W przyszłości pompy ciepła zajmą się ogrzewaniem pomieszczeń. Jest to opinia podzielana przez wielu specjalistów z branży i wyrażona przez CEO Helen Oy, Juha-Pekka Weckström w niedawnym wywiadzie. Oilon ciężko pracowała przez prawie dwie dekady, aby przekształcić tę wizję w rzeczywistość, a teraz czas jest bliski.
Kiedy mówimy o pompach ciepła, obraz, który często przychodzi na myśl, to pompa ciepła powietrze–powietrze wystająca ze ściany domu. Inną alternatywą jest gruntowa pompa ciepła, która pobiera energię z odwiertu, aby zapewnić ogrzewanie domu jednorodzinnego. Ten artykuł nie będzie omawiał żadnego z tych rozwiązań. Dzisiejszym tematem są duże przemysłowe pompy ciepła i systemy pomp ciepła, które dostarczają ciepło do procesów przemysłowych i sieci ciepłowniczych lub zapewniają ogrzewanie i chłodzenie dużych budynków i nieruchomości. Rozwiązania te odgrywają kluczową rolę w strategii Grupy Oilon.
Od czegoś złożonego do produktu przemysłowego
Historia zaczyna się w 2000 r.od Scancool, firmy świadczącej usługi dla instalacji chłodniczych. Ludzie w firmie zauważyli, ile ciepła odpadowego produkują te zakłady i zaczęli opracowywać technologię wydobywania i wykorzystywania tego ciepła odpadowego. To było coś, czego nikt wcześniej tak naprawdę nie zrobił. Firma Oilon widziała już, dokąd zmierza przemysł energetyczny i rozpoczął pionierskie prace nad wykorzystaniem pomp ciepła. Duże pompy ciepła na skalę przemysłową szybko znalazły drogę do strategii Oilon, a wkrótce Scancool stał się częścią firmy.
Na początku wyprodukowano tylko niewielką liczbę pomp ciepła. Każda jednostka była „maszyną projektową” dostosowaną do konkretnego celu. Komponenty zostały dobrane do konkretnego przypadku, co oznaczało, że produkcja na dużą skalę nie była możliwa. Zaletą tych projektów było to, że zapewniły one doświadczenie różnych rozwiązań i zrozumienie procesów przemysłowych, takich jak temperatury, które można wykorzystać, wymagane poziomy temperatury i zmienność obciążeń. Doświadczenie to posłużyło jako kapitał na przyszłość.
Oilon ma długą tradycję w produkcji maszyn, a producenci chcą tworzyć produkty, a nie indywidualnie dopasowane maszyny. Zachęcony swoimi wczesnymi doświadczeniami, Oilon zaczął intensywnie inwestować w rozwój produktów, jakość produkcji i rozwiązania produktowe.
Zanim produkt zostanie wprowadzony do sprzedaży, zostanie poddany szeroko zakrojonym testom, które zapewnią jego funkcjonalność i wydajność. Jeśli testy ujawnią słabe ogniwo, takie jak nieprawidłowy rozmiar komponentu, zostanie on wymieniony w testowanej maszynie i we wszystkich przyszłych maszynach z tej serii modeli. Tylko produkty gotowe do zamierzonego celu będą oferowane do sprzedaży. Ponieważ nie ma czegoś takiego jak doskonały produkt, poprawa jakości jest ciągłym procesem, którego wynikiem są nowe i ulepszone produkty.
Przemysłowe pompy ciepła to sprawdzone i akceptowane rozwiązanie
W ostatnich latach sprzedaż przemysłowych pomp ciepła gwałtownie wzrosła”, powiedział Martti Kukkola, dyrektor biznesowy Oilon ds. pomp ciepła i agregatów chłodniczych. „Ostatnio nasza roczna sprzedaż prawie się podwoiła, a my właśnie czterokrotnie zwiększyliśmy naszą powierzchnię produkcyjną i moce produkcyjne”. Przemysłowe pompy ciepła firmy są produkowane w Kokkola w Finlandii. Eksport stanowi dwie trzecie sprzedaży.
