Priemyselné tepelné čerpadlá

Priemyselné tepelné čerpadlá

Príbeh s veľkou perspektívou, keď budúcnosť patrí flexibilnej elektrine

            Ako priviesť zákazníka ku kúpe priemyselného tepelného čerpadla? To je otázka, ktorú si položili na konferencii 27.-28.11. 2024 v Prahe.V podmienkach Slovenska je to zväčšia prechod zo zemného plynu na elektrinu. V iných krajinách z uhlia na elektrinu. Argumentácia tak môže byť rôzna. U nás je to najmä pomer ceny tepla z elektriny a plynu, ktorý ideálne by mal byť nižší ako 2,5. Táto bariéra cenového pomeru sa vytráca s flexibilnou elektrinou, ktorú tepelné čerpadlo odoberá, ak je prebytok elektriny z obnoviteľnej energie. Ak je elektrina drahá, odoberá sa z batériového úložiska. Tepelné čerpadlá budú môcť pracovať stále viac vo veľkej miere s elektrinou zadarmo v prípade jej prebytkov.

Zatiaľ to tak nie je. O návratnosti sa preto nehovorí. Dobrý výsledok je, ak si tepelné čerpadlo zarobí na svoju prevádzku. Investičné náklady, by preto mali byť dotované. 

Cirkulárna energetika

            Energia sa nedá zničiť, len mení formu. Až 50 % energie sa využíva na vykurovanie a chladenie. Z toho 80 % zatiaľ zabezpečujú fosílne palivá a 70 % sa spotrebuje v mestách. Veľa energie ostane nevyužitej a tak sa hľadajú spôsoby cirkulárneho využitia v distribučných sieťach vody po vzore ectotermických zvierat, napríklad jaštery s horúcou hlavou a studeným chvostom. Tzv. Ectogrid sú úložiskom i zdrojom energie s využitím pre chladenie i vykurovanie. Cieľom je využiť všetku energiu v cirkulárnej energetike.

CZT ako integrátor obnoviteľnej energie

            Zatiaľ ekonomické prostredie nie je motivačné. Celkom 19 tisíc CZT sietí v EÚ očakáva vplyv emisných poplatkov ETS 1 a ETS 2 v pomere cca 1,5:1. Rast emisných poplatkov bude rýchly až pravdepodobne 10 násobný do roku 2050. Dôležité budú možnosti využitia lacnej elektriny.  Právne prostredie tlačí požiadavkami na podiel obnoviteľnej energie v CZT. Do roku 2035 by mal byť 35 % podiel OE v CZT. Rok 2040 bude dôležitý.

CZT dokáže integrovať obnoviteľné energie a preto dostáva vysokú podporu napríklad v Nemecku. Existujúca plynofikácia tiež integruje obnoviteľné energie bioplyn, vodík, .. a tak súťaž elektriny s plynom pokračuje. Dôležité je, aby tepelné čerpadlo pracovalo s čo najnižšou teplotou vratnej vody najlepšie pod 40oC. To sa dá dosiahnuť zateplením, vyregulovaním prietokov, veľkými radiátormi, vyššími prietokmi.

Budúcnosť patrí tepelným čerpadlám 

Možno ide o technológiu storočia, ktorú možno priradiť k takým vynálezom ako koleso, parný stroj, klinec, elektrina, žiarovka a podobne. Technológia tepelného čerpadla je pripravená. Vývojári by mali pripravovať lego skladačky. Treba skladačky pripravovať.

Veľké tepelné čerpadlá využívajú všetky druhy obnoviteľnej energie a prekvapujúco vo veľkej miere aj vzduch. Musia sa vhodne inštalovať ďalej od obydlí.

Tepelné čerpadlá idú už do výkonov 75 MW a niektoré s teplotou vodnej pary až 280oC pri 25 baroch. Veľkým boom je pri využívaní tepla z chladiacej vody v datacentrách.

Využívajú sa aj vody z riek, morí o nízkej teplote s veľmi vysokými prietokmi napríklad 4000 l/s pri delta T=3 K.            

