Ця зима обіцяє бути найскладнішою за часи незалежності України. Через нещодавні удари Росії по стратегічних об’єктах енергетичної інфраструктури, ми вже є свідками віялових відключень світла. Влада попереджає, що розслаблятись на варто – атаки будуть продовжуватись і можуть впливати не лише на електрикопостачання, а й на теплопостачання. Чиновники також говорять, що опалювальний сезон розпочнеться пізніше і закінчиться раніше, ніж зазвичай, а температура в приміщеннях буде приблизно на 4 градуси нижчою за норму.
Доки українці активно готуються до настання холодів, більшість із рекомендацій щодо підготовки в інформаційному просторі стосуються короткострокового періоду. Однак система вже показала свою вразливість, тож потрібно одночасно думати про альтернативні й більш надійні способи отримувати тепло й у довгостроковій перспективі.
Один із способів отримання тепла – за допомогою теплових насосів. В Україні є приклади встановлення цих насосів на великих будівлях. Проте така технологія не дуже поширена, хоча могла б допомогти нам вирішити чимало енергетичних проблем.
Як вони працюють та скільки коштують — розберемося на прикладах із Данії.
Теплові насоси і Данія
У 1990-х роках у Данії більшість теплової енергії в системі централізованого опалення (ЦО) утворювалася через сміттєспалювання. А технологія теплових насосів (ТН) в країні стала справді популярною у 2019 році через зниження оподаткування електроенергії.
Зараз у данській системі центрального опалення працює 120 ТН, з них 66 – генерують тепло з повітря і забезпечують більше половини всього тепла у центральній системі Данії.
Звісно, використовуються й інші джерела тепла для ТН, а саме:
- Ґрунтові води
- Геотермальне тепло
- Стічні води
- Промислове відпрацьоване тепло
- Спільне виробництво тепла та охолодження
- Димовий газ
- Повітря
- Морська вода
Рис. 1
На фото нижче насос у системі централізованого опалення Копенгагена, потужністю 5 МВт. Його джерелом тепла є морська вода.
Рис. 2
Принцип роботи теплових насосів – від простого до складного
Отже, трохи теорії. Основні компоненти насоса — це випарник, компресор, конденсатор та розширювальний клапан. Всередині насоса знаходиться холодоагент — спеціальна речовина, яка забирає тепло від джерела (повітря, води тощо). Далі він стискається у компресорі, внаслідок чого його температура зростає, і передає отримане тепло у мережу. Завдяки своїм властивостям холодоагент може отримувати тепло з джерела будь-якої температури, вищої за 0℃ — навіть із морської води з температурою у 4℃, як на прикладі вище, вже може слугувати джерелом тепла.
Щоб оцінити, наскільки ефективно працює тепловий насос, використовується коефіцієнт ефективності (КЕ). Це співвідношення отриманого тепла до витраченої на його виробництво електроенергії. Наприклад, якщо ми отримаємо 3 МВт-год енергії, і затратили на його виготовлення 1 МВт-год енергії, то КЕ складає 3.
Рис. 3
Які бувають види компресорів та випарників, що є складовими теплового насоса, можете побачити на рисунку 4.
Рис. 4
Економічні аспекти теплових насосів
Основні фактори, що впливають на економічність теплового насоса – це інвестиційні витрати; параметри кредиту (процентна ставка, строк тощо); витрати на експлуатацію та обслуговування.
Основна складова інвестиційних витрат — це вартість власне насосу. Водночас вартість ТН в Данії залежить від джерела тепла:
- На ґрунтових водах — 1–1,4 млн євро / МВт теплової потужності (дорожчі, бо встановлення такого насосу вимагає глибшого дослідження його впливу на довкілля).
- На воді чи повітрі — 0,8–1,2 млн євро / МВт теплової потужності.
- Скидне тепло — 0,6–1,1 млн євро / МВт теплової потужності.
- На морській воді — 0,5–1,2 млн євро / МВт теплової потужності (дешевші, бо в Данії вимагають меншої кількості дозволів, щоб здійснити встановлення).
- Абсорбційні насоси — 0,6–0,8 млн євро / МВт теплової потужності (мають нижчий КЕ).
Інвестиційні витрати також включають ціну плати за підключення до електромереж, технологічної будівлі, купівлі землі та теплоакумулятора. В Данії вартість підключення до електромережі залежить від типу підключення та компанії електропостачальника. Ціна технологічної будівлі – від ціни робочої сили, будівельних матеріалів, якості будівлі, планування.
Що стосується вартості купівлі землі в цій країні, то вона незначна у сукупній вартості. Однак залежить від регіону придбання та типу землі.
Ціна теплоакумулятора – накопичувального резервуара, що збільшує гнучкість теплового насоса та зменшує залежність від коливання цін на ринку електроенергії – складає 130-180 тисяч євро на 1000 м³. Менші за обсягом теплоакумулятори в Данії є значно дорожчими.
Рис. 5. Структура інвестиційних витрат на встановлення теплового насосу потужністю 25 МВт типу «повітря-вода» (без урахування форс-мажорів): 75% — вартість теплового насосу, 12% — спорудження технічної будівлі, 7% — підключення до електромережі, 5% — тепловий акумулятор, 1% — інше.
Витрати на виробництво тепла
В Данії вони прямо залежать від цін на електроенергію і дуже відрізняються. Середні витрати на експлуатацію становлять 15–35 євро на 1 МВт виготовленого тепла, а капітальні витрати – 10–15 євро.
Загальні витрати на виробництво тепла відрізняються через різні типи теплових насосів і значною мірою залежать від цін на енергію. Проте загалом ціни знаходяться в діапазоні 25-50 євро / 1 МВт-год виробленого тепла.
Строк окупності проєктів з тепловими насосами в Данії дуже залежить від витрат на виробництво тепла. Розрахунки на основі данських прикладів свідчать про строк окупності – менш ніж 10 років. Водночас термін експлуатації більшості ТН для централізованого опалення становить 20 років.
Витрати на експлуатацію
Крім витрат на виробництво тепла та інвестиційних, є ще витрати на експлуатацію. Сюди входить ціна на електроенергію, вартість за транспортування мережею, податки, витрати на обслуговування (приблизно 2–3 євро на МВт-год виробленого тепла).
Приклади теплових насосів у Данії на повітрі та воді
Що стосується України, то тут сказати важко. Адже практики використання потужних теплових насосів для центрального опалення у нас немає. Однак вже стали популярними менші теплові насоси в окремих приватних будинках, оскільки це не лише екологічніша, але й економічно вигідніша альтерантива для опалення.
Ще рік тому думати про освоєння нових технологій для отримання тепла було скоріше забаганкою, ніж необхідністю. Але через збройну агресію росії українці вже сьогодні залишаються без енергії. Теплові насоси важливі тим, що здатні підвищити енергонезалежність українців, бо вони “беруть” енергію для обігріву приміщень чи підігріву води з навколишнього середовища.
За допомогу у підготовці матеріалу дякуємо Дмитрові Сакалюку та усій команді ГО «Екоклуб».
Цей матеріал був створений в рамках проєкту «Green Agents» за фінансової підтримки Фонду нової демократії Данії та співфінансування Європейського Союзу.