„Naszymi głównymi rynkami są Europa Północna, Wielka Brytania i Chiny. Rynki Europy Środkowej i Wschodniej wykazują dobry wzrost, a my zyskaliśmy dobrą trakcję na przykład w Ameryce Południowej”.
Według Kukkoli, fińscy klienci odgrywają kluczową rolę w sukcesie firmy. Jako przykład podaje system pomp ciepła powietrze-woda, który jest obecnie budowany dla Fortum. Po ukończeniu, zakład Vermo będzie produkował ciepło i chłód dla miasta Espoo w Finlandii. Z mocą 11 MW, będzie to największy tego typu obiekt w kraju i pomoże Fortum zastąpić część produkcji energii opartej na węglu. Faza pilotażowa projektu o mocy 1,3 megawata jest już zakończona. „Oilon od dawna współpracuje ze wszystkimi znaczącymi firmami energetycznymi w Finlandii”, kontynuuje Kukkola. „Obecnie wiele firm może wiele zyskać dzięki połączonemu ogrzewaniu i chłodzeniu (CHC), co oznacza wykorzystanie jednej maszyny do jednoczesnego ogrzewania lub chłodzenia”. Tradycyjnie, duże budynki były chłodzone za pomocą agregatów wody lodowej, a ciepło odpadowe było po prostu wyrzucane do atmosfery. Urządzenie CHC nie tylko zapewnia chłodzenie, ale także przekazuje pozyskane ciepło do sieci ciepłowniczej lub systemu ciepłej wody w budynku.
„Wszystkie pompy ciepła oddają ciepło w jednym miejscu i chłodzą inny obszar, tak właśnie działają pompy ciepła”. W rozwiązaniach CHC po prostu dobrze wykorzystujemy zarówno ogrzewanie, jak i chłodzenie. W Helen Oy zrealizowaliśmy około 20 projektów CHC, a kilka z nich jest w trakcie realizacji, aby podać tylko przykład”.
Oilon oferuje szeroką gamę przemysłowych pomp ciepła
Asortyment przemysłowych pomp ciepła firmy Oilon można podzielić na trzy grupy produktów w oparciu o technologię sprężarek. Każda grupa składa się z kilku maszyn o różnych wydajnościach.
Rodzina produktów firmy Oilon ChillHeat RE wykorzystuje sprężarki spiralne. Każda jednostka jest wyposażona w 2–4 sprężarki, a dostępny zakres wydajności wynosi 100–1000 kW. Jednostki te są szczególnie odpowiednie do wytwarzania temperatur przepływu do +65 °C z zimnego strumienia wejściowego o temperaturze około 0 °C.
Osiem modeli pomp ciepła serii ChillHeat P jest wyposażonych w sprężarki tłokowe 1–6. Dostępna wydajność wynosi od 30 do 1000 kW. Maszyny z serii P wyróżniają się zdolnością do osiągania ekstremalnie wysokich temperatur wyjściowych, aż do +120 °C. Jednostki te mają dobry współczynnik wydajności nawet przy częściowym obciążeniu i oferują szeroki zakres wydajności.
Podobnie jak omówione wcześniej urządzenia z serii RE i P, pompy ciepła ChillHeat S o mocy 100–1000 kW są umieszczone w obudowie. Obudowa pompy ciepła nigdy nie jest szersza niż 911 mm, dzięki czemu jednostki mogą być wnoszone do miejsca instalacji przez normalne drzwi.
Oprócz tych jednostek, które mają obudowę, seria S obejmuje większe modele aż do zakresu wydajności 5 MW. Pompy ciepła serii S wykorzystują sprężarki śrubowe i dobrze nadają się do zastosowań o wysokiej wydajności z maksymalną temperaturą zasilania około +85 °C. Maszyny te umożliwiają operatorom wykorzystanie przemysłowego ciepła odpadowego na dużą skalę.
Jak duże jest wystarczająco duże?
