Un oraş din Danemarca va trece la încălzire centralizată prin cea mai mare centrală de pompe de căldură din lume

Pompele de căldură sunt în prezent printre cele mai eficiente soluţii de încălzire din cele disponibile în lume, fiind aplicate de multe decenii încoace chiar şi în zonele cu climă mai rece. Dar ideea de pompă de căldură rezonează de obicei cu ceva ce-ţi instalezi individual, la casa sau apartamentul tău, nu cu un sistem de încălzire centralizată al unui oraş. Şi totuşi, pompele de căldură câştigă tot mai mult teren în aplicări la scară mare.

Se întâmpla doar acum 3 luni, în luna iunie, când anunţam că cei de la MAN Energy Solutions au inaugurat prima pompă de căldură care va asigura căldură pentru un oraş întreg din Danemarca. Era vorba de un oraş relativ mic, numit Esbjerg, de 25.000 case. Acel sistem folosea CO2-ul drept agent de refrigera, iar apa mării, care nu coboară niciodată sub temperatura de îngheţ, servea drept mediu de captare a căldurii.

Foto: Centrala cu pompă de căldură din primul oraş, Esbjerg, inaugurată în iunie

Iar aici trebuie să amintim cum funcţionează o pompă de căldură. Există un circuit cu lichid refrigerant, care trece printr-un schimbător de căldură, captând căldura din mediul sursă — fie aer, fie căldura pământului la adâncime la pompele geotermale, fie apa în cazul pompei din Esbjerg. Lichidul refrigerant devine astfel mai cald, transformându-se în gaz, după care ajunge într-un compresor, unde e compresat, iar la presiune gazul devine fierbinte. Acest gaz fierbinte circulă printr-un schimbător de căldură, transferând astfel căldura în mediul final, apa din sistemul de încălzire, de exemplu. În acest proces gazul din interiorul circuitului pierde din căldură şi redevine lichid, mergând din nou spre schimbătorul de căldură din mediul iniţial. Logica de a amplasa pompele de căldură aproape de mediul final, unde căldura trebuie transferată, ţine şi de ideea de a elimina pierderile de căldură pe care reţeaua de ţevi a unui oraş le generează de la centrală până la casă. Dar, dacă aceste ţevi sunt la adâncime şi bine izolate, pierderea de aici poate fi compensată prin beneficiile care se obţin în eficienţa pompei de căldură datorită scalării la nivelul unui cartier întreg sau oraş, cum e în Danemarca.

Foto: Schema de funcţionare a tehnologiei de pompă de căldură, scalată la nivelul unor cartiere, oraşe sau fabrici mari

În iunie, când vorbeam despre primul oraş din lume, încălzit de la o pompă de căldură, spuneam că tehnologia ar putea fi aplicată şi în ţara noastră, cel puţin pe cartiere în oraşele mari. Ei bine, iată că acum Danemarca a făcut următorul pas şi tot împreună cu MAN Energy Solution anunţă dezvoltarea unui sistem cu pompe de căldură pentru un oraş şi mai mare, Aalborg, care e al 3-lea municipiu ca mărime din Danemarca! Oraşul are aproape 150.000 locuitori, iar întregul municipiu — peste 220.000 locuitori! Deci, vorbim deja de un oraş mult mai mare, iar asta face şi mai interesante cifrele dintr-un astfel de sistem de încălzire cu pompe de căldură.

Cei de la MAN Energy Solution au anunţat că noua centrală de pompe de căldură din Aalborg va fi echipată cu 3 pompe de căldură mari, de 44 MW putere fiecare, însumând 132 MW putere. Pentru comparaţie, o pompă de căldură pentru un apartament sau casă compactă poate avea de obicei cam 8-12 kW putere, deci putem rotunji la o medie de 10 kW, ceea ce înseamnă că puterea acestei centrale ar echivala cu cea folosită de circa 13.200 apartamente şi case. Oraşul, însă, are un număr mult mai mare de locuinţe, după cum putem estima din numărul populaţiei, iar tocmai aici şi vine eficienţa crescută a centralizării.

