Przemysłowa pompa ciepła poprawia wydajność kotła gazowego na lotnisku w Kopenhadze
Renowacja starych kotłów gazowych przerodziła się w projekt starannego wykorzystania energii spalin za pomocą przemysłowej pompy ciepła. Rezultat jest taki, że efektywność spalania gazu wynosi ponad sto procent.
W zachodniej części Maglebylille lotniska w Kopenhadze (bardziej znanego jako CPH) znajduje się wewnętrzna sieć grzewcza. Na początku 2018 r. podjęto decyzję o wymianie starych i niskosprawnych kotłów gazowych pochodzących z lat 60. ubiegłego wieku. Obecnie system składa się z jednego kotła gazowego o mocy trzech megawatów (3 MW) i jednego kotła gazowego o mocy 2 MW wraz z jedną przemysłową pompą ciepła o mocy 600 kilowatów (kW).
Spaliny są skraplane za pomocą pompy ciepła
„Kiedy rozpoczęliśmy renowację systemu ogrzewania, chcieliśmy spojrzeć na całość w nowy sposób”, powiedział Klaus Borge, kierownik projektu na lotnisku w Kopenhadze. „Konsultant ds. energii uczestniczący w projektowaniu zasugerował odzyskiwanie temperatury spalin za pomocą pompy ciepła, dzięki czemu możemy znacznie poprawić wydajność kotła. „Jednocześnie przenieśliśmy punkt ciężkości zużycia energii z gazu na odnawialną energię elektryczną, co jest naszym celem”.
Według Borge wiele obiektów w okolicy jest stosunkowo starych, a temperatura wody powracającej z sieci ciepłowniczej jest dość wysoka. Wynika to z faktu, że w dawnych czasach starano się budować jak najtaniej, a wymienniki ciepła są małe.
Temperatura wody zasilającej zimą wynosi 85–90 stopni Celsjusza (°C), a powracającej około 60°C. Latem zasilanie wynosi 70°C, a powrót 50–55°C. Przy tak ciepłym powrocie nie byłoby możliwe znaczne schłodzenie spalin, a energia zawarta w spalinach byłaby w większości marnowana. Dzięki pompie ciepła możliwe jest schłodzenie gazu do niższej temperatury, podczas gdy pompa działa z doskonałą wydajnością.
„Temperatura spalin z kotła wynosi około 150°C”, kontynuuje Borge. „Przechodzi przez skraplacz, gdzie temperatura jest obniżana do około 30–35°C za pomocą pompy ciepła. Dzięki niskiej temperaturze wilgoć z gazu jest skraplana do wody, co zwiększa ilość odzyskanej energii i znacznie poprawia wydajność systemu”.
Wysoka temperatura i doskonała kontrola
„Na początku projektu rozmawialiśmy o pompie ciepła innego producenta, ale w ich ofercie nie było pompy o odpowiednim rozmiarze”, powiedział Borge. „Następnie rozmawialiśmy z Sørenem Gramem, dyrektorem Svedan Industri Køleanlæg A/S, sprzedawcą firmy Oilon. Søren przedstawił nam pompy ciepła z serii firmy Oilon ChillHeat P 300, które miały idealne dla nas specyfikacje”.
„Pompa ciepła firmy Oilon może wytwarzać bardzo wysoką temperaturę, która z łatwością jest wystarczająco wysoka dla zaopatrzenia w wodę w ciepłownictwie. Dzięki czterem sprężarkom i sterowaniu inwerterowemu pompa może być bardzo dobrze sterowana z wysoką wydajnością przy częściowych obciążeniach, a jej przyjazny dla środowiska czynnik chłodniczy HFO jest również zatwierdzony w Danii. W warunkach projektowych tego projektu zużycie energii elektrycznej przez pompę wynosi 155 kW, a współczynnik COP 4,0”.
„Nasze doświadczenie w zakresie jakości pompy ciepła Oilon i działania fabryki jako całości jest doskonałe. Na etapie instalacji i uruchomienia otrzymaliśmy kompetentne i wysokiej jakości wsparcie ze strony fabryki, dzięki czemu uruchomiliśmy system z niewielkimi problemami. Podobnie obsługa ze strony Svedan Industry była solidna i dobra”.
