Pompy ciepła wielkiej mocy i kotły elektrodowe (power-to-heat) w elektrociepłowni

Po co elektrociepłowni pompa ciepła

Polskie systemy ciepłownicze muszą do 2030 r. spełnić definicję efektywnego systemu (coraz większy udział OZE i ciepła odpadowego), a ceny uprawnień do emisji CO2 obciążają każdą megawatogodzinę z węgla i gazu. Jednocześnie w godzinach nadprodukcji z wiatru i słońca energia elektryczna bywa bardzo tania. Power-to-heat zamienia ją w ciepło sieciowe:

• Pompa ciepła wielkiej mocy (2–20 MWth i więcej) podnosi temperaturę ciepła odpadowego lub środowiskowego do 70–95 °C, zużywając jedną jednostkę energii elektrycznej na 3–5 jednostek ciepła (COP 3–5).
• Kocioł elektrodowy (do kilkudziesięciu MW w jednym urządzeniu) zamienia prąd w ciepło 1:1, ale reaguje w sekundy, więc nadaje się na szczyt, rezerwę i usługi regulacyjne dla operatora sieci.

Oba urządzenia uzupełniają istniejące kotły, nie zastępują ich. Pompa ciepła pracuje w podstawie przez cały rok, kocioł elektrodowy wtedy, gdy prąd jest tani lub potrzebna jest moc regulacyjna.

Skąd pompa ciepła bierze ciepło

Źródło	Temperatura	Gdzie
Woda chłodząca turbiny i skraplacza	20–40 °C	Każda elektrociepłownia parowa
Spaliny kotłów (kondensacja)	50–150 °C	Kotły gazowe i biomasowe, spalarnie
Woda chłodząca turbiny gazowej i sprężarek	40–90 °C	Bloki gazowo-parowe, zakłady z chłodnicami międzystopniowymi
Ścieki oczyszczone	10–20 °C	Oczyszczalnie przy sieciach miejskich
Rzeka, morze, powietrze	0–20 °C	Elektrociepłownie nadbrzeżne
Ciepło procesowe	30–80 °C	Chemia, spożywczy, centra danych

Im wyższa temperatura źródła i im niższa temperatura zasilania sieci, tym wyższy COP. Dlatego przy projekcie pompy ciepła analizuje się jednocześnie obniżenie parametrów sieci ciepłowniczej.

Co obejmuje integracja

1. Studium. Bilans ciepła i prądu, profil cen energii, dobór mocy pompy i kotła elektrodowego, COP w cyklu rocznym, efekt CO2 i ekonomika.
2. Dobór urządzeń. PSS współpracuje z uznanymi producentami pomp ciepła i kotłów elektrodowych, a sam odpowiada za integrację.
3. Instalacje po stronie źródła. Pompy wody chłodzącej, filtry (np. Taprogge), rurociągi, wymienniki, przyłącza do istniejących obiegów.
4. Instalacje po stronie sieci. Pompy sieciowe, rurociągi, filtry, armatura, włączenie w kolektory zasilania i powrotu.
5. Elektryka i automatyka. Zasilanie SN, rozdzielnie, włączenie w DCS elektrociepłowni, logika pracy z istniejącymi kotłami.
6. Montaż, rozruch, ruch próbny z pomiarami gwarancyjnymi COP i mocy.

Nasza odpowiedź: Power Service Solutions

Power Service Solutions realizuje projekty power-to-heat pod klucz, w tym najtrudniejszą część: trasowanie rurociągów i integrację w zabudowanym zakładzie, koordynację interfejsów z istniejącymi układami i zarządzanie projektem.

Obiekt	Zakres	Parametry
EnBW Stuttgart-Münster	Integracja pompy ciepła 20 MWth w ramach odejścia od węgla: dostawa, montaż, rozruch; pompy wody chłodzącej, system Taprogge, układ sieci ciepłowniczej, elektryka i automatyka, instalacje budynkowe; 2025	20 MWth
EVH Halle-Trotha	Dwie pompy ciepła odzyskujące ciepło z wody chłodzącej turbiny gazowej do sieci ciepłowniczej, demontaż rurociągów pary z HRSG; 12 miesięcy od projektu do ruchu próbnego	1,8 MWth, COP 4,6, 50 % elastyczności, czynnik przyjazny środowisku

Co przygotować do zapytania

• schemat cieplny elektrociepłowni, dostępne źródła ciepła odpadowego (temperatury, ilości),
• parametry sieci ciepłowniczej (zasilanie/powrót latem i zimą) i uporządkowany wykres obciążeń,
• dostępna moc przyłączeniowa i taryfa, plany udziału w rynku mocy lub usługach regulacyjnych,
• miejsce w istniejących budynkach,
• cele: udział OZE/ciepła odpadowego, redukcja CO2, elastyczność.

FAQ

Jaką temperaturę zasilania może dać przemysłowa pompa ciepła? Z typowych źródeł 70–95 °C, z nowszymi czynnikami i układami kaskadowymi do 120–150 °C. Przy sieciach pracujących na 130 °C zimą pompa pokrywa podstawę, a szczyt dokładają istniejące kotły.

Pompa ciepła czy kocioł elektrodowy? Pompa ciepła daje 3–5 razy więcej ciepła z tej samej energii, ale kosztuje więcej i reaguje wolniej. Kocioł elektrodowy jest tani w zakupie i natychmiastowy, ale zużywa 1 kWh prądu na 1 kWh ciepła. Zwykle buduje się oba: pompę na podstawę, kocioł na szczyt i usługi regulacyjne.

Ile miejsca zajmuje pompa ciepła 20 MW? Agregaty, wymienniki i pompy mieszczą się zwykle w hali kilkuset metrów kwadratowych; więcej miejsca zajmują rurociągi łączące ze źródłem i siecią, co trzeba sprawdzić na planie zakładu.

Czy można to zrobić w ruchu elektrociepłowni? Tak, nowe urządzenia montuje się obok pracujących, a włączenie w sieć wykonuje w krótkim, planowanym postoju letnim.

Czy PSS dostarcza samą pompę ciepła? PSS dobiera i dostarcza agregat od producenta pomp ciepła w ramach projektu pod klucz; jego wartością jest integracja, która w istniejącej elektrociepłowni stanowi większą część kosztów i ryzyka niż sam agregat.