„Wspaniale było obserwować z pierwszej ręki rosnące zapotrzebowanie na wysokowydajne systemy pomp ciepła”, powiedział Kukkola. „Większość projektów, które sprawdziliśmy, mieściła się w zakresie 200 megawatów. Jednak w Niemczech był projekt o mocy 20 MW, w którym zapytanie ofertowe określało, że każda pompa ciepła musi mieć moc co najmniej 10 MW. Zastanawia mnie, dlaczego wydajność pojedynczej pompy ciepła miałaby mieć znaczenie.
„To, co ma znaczenie, to współczynnik COP, koszty konserwacji, wymagania przestrzenne, częściowy zakres wydajności, redundancja, czas dostawy i cena kontraktowa”. Kiedy te czynniki są uszeregowane, jaką różnicę robi to, czy system ma dwie czy 20 pomp ciepła? W dużych projektach jest to coś, co musimy omawiać raz po raz. Niestety, często projekty były na tak zaawansowanym etapie, że klient nie odważył się zadać pytania o wymagania dotyczące wydajności pompy”.
Według Kukkoli, duża pompa ciepła niekoniecznie jest bardziej ekonomicznym rozwiązaniem. Ponieważ duża pompa ciepła jest zawsze produktem specjalistycznym, takie rzeczy jak części zamienne mogą być drogie. W obu przypadkach klient będzie musiał związać się z jednym dostawcą. Połączenie mniejszych pomp ciepła zawsze będzie miało szerszy zakres wydajności niż pojedyncza duża pompa. Wymagania dotyczące przestrzeni również zazwyczaj nie różnią się tak bardzo, zwłaszcza pod względem objętości.
Doświadczenie systemowe i szerokie możliwości kontroli
Jedną z mocnych stron Oilon w branży pomp ciepła jest wiedza firmy na temat różnych systemów. Daje to Oilon możliwość połączenia kilku pomp ciepła, często różnych typów, w ekonomiczny i zoptymalizowany system, który działa na wymaganym poziomie temperatury i z wymaganą wydajnością. W niektórych przypadkach cały system został wbudowany w izolowany kontener, który może być dostarczony na miejsce za pomocą ciężarówki, umożliwiając szybką instalację „pod klucz”.
Kluczem do projektowania złożonych systemów kilku pomp ciepła –„pociągów”, jak są one określane w firmie – jest Oilon Selection Tool (OST). Opracowane wewnętrznie narzędzie programowe pozwala inżynierom sprawdzić, jak działają różne kombinacje modeli pomp ciepła połączonych szeregowo i równolegle. Narzędzie umożliwia inżynierom dokładną symulację działania systemu przy różnych ustawieniach: przy różnych temperaturach wlotu i przepływu dla strony ciepłej i zimnej oraz przy różnych punktach obciążenia. Na przykład pompa ciepła serii S wytwarza ciepło przy wysokiej wydajności i średniej temperaturze. Temperaturę można zwiększyć za pomocą pomp ciepła serii P, które zapewniają wyższe temperatury i rozszerzają zakres roboczy systemu.
Systemy pomp ciepła Oilon ChillHeat mogą osiągać wydajność 50 MW lub więcej. Niezależnie od wielkości, klient musi zapewnić tylko jeden punkt podłączenia wlotu i wylotu; to, co znajduje się między tymi punktami, jest rozwiązaniem zaprojektowanym przez Oilon i zbudowanym przez firmę wraz z autoryzowanym partnerem instalacyjnym Oilon.
Do zarządzania pojedynczymi pompami ciepła i rozległymi systemami pomp ciepła, Oilon opracował system Oilon Global Monitoring (OGM). W tym systemie pompy ciepła są podłączone do sieci danych i wysyłają swoje dane operacyjne do chmury. Użytkownicy mogą szybko przeglądać informacje o potencjalnych problemach, a inżynierowie mogą wykorzystywać dane historyczne do zdalnego serwisowania.
Klienci mogą tworzyć raporty obejmujące wykorzystanie urządzeń, produkcję energii i generowane oszczędności kosztów.
Trzy główne zastosowania przemysłowych pomp ciepła
W oparciu o doświadczenia firmy Oilon, istnieją trzy główne zastosowania przemysłowych pomp ciepła, z których każde ma nieco inne wymagania. Zastosowania te obejmują ogrzewanie i chłodzenie dużych budynków i nieruchomości, wykorzystywanie przemysłowego ciepła odpadowego i wytwarzanie ciepła procesowego oraz wytwarzanie lokalnego ogrzewania i chłodzenia.
