Тепловые насосы против возобновляемых источников энергии

Исследователи изучили, может ли Германия заменить больше газа тепловыми насосами, работающими на возобновляемых источниках энергии, или возобновляемой электроэнергией, чтобы сократить часы нагрузки на газовых электростанциях. Они утверждают, что тепловые насосы — это самый быстрый способ сократить потребление газа в Германии.

Тепловые насосы против возобновляемых источников энергии

Международная группа ученых выдвинула гипотезу о том, что тепловые насосы, работающие на возобновляемых источниках энергии, потенциально могут стать одним из самых быстрых способов сокращения импорта Германией российского газа. Чтобы проверить гипотезу, они исследовали, можно ли заменить больше газа, заменив газовые котлы тепловыми насосами, работающими на возобновляемых источниках энергии. Они также рассмотрели возможность использования возобновляемой электроэнергии для сокращения часов нагрузки существующих газовых электростанций.

Исследование основано на сравнении коэффициента полезного действия (КПД) тепловых насосов с эффективностью газовых электростанций. COP определяется как количество тепла, перемещаемого тепловым насосом, деленное на электрическую мощность, необходимую для его работы. Ученые использовали эффективность газовых турбин с комбинированным циклом (ПГУ) в качестве эталона, поскольку они обеспечивают большую часть электроэнергии на основе газа в Германии.

тепловые насосы vs возобновляемые источники энергии
Использование новых мощностей возобновляемых источников энергии для питания тепловых насосов или сокращение часов нагрузки газовых электростанций. Изображение: Nature communications earth & environment, Creative Commons License CC BY 4.0

«Их среднегодовая эффективность в 2020 году представляет собой соотношение между их выработкой электроэнергии, которая составила 95,0 ТВт-ч, и потребленным газом, который составил 171,4 ТВт-ч, что составляет 55%», — сказали они. «Чтобы учесть потери в сети, мы снижаем это значение до 50%».

Они приняли COP 2 для промышленных тепловых насосов, используемых в химической, бумажной и перерабатывающей промышленности. Для обогрева жилых помещений они взяли COP за «обычно продаваемый» тепловой насос типа «воздух-вода»: GMLW 14 PLUS от немецкого производителя отопительного оборудования Ochsner. Его COP варьируется от 3,4 до 5,3 для нагрева воды до 35 C. Для нагрева воды до 50 C и 60 C COP составляет 3,1 и 2,8 соответственно, согласно техническому описанию продукта. Ученые предположили, что средний COP для теплой воды составляет 2,5.

Они смоделировали электроэнергетическую систему Германии, используя данные о почасовой выработке всех участвующих электростанций, ветряных электростанций, децентрализованных фотоэлектрических станций и аккумулирующих мощностей в 2020 году — базисном году. Чтобы смоделировать производство электроэнергии в ближайшем будущем, они добавили фотоэлектрические установки, а также наземные и морские ветряные электростанции, по данным заводов Федерального министерства экономики и защиты климата Германии. Они предполагали, что Германия предпримет достаточное расширение сети, чтобы справиться с этими дополнительными мощностями.

Модель включает четыре сценария: сценарий «обычной дорожной карты установщика», «ускоренный» сценарий, а также «быстрый» и «очень быстрый» сценарии. Результаты показывают, что в период с 2022 по 2024 год новые солнечные и ветряные мощности в основном сокращают время работы газовых электростанций.

«Наше моделирование с почасовым разрешением показывает, что это связано с тем, что в эти первые годы много часов, когда светит солнце и/или дует ветер, но установлено недостаточное количество ветряных электростанций и фотоэлектрических мощностей, чтобы полностью покрыть потребности сети», — сказал он. исследователи.

Однако в «быстром» и «очень быстром» сценариях тепловые насосы потребляют большую часть недавно добавленной возобновляемой энергии с 2024 по 2030 год. По мнению ученых, они представляют собой самый быстрый способ сократить импорт газа в Германии.

«Очень быстрый» сценарий показывает экономию газа около 30% к 2025 году. Это эквивалентно 290 ТВтч или 28 млрд кубометров, учитывая, что Германия импортировала 971 ТВтч газа в 2020 году.

«Учитывая, что в 2020 году около 50% газа было импортировано из РФ, по очень быстрому сценарию можно сэкономить около 60% этого газа к 2025 году», — рассуждали они.

Сценарии «быстрый», «ускоренный» и «дорожная карта установщиков» обеспечивают общую экономию газа примерно на 22%, 18% и 15% к 2025 году соответственно.

«Сценарии, разработанные здесь для Германии, должны быть скорректированы с учетом специфики других стран, но предлагать четкие, осязаемые пути снижения волатильности цен и рисков поставок ископаемого газа», — заключили ученые.

Они поделились своими выводами в статье «Замена газовых котлов тепловыми насосами — самый быстрый способ сократить потребление газа в Германии», недавно опубликованной в журнале Nature Communications Earth & Environment.

Источник

Прочитано 220 раз(а)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *