rocznie z pomp ciepła dla przemysłu w Europie?

Zespół badaczy z Holandii oszacował, że potencjał techniczny pomp ciepła dla 4 kluczowych gałęzi przemysłu w Europie wynosi 641 PJ rocznie. Jest to bardzo znacząca wartość, wynosząca ponad połowę rocznego zużycia gazu ziemnego w Polsce.

Naukowcy podkreślają jednak, że jest to wartość mocno zaniżona. Analiza objęła jedynie część procesów przemysłowych, w których temperatura nie przekracza 160°C. Tymczasem szacuje się, że aż jedna czwarta europejskiego rynku ciepła przemysłowego wymaga temperatury powyżej 400°C. Oznacza to, że faktyczny potencjał dla pomp ciepła w przemyśle przewyższa tysiąc PJ rocznie!

Gałąź przemysłu Potencjał pomp ciepła [PJ/rok]
Chemiczny 279
Papierniczy 254
Spożywczy 65
Rafineryjny 43
Razem 641

Dla porównania, całkowite roczne zużycie gazu ziemnego w Polsce oscyluje wokół 1150 PJ. Wynika z tego, że nawet częściowe wdrożenie pomp ciepła w wybranych sektorach przemysłu pozwoliłoby na ograniczenie importu gazu!

Jak emisja CO2 może spaść dzięki zastosowaniu pomp ciepła w przemyśle?

Odkryj nowe technologie pompy ciepła o temperaturze 200°C dla przemysłu

Zastąpienie konwencjonalnych źródeł ciepła pompami ciepła zasilanymi energią odnawialną pozwoliłoby nie tylko zaoszczędzić znaczne środki, ale także znacząco ograniczyć emisję gazów cieplarnianych z przemysłu.

Według wyliczeń badaczy holenderskich, wdrożenie pomp ciepła w 4 kluczowych gałęziach przemysłu pozwoliłoby ograniczyć emisję CO2 o 52,6 Mt rocznie (przy założeniu 100% udziału OZE w miksie energetycznym). Dla porównania, emisja z całego przemysłu w Polsce szacowana jest na około 70 megaton rocznie.

Oznacza to, że zastosowanie pomp ciepła mogłoby doprowadzić do ograniczenia emisji o ponad 2/3! To kluczowe dane w kontekście walki ze zmianami klimatu.

Źródła zasilania

Istotne jest źródło energii elektrycznej zasilające pompę ciepła. W przypadku wykorzystania źródeł konwencjonalnych, emisja zostanie po prostu przeniesiona z lokalnych emitorów w przemyśle do elektrowni. Dlatego największe korzyści osiąga się przy 100% udziale odnawialnych źródeł energii.

Na szczęście coraz więcej przedsiębiorstw przemysłowych buduje farmy wiatrowe i fotowoltaiczne na swoim terenie lub zawiera umowy PPA. Łącząc zieloną energię elektryczną z pompami ciepła, przemysł ma szansę stać się zeroemisyjny.

Dlaczego rozwój pomp ciepła dla przemysłu jest ograniczony?

Analizując rynek pomp ciepła, można odnieść wrażenie, że ten kierunek rozwoju jest oczywisty. Skoro pompy ciepła mają tak duży potencjał, to dlaczego są one tak rzadko stosowane w przemyśle?

Jedną z największych barier jest konserwatyzm firm przemysłowych. Wielu menedżerów dotychczas postrzegało pompy ciepła wyłącznie jako źródła energii dla budynków mieszkalnych. Tymczasem mogłyby one w znaczącym stopniu poprawić efektywność procesów przemysłowych.

Innym ograniczeniem jest brak regulacji wspierających oraz niewystarczające finansowanie badań nad HTHP. Na poziomie politycznym powinna zostać stworzona strategia rozwoju tej technologii w przemyśle, wspartej odpowiednimi zachętami podatkowymi i dopłatami ( tak jak ma to miejsce obecnie w energetyce).

Ponadto, na poziomie technologicznym konieczny jest rozwój komponentów dedykowanych pompom ciepła osiągającym temperatury 160-200°C. Obecnie brak jest gotowych, przemysłowych rozwiązań, które działałyby niezawodnie w tak ekstremalnych warunkach pracy. Stworzenie dedykowanych podzespołów powinno być celem strategicznym.

Z jakimi wyzwaniami muszą zmierzyć się producenci pomp ciepła?

Warunki pracy w przemyśle są bardzo trudne i wymagają stworzenia specjalnie przystosowanych podzespołów do pomp ciepła.