W miesiącach letnich duże budynki wymagają chłodzenia. Odzyskane ciepło można wykorzystać do podgrzania ciepłej wody użytkowej używanej w budynku. Zimą ten sam system może być wykorzystywany do odzyskiwania ciepła z powietrza wywiewanego z budynku i zwracania go do systemu ogrzewania budynku. Aplikacje te nie wymagają szczególnie wysokich temperatur, a wymagana wydajność jest zwykle w setkach kilowatów, co oznacza, że pompy ciepła serii RE dobrze nadają się do tego celu. Pompy ciepła RE mogą z łatwością wytwarzać temperatury powyżej +60 °C nawet z zimnego strumienia wlotowego.
Ciepło odpadowe z przemysłu można efektywnie wykorzystać za pomocą pomp ciepła serii S. Jeśli aplikacja wymaga szczególnie wysokich temperatur zasilania, pompy ciepła serii P mogą być używane samodzielnie lub połączone szeregowo z modelami serii S.. W rozwiązaniach, w których można zastosować tylko jedną pompę ciepła, pompa ciepła musi być w stanie pracować zarówno przy wysokich, jak i bardzo niskich obciążeniach. Pompy ciepła serii P mają szeroki zakres wydajności i temperatur, modele serii S pracują w węższym zakresie.
Produkcja centralnego ogrzewania i chłodzenia za pomocą pomp ciepła staje się coraz bardziej popularna. Ogrzewanie miejskie zazwyczaj wymaga dużego „doładowania”, co oznacza, że wymagany jest wysoki wzrost temperatury. Pompy ciepła serii P dokładnie pasują do tego zadania, zwłaszcza w małych instalacjach. Tego typu projekty zwykle obejmują rozwiązanie CHC. W projektach na dużą skalę, które wymagają dużej wydajności, można zastosować kombinację pomp ciepła serii S i serii P.
Pompy ciepła i przyszłość efektywności energetycznej
„Pompy ciepła są jednym z najlepszych rozwiązań w zakresie wykorzystania energii odnawialnej w przyszłości”, powiedział Kukkola. „W Europie ogrzewanie i chłodzenie budynków odpowiada za połowę całej zużywanej energii; w Finlandii samo ogrzewanie odpowiada za jedną czwartą”. Lwia część tej energii grzewczej jest wytwarzana przy użyciu pewnego rodzaju spalania. Aby osiągnąć neutralność węglową, będziemy musieli znacznie ograniczyć spalanie i wykorzystać odnawialne źródła energii.
Temperatury w odnawialnych źródłach energii, takich jak gleba i powietrze, są zwykle niskie. Dzięki pompie ciepła te niskie temperatury można ekonomicznie podnieść do stosunkowo wysokiego poziomu wymaganego przez ogrzewanie.
Dodatkowo, pompy ciepła mogą być wykorzystywane do recyklingu energii. Gdy budynek wymaga chłodzenia, ciepło jest generowane do wykorzystania w innym miejscu. Jeśli w wodzie do mycia lub ściekach znajduje się ciepło, jego nadmiar można wydobyć i wykorzystać. W operacjach przemysłowych zakres potencjalnych zastosowań jest ogromny.
„Musimy pamiętać, że energia elektryczna odgrywa coraz większą rolę w naszym społeczeństwie”, kontynuuje Kukkola. „W wielu przypadkach energia elektryczna jest najtańszą dostępną formą energii, a pompy ciepła dostarczają wielokrotnie więcej energii niż zużywają. Przechowywanie ciepła jest łatwe i ekonomiczne.
„To, na czym stoimy teraz, to dopiero początek! Wkroczymy w bardzo pracowitą i interesującą dekadę – dekadę pomp ciepła”. Przemysłowe pompy ciepła mają kluczowe znaczenie dla strategii Oilon, a działalność firmy wkrótce rozszerzy się o rząd wielkości.