UCEEB Praha prezentovalo na konferencii s priemyselnými tepelnými čerpadlami

UCEEB založili 4 fakulty ČVÚT Praha. Má 192 zamestnancov 18 výskumných teamov, 85 výskumných projektov. Riešia celú budovu od architektúry, cez elektrifikáciu, TZB a stavebné riešenie. Hľadajú synergie k optimálnemu využitiu obnoviteľnej energie, čo sa nemôže zaobísť bez skladovania energie. Na rodinný dom sa počíta s 3-4 m3. Približne 40% obyvateľstva žije v rodinných domoch.

CZT má cieľ zazelenať sa

V CZT sa zameriavajú na transformáciu z uhlia (54%) a z plynu 26 (%) na elektrifikáciu. Vyvinuli bodovací systém, ktorý umožňuje optimalizáciu prechodu na tepelné čerpadlá v dlhšom horizonte. Vypracovali webový nástroj pre manažérov so zjednodušenou vizualizáciou zameranou na Energie, Ekonomiku a Ekológiu.

Komplexné využitie obnoviteľnej energie

Znamená využitie energie okolia nielen k vykurovaniu, chladeniu, ale aj na výrobu vodíka v elektrolyzéri s výkonom cca 250 kW poháňaného solárnym fotovoltaickým   systémom s 250 kWp. Vyrobí sa 6-8 ton vodíka za rok a následne sa vyrába elektrina. Cieľ je, aby tepelné čerpadlá fungovali úplne na obnoviteľnej energii.

Výber chladiva je náboženstvo

Väčšina odborníkov chápe, že syntetické chladivá zatiaľ potrebujeme, ale zástancovia prírodných chladív sú neoblomní. Pracujú však zatiaľ s programami zmesí chladív nielen prírodných ale aj HFO, ktoré mnohé patria medzi PFAS chladivá. Všetky chladivá zaraďujú a posudzujú podľa bezpečnostných tried. 

Kompresory a defrost výparníkov s teplom zo vzduchu

Pre vybrané chladivá sa vyvíjajú turbo kompresory s výkonmi 800 kW až 75 MW do vysokých teplôt aj pri výrobe vodnej pary o teplote až 280oC pri tlaku 25 barov. Defrost výparníkov s chladivom CO2, odoberajúcich teplo z vonkajšieho vzduchu môže byť riešený pomocou cirkulácie nemrznúcej zmesi zohriatej teplom z horúcich pár za kompresorom, čím sa zvyšuje účinnosť chladiča plynu. V čase odmrazovania je kompresor vypnutý.

Bezpečnosť s propánom

            Raffael Pozzo z firmy Enerblue uviedol, že prvý chiller s R290 vyrobili v roku 2014. Prirovnal TČ k medvedíkovi Panda, ktorý prežíva v poriadku len vtedy, ak má vhodné podmienky. Pri riešení bezpečnosti vychádzajú z normy EN 378-2, ktorá je harmonizovaná s PED. Ak sa môže vytvoriť explozívne prostredie, musí sa na to systém nastaviť.

            Málo TČ je navrhovaných do ATEX prostredia. Ale ak ATEX prostredie môžu vytvoriť, musia byť zodpovedajúce riešenia. Výrobca rieši riziká podľa MD a tiež podľa ATEX. Analýzu rizík však musí vykonať aj projektant a inštalačná firma, za čo je zodpovedný prevádzkovateľ.

Úniky v uzavretom prostredí nesmú vytvoriť explozívnu atmosféru. Ak detektor zistí únik propánu, zastaví prívod elektriny, zapne ventilátor, ktorý by mal byť testovaný v ATEX zóne 0. Ak je únik a zlyhá prívod elektriny, to je dvojitý efekt, ktorý norma nerieši, ale výrobca môže uplatniť batériový systém UPS pre detektor a ventilátor.

Viac informácií nájdete v časopise Správy 4/2025