Датская компания-поставщик коммунальных услуг DIN Forsyning готовится оснастить портовый город Эсбьорг системой централизованного теплоснабжения с нулевым уровнем выбросов, в основе которой два промышленных тепловых насоса на CO2 (R744) от производителя MAN Energy Solutions. Тепловые насосы будут получать энергию от прибрежных ветроэлектростанций, а тепло – из Ваттового моря.
Тепловые насосы тепловой мощностью 60 МВт представляют собой установку с электротермическим накопителем энергии (ETES).
«Мы отказываемся от выработки тепла за счет сжигания угля и заменяем его углеродно-нейтральным централизованным теплоснабжением, использующим энергию ветра и морской воды. Переход сократит выбросы примерно на 120 000 тонн CO2-эквивалента в год», — рассказал Кеннет Йоргенсен, директор проекта DIN Forsyning.
Проект содействует реализации планов по декарбонизации Эсбьорга к 2030 году.
Создавая решение «под ключ», компания MAN, штаб-квартира которой находится в Аугсбурге (Германия), собрала и испытала тепловые насосы ETES «вода-вода» в производственных цехах в Цюрихе (Швейцария).
По словам Йоргенсена, морская и теплораспределительная части системы уже сданы в эксплуатацию и готовы к работе, монтаж механической части почти завершен. Старт установки намечен на осень.
Система, которую MAN на своем сайте называет «крупнейшим в мире сверхкритическим тепловым насосом» будет снабжать теплом стотысячное население города, то есть, примерно 25 000 домохозяйств. «Это первая подобная система снабжения тепловой энергией крупного промышленного масштаба», — говорится на сайте.
«Установка похожа на кондиционер воздуха, работающий в обратную сторону. Вместо охлаждения зданий, система использует электроэнергию из возобновляемого источника, чтобы извлечь тепло из морской воды и умножить его для дальнейшего распределения. Это решение можно использовать для декарбонизации промышленных процессов во всем мире»,
— рассказал Карл Бёле, старший менеджер проекта в MAN.
Морская вода, выкачиваемая из гавани со скоростью 4 000 литров в секунду, подается по большим трубам к установке, где отдает тепло для испарения CO2, после чего возвращается в море.
За счет электроэнергии, произведенной прибрежной ветроэлектростанцией, испаренный CO2 сжимается до температуры, достаточной для нагрева воды. В теплообменнике CO2 отдает свое тепло воде, которая подается в существующий подземный трубопровод центрального отопления. Давление в контуре сжатия и расширения CO2 превышает 150 бар.
«Особенность системы, которую мы устанавливаем, заключается в использовании морской воды как источника тепловой энергии, CO2 — как хладагента, а герметичного компрессора с электроприводом – как генератора тепла», — пояснил Бёле.
Рабочая жидкость системы, расположенной рядом с Ваттовым морем, национальным парком и объектом Всемирного наследия ЮНЕСКО, должна быть нетоксичной, безопасной и иметь высокую теплопроизводительность. Чтобы выполнить эти требования, был выбран CO2, а не аммиак (R717) или синтетический хладагент.
«В случае утечки CO2 просто вольется в морской круговорот углерода», — заявил Йоргенсен.
Баланс нагрузки на энергосеть
Йоргенсен отметил важность того, чтобы нагрузка коммунальной системы на энергосеть была сбалансированной.
С этой целью потребление энергии высокоскоростными электродвигателями, приводящими компрессоры тепловых насосов в движение, может быстро повышаться и понижаться. По словам Йоргенсена, таким образом система адаптируется к резким изменениям объема производимой «зеленой» электроэнергии, вырабатываемой ветряками и солнечными панелями.
Йоргенсен объяснил, что конструкция балансирует нагрузку на энергосеть, «принимая избыток электричества при его наличии, и преобразуя в аккумулируемое тепло, которое подается потребителям в нужное время». В отличие от энергосети, количество энергии, которую получает тепловой насос, может не совпадать с количеством энергии, которую он отдает.
Клаус Нильсен, директор по развитию бизнеса DIN Forsyning, находит гибкость системы ETES очень привлекательной, отмечая ее способность использовать различные источники электричества при отсутствии энергии ветра, а также возможность обеспечивать как централизованное теплоснабжение, так и охлаждение. Кроме того, турбокомпрессорная технология позволяет DIN Forsyning зарабатывать на обеспечении баланса электросети.
В Эсбьорге, расположенном на юго-западном побережье Ютландии, температура воздуха ниже нуля, как правило, держится с ноября по март.
В 2018 году компания MAN, на протяжении более 250 лет поставляющая технологические решения для энергетики, судостроения и нефтегазовой отрасли, изменила название с MAN Diesel and Turbo на MAN Energy Solutions, чтобы подчеркнуть свою поддержку перехода к углеродно-нейтральному будущему.
«Еще в 2018 году мы предлагали ETES как решение для накопления электроэнергии в виде тепла и холода, которые можно было бы повторно преобразовать в электроэнергию», — рассказал Раймонд Декорвет, руководитель отдела глобального развития бизнеса ETES в MAN.
Как только MAN стало известно о проведении тендеров DIN Forsyning, компания поняла, что ETES идеально подходит для централизованного теплоснабжения жителей Эсбьорга.
