Труба, которая будет подавать воду в тепловой насос из реки Рейн в Германии, настолько большая, что по ней можно пройти в полный рост, как мне сказали.
«Мы планируем забирать 10 000 литров в секунду», — говорит Феликс Хак, руководитель проекта в энергетической компании MVV Environment, описывая трубы диаметром 2 метра, которые будут забирать речную воду в Мангейме, а затем возвращать её после того, как будет получено тепло из воды.
В октябре материнская компания MVV Energie объявила о планах строительства, возможно, самых мощных тепловых насосных модулей в истории. Два блока, каждый мощностью 82,5 мегаватт.
Этого достаточно для обеспечения теплом около 40 000 домов в общей сложности через систему централизованного теплоснабжения. Компания MVV Energie aito строит эту систему на территории угольной электростанции, которая переходит на более чистые технологии.
Масштаб тепловых насосов был частично определен ограничениями на размеры оборудования, которое можно было перевозить по улицам Мангейма или, возможно, баржами по Рейну. «Мы пока не уверены в этом», — говорит Хак. «Возможно, его доставят по реке».
Один из тех, кто хорошо осведомлен о проекте, — Александр де Ружемон из Everllence (ранее MAN Energy Solutions), еще одной немецкой компании, которая также производит очень большие тепловые насосы. «Да, это конкурс», — говорит он. «Мы открыто об этом говорим».
Тепловые насосы поглощают тепло из воздуха, земли или, в этих случаях, из водоемов. Хладагенты внутри тепловых насосов испаряются при даже незначительном нагревании.
Сжимая хладагент, вы дополнительно увеличиваете это тепло. Тот же процесс происходит и в тепловых насосах, предназначенных для обеспечения теплом отдельных домов, только в гигантских тепловых насосах, обслуживающих целые городские кварталы, он протекает в гораздо большем масштабе.
Поскольку города по всему миру стремятся к декарбонизации, многие решают приобрести крупные тепловые насосы, которые могут подключаться к сетям централизованного теплоснабжения.
Эти сети позволяют горячей воде или пару достигать множества зданий, соединенных многокилометровыми трубами. Появляются все более крупные модели тепловых насосов, чтобы удовлетворить спрос.
«На нас оказывалось большое давление с целью перехода на новые источники теплоснабжения, особенно возобновляемые», — объясняет Хак, обсуждая вывод из эксплуатации угольных энергоблоков на заводе в Мангейме. По его словам, площадка расположена прямо у Рейна, уже имеет мощное подключение к электросети и подключена к сети централизованного теплоснабжения, поэтому установка тепловых насосов здесь имеет смысл.
Он отмечает, что эта технология стала возможной отчасти благодаря наличию очень больших компрессоров в нефтегазовой отрасли, где они используются, например, для сжатия ископаемого топлива для хранения или транспортировки.
Работы по проекту в Мангейме должны начаться в следующем году. Тепловые насосы — общей мощностью 162 МВт — должны быть полностью введены в эксплуатацию зимой 2028-2029 годов. Хак добавляет, что многоступенчатая система фильтрации предотвратит попадание рыбы из реки под действие тепловых насосов, и что моделирование показывает, что система повлияет на среднюю температуру реки менее чем на 0,1°C.
Подобные установки стоят недешево. Установка тепловых насосов в Мангейме обойдется в 200 миллионов евро (2,3 миллиона долларов; 176 миллионов фунтов стерлингов). Де Ружемон из компании Everllence говорит, что в его компании стоимость теплового насоса составляет примерно 500 000 евро за мегаватт установленной мощности – это не включает дополнительные затраты на здания, сопутствующую инфраструктуру и так далее.
В настоящее время Everllence работает над проектом в Ольборге, Дания, который будет еще мощнее, чем система в Мангейме, с общей мощностью 176 МВт. Однако в нем будут использоваться модули меньшего размера – четыре блока по 44 МВт – и он должен быть введен в эксплуатацию в 2027 году, когда будет обеспечивать почти треть всей потребности города в отоплении.
Эти 44-мегаваттные установки на самом деле те же самые, что использовались в предыдущем проекте, который сейчас полностью введен в эксплуатацию, к югу от Ольборга, в Эсбьерге. Там они работают не на максимальной мощности, а выдают по 35 МВт каждая.
Большие резервуары для хранения горячей воды, каждый из которых вмещает 200 000 кубических метров жидкости, обеспечат системе дополнительную гибкость, добавляет де Ружемон: «Когда цена на электроэнергию высока, вы останавливаете тепловой насос и подаете тепло только из накопителя».
Вероника Вилк из Австрийского технологического института говорит: «Тепловые насосы и системы централизованного теплоснабжения отлично подходят друг другу». Такие системы могут получать тепло из водоемов или даже сточных вод с очистных сооружений.
Доктор Вилк отмечает, что при использовании нескольких больших тепловых насосов в сети централизованного теплоснабжения повышается гибкость и эффективность. Можно, например, запускать два из четырех тепловых насосов осенью, когда требуется меньше тепла, чем в разгар зимы.
Все упомянутые до сих пор системы используют энергию из водных источников, но, реже, очень большие тепловые насосы могут использовать в качестве источника тепла и воздух. Даже в относительно холодном городе, таком как Хельсинки.
«Море перед Хельсинки слишком мелкое», — объясняет Тимо Аалтонен, старший вице-президент по отоплению и охлаждению в энергетической компании Helen Oy. «Мы подсчитали, что нам потребуется построить туннель длиной более 20 км до океана, чтобы получить достаточное количество воды с достаточно высокой температурой».
В Хельсинки сейчас проводится радикальная модернизация системы централизованного теплоснабжения. Город добавил тепловые насосы, биомассовые горелки и электрические котлы к сети протяженностью 1400 км, которая соединяет почти 90% зданий в финской столице, добавляет Аалтонен.
Тепловые насосы преобразуют один киловатт-час электроэнергии в несколько киловатт-часов тепла, но электрические котлы этого не могут и поэтому считаются менее эффективными.
Я спрашиваю, почему компания Helen Oy решила установить сотни мегаватт таких котлов, и Аалтонен отвечает, что их установка дешевле, чем установка тепловых насосов, а также означает, что ему и его коллегам не нужно полностью полагаться на воздух, который ограничен в плане количества тепла, которое он может обеспечить в больших масштабах. Кроме того, электрические котлы могут помочь поглотить излишки возобновляемой энергии и выполнять функцию балансировки электросети, говорит он.
В Великобритании нет тепловых насосов, которые могли бы сравниться с системами, разработанными в Дании, Германии и Финляндии. Однако в разработке находятся новые сети централизованного теплоснабжения, такие как Эксетерская энергетическая сеть, которая будет снабжать Эксетерский университет и других потребителей.
Минимальная планируемая мощность сети составляет 12 МВт. Она будет включать три тепловых насоса типа «воздух-вода» мощностью 4 МВт каждый, при этом первый блок должен быть введен в эксплуатацию в 2028 году.
Кит Бейкер из Университета Глазго Каледониан, занимающийся исследованиями систем централизованного теплоснабжения, говорит, что у Великобритании есть возможности для более широкого применения этой технологии. Например, вода в заброшенных шахтах, которая поддерживает относительно стабильную температуру, начинает использоваться для питания более крупных тепловых насосов.
По его словам, «оптимальными местами» являются постиндустриальные и сельские районы, где достаточно места для установки тепловых насосов и теплоаккумулирующих баков.