Pompa ciepła wykorzystuje ciepło spalin
Lotniskowe centrum grzewcze ma obecnie dwa kotły, jeden kocioł na gaz ziemny o mocy 3 MW i jeden kocioł o mocy 2 MW. Kocioł o mocy 3 MW jest podłączony do skraplacza, który schładza spaliny. Drugi kocioł jest w rezerwie i na najzimniejszą pogodę. Uruchomi się, jeśli temperatura będzie niższa niż -10°C przez tydzień. Zapasowy kocioł wydmuchuje gorące spaliny w niebo.
Obecnie na całym świecie pompy ciepła są rzadko wykorzystywane do odzyskiwania ciepła z gazów spalinowych.
Punkt rosy spalin z kotła na gaz ziemny wynosi około 55°C. Poprzez kondensację spalin możliwe jest wyprodukowanie około 10% więcej energii w najlepszym przypadku. Skroplona woda powstaje z prędkością do 180 litrów na godzinę. Kondensacja wody pochłania również zanieczyszczenia ze spalin, oczyszczając je w ten sposób. Zneutralizowany kondensat jest odprowadzany do kanalizacji.
Ciepłownia produkuje około 10 000 megawatogodzin (MWh) ciepła rocznie, co odpowiada zużyciu około 500 domów prywatnych. Do produkcji ciepła zużywa się około miliona metrów sześciennych gazu ziemnego i 400 MWh energii elektrycznej. Oszczędności dzięki pompie ciepła szacuje się na około 1000 MWh rocznie.
Elektryczność i efektywność energetyczna zamiast gazu ziemnego
„Istnieje duża presja, aby zmniejszyć nasze emisje gazów cieplarnianych i pokazać, że CPH będzie bezemisyjnym lotniskiem w 2030 r.”, powiedział Klaus Borge. „Pompa ciepła firmy Oilon o mocy grzewczej 600 kW ma pewną nadwyżkę mocy do chłodzenia naszych gazów spalinowych. Naszym zamiarem jest jednak wyposażenie systemu w zewnętrzne wymienniki ciepła z cyrkulacją glikolu, które odzyskują energię z powietrza zewnętrznego od wiosny do jesieni, a następnie możemy zamknąć kocioł gazowy na okres letni”.
„Na dachu domu obok nas znajdują się obecnie panele słoneczne o mocy 125 kW, a obecnie instalowane są kolejne o mocy 250 kW. Rozważaliśmy nawet zakup akumulatorów, aby pompa ciepła mogła pracować na energii słonecznej nawet w nocy”.
Według Borge cena energii elektrycznej dla CPH wynosi około jednej duńskiej korony za kilowatogodzinę (1 DKK/kWh). Cena gazu ziemnego wynosi około 5 DKK/m3 tj. 0,50 DKK/kWh. Pompa ciepła produkuje jednak cztery razy więcej ciepła w porównaniu do zużycia energii elektrycznej, więc ogrzewanie za pomocą pompy kosztuje tylko połowę ceny w porównaniu do gazu. Dania ma kilka pól gazowych na Morzu Północnym, ale obecny rząd chce je zamknąć. Z drugiej strony w Danii produkuje się coraz więcej biogazu.
„CPH było w stanie znacznie zmniejszyć zużycie energii rok po roku, ale wciąż jest wiele do zrobienia”, powiedział Borge. „Oczywiste jest, że będziemy wykorzystywać więcej odnawialnej energii elektrycznej zamiast gazu”. Cała nadwyżka energii elektrycznej jest obecnie wykorzystywana do ładowania samochodów elektrycznych, a wzmocnienie sieci wymaga czasu. „Ilość energii słonecznej znacznie wzrośnie”.
„Intensywnie inwestujemy w oszczędzanie energii, a pompy ciepła odgrywają w tym ważną rolę”. „Pompa ciepła zwraca się w ciągu czterech lat, więc jest to również bardzo opłacalna inwestycja”.