CCCP - Dizalice topline velikih instaliranih snaga

Ekspertize: Energija

Dizalice topline velikih instaliranih snaga

Danas se smatra da je u energetski razvijenim sustavima moguće integrirati do 20% električne energije iz vjetroelektrana bez većih zahvata na distribucijskom i transmisijskom sustavu. Nakon 20% električne energije iz vjetroelektrana, pojavljuje se problem stabilnosti mreže uslijed nestalnosti proizvodnje vjetroelektrana. Jedno od rješenja kako doseći udio od 40% vjetroenergije je integracija električnog i toplinskog sektora putem dizalica topline velikih instaliranih snaga.

Dizalica topline (eng. Heat pump) je tehnologija koja koristi električnu energiju kako bi proizvela toplinsku energiju. Iako naoko može izgledati da takva vrsta energetske pretvorbe nije logična, pošto je električna energija najkvalitetniji oblik energije te skup za proizvesti, dizalice topline ovu vrstu pretvorbe čine na iznimno učinkovit način te također mogu služiti integraciji električnog i toplinskog sektora. Ukoliko se za proizvodnju električne energije, koja će dizalicama topline služiti za proizvodnju toplinske energije, koriste obnovljivi izvori energije, ovakva vrsta tehnologije je potpuno opravdana u upotrebi te čak služi stabilizaciji sustava uslijed nestalne proizvodnje energije iz izvora poput sunca i vjetra.

Koliko su dizalice topline zapravo energetski učinkovite? Dizalice topline su specifične u iskazivanju efikasnosti pošto se ne navodi klasična energetska učinkovitost kao omjer dobivenog rada i uložene energije, već se za to koriste faktori grijanja i hlađenja (eng. Coefficient of Performance (COP)) koji su definirani kao omjeri predane topline (odnosno preuzete topline u slučaju hlađenja) te uloženog rada, što je u slučaju dizalica topline utrošena električna energija. Kao što se može vidjeti u iznesenim definicijama, u klasičnoj definiciji energetske efikasnosti rad se nalazi u brojniku, dok se u slučaju dizalica topline on nalazi u nazivniku. Ove definicije treba imati na umu kako se kasnije ne bi dogodila mogućnost pogreške spominjanjem da dizalice topline imaju efikasnost veću od 1 (što bi značilo veću efikasnost od 100%).

U najčešćim dizalicama topline u Hrvatskoj, tzv. klima uređajima ili split sustavima (što je zapravo dizalica topline zrak-zrak u stručnoj terminologiji) faktor hlađenja iznosi oko 3 za umjerene temperaturne razlike okoliša i sobe koju hladimo, dok faktor grijanja uobičajeno iznosi oko 4. To znači da u slučaju grijanja, za 1 kWh utrošene električne energije dobijemo ekvivalent od 4 kWh toplinske energije. Iz ovog primjera vidimo da su dizalice topline energetski iznimno učinkovite, za razliku od elektrootpornog grijanja (električne grijalice) koji za 1 kWh utrošene elektrine energije proizvede otprilike isto 1 kWh toplinske energije.

Bitno je znati kada su faktori hlađenja viši, a kada niži. Navedeni faktori osim tehnoloških karakteristika samih uređaja te korištenog medija za hlađenje, ovise isključivo o temperaturnoj razlici prostorije koju želimo grijati te temperature toplinskog izvora, što je u slučaju klsičnih split sustava okolišni zrak. Što je navedena temperaturna razlika manja, to je dizalica topline energetski učinkovitija. Ovdje se može zaključiti zašto klasični split-sustavi ne rade efikasno pri ekstremnim okolišnim temperaturama (jako visokim dok hladimo prostoriju te jako niskim dok grijemo prostoriju). Navedeni ekstremi imaju kao posljedicu veliku temperaturnu razliku između toplinskog izvora (okolišni zrak u slučaju grijanja) te toplinskog ponora (prostorija koju grijemo) te time smanjuju faktor grijanja, odnosno hlađenja.

Dizalice topline velikih instaliranih snaga pokušavaju dobiti daleko više iznose faktora grijanja koristeći toplinske izvore viših temperatura poput tla na velikim dubinama, mora, jezera ili otpadnu toplinu dimnih plinova koja bi inače nepovratno bila izgubljena u atmosferi ispuštanjem kroz dimanjak nekog postrojenja ili elektrane. Svi ovi navedeni izvori imaju za obilježje da su im teperature prilično konstantne tijekom cijele godine te nikad ne padaju ispod nula celzijevih stupnjeva. Ovdje opet moramo imati na umu da čim je viša temperatura izvora, veća će biti i efikasnost dizalice topline. U dizalicama topline velikih instaliranih snaga prosječni faktor grijanja može doseći i 9 što znači da je za 1 kWh utrošene električne energije moguće dobiti čak 9 kWh toplinske energije. Teoretska razmatanja jednadžbe faktora grijanja, uz korištenje jezera kao toplinskog izvora te temperature grijane prostorije od 25 oC dopuštaju iznos faktora grijanja od čak 15 što je zaista impresivan broj te pokazuje da još postoji prostor za daljnji razvoj tehnologije dizalice topline.

Naravno, uvijek postoji i pitanje ekonomskih troškova korištenja određene tehnologije. Dizalice topline su iznimno kapitalno intenzivne tehnologije koje iziskuju velika financijska sredstva prilikom investicije te zatim imaju male pogonske troškove, poput troškova održavanja te troškova pogonske energije. Prosječna investicija u dizalice topline velikih instaliranih snaga iznosi 840.000 € po MW toplinske instalirane snage, dok recimo manje učinkoviti električni kotao ima investicijsku cijenu od samo 90.000 € po MW instalirane snage. Ovdje leži i razlog još uvijek nedovoljne penetracije dizalica topline velikih instaliranih snaga u energetski sektor diljem Europe i svijeta.

U sljedećim nastavcima raspravit ćemo detaljnije o konceptima upotrebe dizalica topline velikih instaliranih snaga u energetskom sektoru, integriranje sa već postojećim kogeneracijskim postrojenjima te primjere u kojima navedena tehnologija pojeftinjuje ukupne troškove energetskog sustava. Također, usporedit ćemo električne kotlove te dizalice topline u ekonomskom pogledu kako bismo vidjeli u kojim uvjetima je određena tehnologija jeftinija. 

Princip rada dizalice topline

Za komentiranje trebate biti prijavljeni. Prijavite se ili se registrirajte kao novi član.

Molimo Vas da ne šaljete neprimjerene komentare.

Ovaj tekst još nije komentiran. Budi prvi.