Jedną z największych barier jest znaczne obciążenie sprężarek, które muszą pracować niemal non-stop. Rodzi to potrzebę zaprojektowania nowych sprężarek, odpornych na przegrzewanie i intensywną eksploatację przez kilka lat. Nowe rozwiązania powinny bazować na sprężarkach bezolejowych lub z hermetycznie zamkniętym obiegiem olejowym, gdyż w przeciwnym razie konieczna częsta wymiana oleju dodatkowo komplikuje procesy.

Dodatkowym wyzwaniem są specyficzne wymagania poszczególnych gałęzi przemysłu, np. konieczność pracy w środowisku agresywnych chemikaliów, przy wysokich ciśnieniach, dużej wilgotności lub zagrożeniu wybuchem. Każde specyficzne zastosowanie wymaga indywidualnego podejścia do projektu pompy ciepła.

Jakie elementy pomp ciepła wymagają udoskonalenia?

Klęską największych wyzwań konstrukcyjnych w pompach ciepła są kluczowe podzespoły:

  • Sprężarki - opracowanie wysokosprawnych i niezawodnych sprężarek ze specjalnych stopów i powłok, odpornych na długotrwałą pracę w wysokich temperaturach;
  • Wymienniki ciepła - optymalizacja wymienników dla zminimalizowania oporów przepływu nośnika ciepła i strat energii;
  • Regulatory - tworzenie nowych algorytmów sterowania pozwalających reagować na zmienne obciążenie zakładów.

Ponadto kluczowe są innowacje w kwestii samych nośników ciepła i izolacji. Dobranie optymalnych rozwiązań pozwoli na podniesienie sprawności pomp ciepła i obniżenie kosztów ich eksploatacji.

Kiedy pompy ciepła na większą skalę trafią do zakładów przemysłowych?

Na chwilę obecną trudno dokładnie oszacować, kiedy nastąpi szeroka adopcja pomp ciepła w przemyśle. Niektórzy eksperci twierdzą, że stanie się tak za 5-10 lat, inni są bardziej sceptyczni.

Na pewno niezbędne są zmiany na poziomie strategicznym - opracowanie i wdrożenie krajowego programu rozwoju pomp ciepła dla przemysłu oraz zwiększenie finansow

banner

Najczęstsze pytania

Główne zalety to bardzo wysoka sprawność energetyczna, niskie koszty eksploatacji, możliwość wykorzystania ciepła odpadowego z procesów przemysłowych oraz brak bezpośredniej emisji zanieczyszczeń w miejscu zainstalowania.

W przemyśle potrzebne są wysokotemperaturowe pompy ciepła, mogące dostarczać ciepło technologiczne o temperaturze 160-200°C, a nawet powyżej 400°C w niektórych procesach.

Największe możliwości wdrożenia istnieją w przemyśle chemicznym, papierniczym, spożywczym oraz rafineryjnym ze względu na duże zapotrzebowanie na wysokotemperaturowe ciepło.

Szacuje się że same tylko w 4 kluczowych gałęziach przemysłu pompy ciepła mogą dostarczyć 641 PJ energii rocznie, a realny potencjał jest jeszcze większy.

Główne bariery to konserwatyzm firm, brak regulacji wspierających tę technologię oraz niewystarczający poziom badań i finansowania rozwoju komponentów dla wysokich parametrów pracy.

Oceń artykuł

rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
Ocena: 0.00 Liczba głosów: 0

5 Podobnych Artykułów:

  1. Podłączenie pieca gazowego - montaż i podłączenie kotła gazowego
  2. Pompa ciepła odwierty - najlepsze rozwiązanie do budowy ogrzewania
  3. Atakujące ceny fotowoltaiki w 2024! Panele od 19zł/Wp? Sprawdź!
  4. Rewolucyjne wykorzystanie niedopałków na Litwie - czy Polacy podążą za tendencją?
  5. Jak poprawnie chłodzić za pomocą pompy ciepła? Odkryj najlepsze rozwiązania!
Autor Ludwik Głowacki
Ludwik Głowacki

Z dziesięcioletnim doświadczeniem w branży fotowoltaicznej, zajmuję się projektowaniem i wdrażaniem systemów fotowoltaicznych, obsługując zarówno domy jednorodzinne, jak i przedsiębiorstwa. Moja edukacyjna ścieżka prowadziła przez Politechnikę Warszawską, gdzie ukończyłem Inżynierię Środowiska, a także zdobyłem certyfikat w zakresie energii odnawialnej. Regularnie występuję jako prelegent na konferencjach dotyczących odnawialnych źródeł energii, a moje publikacje branżowe zdobywają uznanie w środowisku. Pasjonuje mnie dzielenie się wiedzą i doświadczeniem, które przekładają się na pomoc innym w efektywnym wykorzystaniu fotowoltaiki.

Udostępnij post

Napisz komentarz