Skutečně velká tepelná čerpadla v provozu

Konference zaměřená na průmyslové aplikace tepelných čerpadel – Industrial Heat Pumps Conference, která proběhla 4. až 5. listopadu v Praze, dokumentovala, že tepelná čerpadla mohou pokrývat výkony i v řádu desítek MW a pracovat s teplotami nad 100 °C. Existují technická řešení, která zvyšují teplotu mezi vstupním a výstupním nosičem tepla o více než 100 K. Zde několik příkladů.

Tepelné hospodářství města

Městský podnik Münster, Německo, provozuje tepelné čerpadlo s výkonem 1,8 MW, který je předáván do sítě dálkového vytápění. Na výstupu pracuje tepelné čerpadlo se spádem až 120 °C/65 °C. Na vstupu se spádem 20 °C/15 °C. Zvýšení teploty nosiče tepla až 105 K a COP 2,6. Zdrojem primárního tepla je chladicí voda plynové turbíny primárně vyrábějící elektřinu a společně tak zajišťují kombinovanou výrobu elektřiny a tepla s vysokou účinností. (Zdroj: AGO GmbH Energie + Anlagen)

Zdroj páry pro výrobní technologie

Tepelné čerpadlo založené na principu Stirlingova motoru. S výkonem 400 kW generuje páru s teplotou 130 až 140 °C a tlakem 2 bar. Primárním zdrojem tepla je chladicí okruh z výrobní technologie s teplotou 25 °C. Nasazeno u norského výrobce zdravotní techniky GE Healthcare Lindesnes. V roce 2025 uvedeno do provozu konstrukčně podobné TČ s výstupní teplotou páry až 180 °C a variabilním tlakem 2 až 8 bar v Norsku, v závodě na zpracování ryb Pelagia AS. (Zdroj: Enerin AS Asker)

150 MW s přírodním chladivem

S topným faktorem průměrně 3,0 pracují tepelná čerpadla s přírodním chladivem amoniak a dodávají teplo do sítě v německém Kolíně nad Rýnem. Primárním zdrojem tepla je říční voda s teplotou nad 3 °C, přičemž teplota otopné vody do sítě může přesáhnout i 110 °C. (Zdroj: Everllence)

Typický dánský projekt

Kombinace více technologií pro zásobování teplem v Dánsku. Zde tepelný výkon 7 MW zajišťují tepelná čerpadla vzduch-voda při teplotě venkovního vzduchu 5 °C a teplotním spádu na topné vodě 75/42 °C. Průměrný COP okolo 3,0. Stabilitu dodávky tepla při změnách výkonu fotovolatické elektrárny podporují vodní akumulační zásobníky s objemem 10 000 m³, což je zde výhodnější řešení oproti elektrickým bateriím. (Zdroj: Fenagy)

Cukrovar

Výroba cukru je spojena s odpařováním vody z cukerného roztoku a to vyžaduje mnoho energie. Příkladem řešení s využitím tepelných čerpadel je SÜDZUCKER, odpařovací stanice, Rain, Německo. Proces je založen na zpětném využití tepla ze zkondenzované páry vznikající při odpařovaní. Tepelný výkon 4 MW (6,6 t/hodina páry), topný faktor 6. Pracovní teploty mezi 100 a 130 °C. (Zdroj: Heaten)

Sorpční tepelná čerpadla

S tepelnými výkony nad 1 MW pracují nejen tepelná čerpadla s kompresory, ale i sorpční tepelná čerpadla. Příkladem může být spalovna odpadů SAKO Brno, kde je výstupní tepelný výkon 3,3 MW. (Zdroj: SOKRA)

Teplo z výroby oceli

Odpadní teplo z výroby oceli se běžně přes chladicí věže odvádí do venkovního prostředí. Tomuto plýtvání zabrání tepelná čerpadla, která mohou zvýšit teplotu teplonosné látky, vody, cca 75 °C až na 120 °C. Tedy teplotu vhodnou pro dálkové vytápění. Výstupní tepelný výkon 6 MW. Variabilitu výkonu zajišťuje dvoustupňový provoz s plynulým řízením výkonu. (Zdroj: Turboden)

Kde nalézt příklady aplikací?

Pro vyhledání aplikace tepelných čerpadel s velkými výkony v Německu lze využít on-line databázi:
grosswaermepumpen-info.de/de/projekte/

Orientační rozsah pracovních teplot chladiv s nízkým GWP

I tepelných čerpadel pro průmysl se týká nařízení o F-plynech, a proto se v jejich konstrukci využívají chladiva s nízkým potenciálem skleníkového efektu, GWP.  V současnosti především:

• R744 – CO₂
• R600a – isobutan
• R600 – n-butan
• R290 – propan
• R601a – isopentan
• R601 – n-pentan
• R1234ze
• R1233ze

Bližší informace o mezinárodní konferenci Průmyslová tepelná čerpadla lze nalézt na adrese:
exergie.cz