Aşa va arăta cea mai mare centrală cu pompe de căldură din lume, destinată încălzirii centralizate a unui oraş

Noua centrală de pompe de căldură va furniza 550.000 MWh de căldură anual, însă vorbim de căldura efectivă din ţevi, nu de electricitatea consumată, care e mult mai mică. Şi această centrală cu pompe de căldură va folosi apa de mare din strâmtoarea alăturată Limfjord drept mediu primar, având beneficiul că acea apă nu coboară niciodată la -5, -10 grade sau mai jos, ca aerul. Electricitatea pentru pompe va veni de la Aalborg Forsyning şi va fi 100% regenerabilă, ceea ce nu e de mirare, la cât de multă energie din turbine eoliene are Danemarca.

Ceea ce e unic pentru această nouă centrală şi pompele de căldură din ea e că o perioadă ea va opera în timp ce în oraş mai rămâne funcţională vechea centrală pe cărbuni, care e programată să fie închisă în anul 2028. Asta înseamnă că pompele de căldură trebuie să se asigure că apa care iese din noua centrală trebuie să aibă aceeaşi temperatură de 98 grade Celsius, la fle cum ieşea din centrala de cărbune! E o temperatură neobişnuit de mare pentru pompele de căldură, care încălzesc de obicei apa până la maxim 55-60 grade, pentru că mai mult nu e nevoie. Însă în acest caz se pare că reţeaua de conducte a oraşului pierde mai multă căldură şi până la modificarea acesteia a existat această cerinţă.

Cei de la MAN Energy Solutions spun că au reuşit să atingă aceşti parametri datorită apei de mare, care se asigură că mediul primar nu va avea temperaturi mai mici de zero, iar astfel se câştigă mult la diferenţă. Cea de-a doua soluţie care le-a permis să atingă asta e un compresor de generaţie nouă, numit Hofim, dezvoltat de divizia lor din Elveţia, care funcţionează fără ulei, pe membrane ermetice, cu rulmenţi magnetici. Acest compresor are un randament mult mai mare şi astfel cu aceeaşi energie consumată, poate asigura încălzire refrigerantului din circuit la temperaturi mult mai mari, astfel încât la final apa să iasă cu 98 grade, chiar dacă ar intra cu doar 1 grad în circuitul pompei! În rol de refrigerant, apropo, va servi tot banalul CO2, iar asta se face pentru ca, în cazul puţin probabil al unei avarii oricând în timp, să nu existe scurgeri toxice în apa mării sau aer.

Schema generală a unei centrale cu pompe de căldură şi compresor Hofim, pentru încălzirea unui cartier, oraş, sau fabrică mare

Noua centrală va intra în construcţie în vara anului viitor şi va fi gata în 2027. Aceasta va opera un an alături de centrala de cărbune, după care oraşul va scăpa cu totul de surse fosile în sistemul său de încălzire. MAN nu anunţă COP-ul, adică coeficientul de productivitate pentru noua centrală, însă dacă ar fi să luăm o medie de 4.0 pe pentru pompele de căldură de acasă, înseamnă că la 550.000 MWh de căldură furnizaţi în sezon se vor consuma cam 137,5 GWh de electricitate. Noi credem că adevăratul coeficient, datorat centralizării, poate fi în jurul a 5,0-5,5, şi atunci se va obţine 100 GWh consumaţi de electricitate. O singură turbină eoliană maritimă de top, de tipul celor folosite în Danemarca, poate produce anual cam 60-85 GWh de electricitate. Deci, chiar şi în cazul unui randament mai mic şi a unor turbine eoliene care nu sunt de top, doar câteva turbine eoliene, între 2 şi 3, pot asigura energia necesară încălzirii unui oraş prin pompe de căldură centralizate! Chiar dacă oraşul e mai mare, sau lipseşte orice altă sursă, 4-5 turbine eoliene maritime rezolvă problema unui oraş mai mare. Şi, de fapt, dacă puterea maximă cumulată a pompelor din centrală e de 132 MW, pompele de căldură vor funcţiona în mod normal la circa 30-45 MW putere consumată în timp real, după ce sistemul deja e cald, iar la circa 15-16 MW livraţi de o turbină eoliană în reţea, se reconfirmă aceeaşi ecuaţie a numărului mic de turbine necesare, pentru ca un oraş să se încălzească fără gaz natural, fără cărbune, doar cu electricitate produsă cu zero CO2.

Foto: Oraşul Aalborg, Danemarca, cel care va beneficia de noua centrală pe pompe de căldură