Vědci z Dánska zjistili, že použití velkého tepelného čerpadla vzduch-voda v solárním dálkovém vytápění může výrazně snížit jeho vyrovnané náklady na teplo. Navržená konfigurace systému se simulovala pro stávající teplárnu v Dánsku. A zjistilo se, že zlepšuje flexibilitu systému v reakci na ceny energie.
Vědci z Technické univerzity v Dánsku zkoumali, jak lze velká tepelná čerpadla vzduch-voda kombinovat se systémy dálkového vytápění na FV. A to s cílem snížit vyrovnané náklady na teplo a zlepšit flexibilitu systému. Vysvětlili, že tepelná čerpadla vzduch-voda mají schopnost vyrábět a ukládat teplo v nádržích, když jsou ceny elektřiny nízké. Což umožňuje využití akumulovaného tepla v období vysokých cen elektřiny.
Navrhovaný přístup se simuloval pomocí softwaru TRNSYS ve stávajícím solárním systému dálkového vytápění v dánském městě Ørum. Systém se skládá z pozemní solární tepelné elektrárny, tepelného čerpadla 2,5 MW, plynového kotle a vertikálního válcového zásobníku teplé vody o objemu 1 000 m3.
„V tomto systému hraje použití velkého tepelného čerpadla dominantní roli na kolísajícím trhu s energií díky své flexibilitě ve spolupráci s kotlem,“ vysvětlili vědci. „Voda se střední až nízkou teplotou v nádrži dokáže předehřát chladivo před jeho vstupem do kompresoru. Čímž se zvýší koeficient výkonu (COP) tepelného čerpadla. V důsledku toho se očekává, že tepelné čerpadlo zlepší kompatibilitu zařízení a flexibilitu topného systému.“
Skupina předpokládala, že systém má fungovat v letech 2020 až 2022. A upřesnila, že v prvním roce má fungovat bez tepelného čerpadla, kdy ve druhém a třetím roce jej zahrnoval. Těch 6 355 m2 solární termální elektrárna je schopna pokrýt poptávku po teple v létě. Avšak v zimě jsou pro pokrytí větší poptávky potřeba plynové kotle. Zásobník se může provozovat v různých režimech, aby se oddělila produkce tepla a spotřeba.
Tepelná čerpadla vzduch-voda lze kombinovat se systémy dálkového vytápění na FV
Předpokládá se, že tepelné čerpadlo používá jako chladivo čpavek a spoléhá se na šroubový kompresor a pístový kompresor. Výstupní teplota se indikovala na 67 °C.
„Je začleněn ekonomizér, který zvyšuje teplotu chladiva předtím, než vstoupí do kompresoru,“ zdůraznila skupina. ,,Toto vylepšení vede ke snížení spotřeby elektrické energie, protože kompresor udržuje požadovanou výstupní teplotu efektivněji ve srovnání se systémem tepelného čerpadla bez ekonomizéru.“
Technologicko-ekonomická analýza provedená vědci ukázala, že ekonomizér zvýšil COP tepelného čerpadla z 3,33 na 3,53 při okolní teplotě nižší než 5 °C. Rovněž ukázal, že vyrovnané náklady na teplo systému se zlepšily až o 19 % v roce 2021 a 37 % v roce 2022.
„Výroba tepla tepelného čerpadla klesá, když ceny elektřiny rostou na přijatelnou úroveň,“ vysvětlila skupina. ,,Jakmile spotová cena elektřiny překročí určitou hranici, tepelné čerpadlo se vypne a kotel se stane hlavním pomocným ohřívačem.“
Analýza také ukázala, že roční sezónní COP systému se během 3letého časového rámce simulace zvýšil z 1,22 na 2,62.
„Spojovací efekt tepelného čerpadla a jeho ekonomizéru však jen mírně zvýšil účinnost solárního kolektoru a samotného tepelného čerpadla,“ uvedli akademici. ,,Náhrada vzduchového tepelného čerpadla tepelným čerpadlem voda-voda by mohla snížit teplotu vratné vody SC pole. Což by mělo zvýšit účinnost SC.“
Podrobnosti o systému jsou k dispozici ve studii „Teploekonomická analýza solárního zařízení pro dálkové vytápění s tepelným čerpadlem vzduch-voda“. Ta se publikovala v Renewable Energy.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
