Гиганты для городов: тепловые насосы вытесняют уголь и газ

В представлении большинства тепловые насосы — это компактные системы для отопления частных домов или небольших зданий. Однако на смену им приходят промышленные гиганты, способные обогревать целые городские районы. Эта технология, успешно зарекомендовавшая себя в Европе, становится ключевым инструментом для декарбонизации экономики и отказа от ископаемого топлива.

Датский город Эсбьерг уже сделал шаг в будущее. Здесь работают два промышленных тепловых насоса, которые обеспечивают теплом стотысячное население, используя неисчерпаемый ресурс — температуру воды Ваттового моря. Цель проекта — поэтапный, а в перспективе и полный отказ от угольной электростанции, снабжавшей город теплом ранее. Установки извлекают тепло из морской воды, используя в качестве хладагента экологически чистый CO2. Их общая тепловая мощность достигает 70 МВт.

Система, созданная немецкой компанией MAN, работает в тандеме с котлом на древесной щепе и электрокотлом, что минимизирует затраты и обеспечивает гибкость при колебаниях цен на энергию. Ежегодно эти насосы будут поставлять потребителям около 280 000 МВт⋅ч тепла без выбросов углерода. Хотя на данный момент это мировой рекорд, он продержится недолго: в Кельне MAN уже строит установку вдвое большей мощности.

В Европе сложился консенсус, что именно тепловые насосы играют решающую роль в переходе на «зеленое» теплоснабжение. Как заключают эксперты из группы GEA, «тепловые насосы с электроприводом способны заменить традиционные системы отопления на ископаемом топливе. Благодаря своей выдающейся эффективности они требуют примерно в три раза меньше первичной энергии, чем котел, для выработки того же объема тепла».

Уникальность мега-насосов заключается не только в их масштабе, но и в многофункциональности. Они могут служить в качестве резервных мощностей для покрытия пиковых нагрузок. Способность перейти от минимальной до полной нагрузки менее чем за 30 секунд делает их идеальным инструментом для балансировки энергосистемы, особенно при интеграции нестабильных источников энергии, таких как солнце и ветер.

Датский пилотный проект, по оценке Международного энергетического агентства, «демонстрирует, что крупномасштабные тепловые насосы на морской воде с использованием нетоксичного природного хладагента CO2 технически возможны и экономически целесообразны». Опираясь на этот успех и развитую сеть централизованного теплоснабжения, Дания планирует к 2035 году производить половину всего тепла с помощью электричества.

Германия, где центральное отопление также рассматривается как ключевой элемент декарбонизации, активно перенимает опыт. В стране уже работают несколько крупных тепловых насосов, например, в берлинских районах Нойкёльн и Кройцберг, где они интегрированы в сложную систему с использованием газа, древесных пеллет и биометана. Тепло от них поступает в 55 000 домохозяйств. Сеть постоянно расширяется, охватывая все новые кварталы.

Немецкая промышленность готовится к новым рекордам. В Штутгарте компания EnBW строит установку мощностью 24 МВт, которая будет использовать сбросное тепло от системы охлаждения местной ТЭЦ. А в Мангейме появится крупнейший в Германии речной тепловой насос, который будет черпать тепло из Рейна для обогрева 3500 домов. Все эти проекты, запланированные к запуску к 2026 году, получают поддержку федерального правительства.

Аналитический центр Agora Energiewende утверждает, что технически тепловые насосы могут покрыть всю потребность Германии в тепле с температурой до 200 градусов. В своем отчете эксперты заявляют: «К 2045 году крупномасштабные тепловые насосы могли бы обеспечить 70% поставок централизованного теплоснабжения и, таким образом, заменить очень большую долю используемого ископаемого газа». Для этого, по мнению аналитиков, необходим «триединый подход, состоящий из стратегических целей со стороны властей, технологических инноваций от производителей и ускоренного внедрения поставщиками тепла».

Переход на климатически нейтральное теплоснабжение имеет решающее значение для достижения климатических целей. С появлением гигантских тепловых насосов эта задача перестает быть теоретической и превращается в конкретный инженерный и экономический план, вполне осуществимый для Германии и всего Европейского союза.