Dekarbonizacja przemysłu, instalacja kolejnych pomp ciepła
21 września 2022
Ciepło to ciepło, niezależnie od tego, czy wynosi -40, czy +140 stopni Celsjusza. Marnowanie tego ciepła nie tylko prowadzi do strat finansowych, ale zwiększa też ślad węglowy pozostawiany przez wiele procesów przemysłowych, zwłaszcza jeśli wymagają one ogrzewania i chłodzenia. Wydajne energetycznie pompy ciepła szybko stają się technologią pierwszego wyboru pozwalającą zapewnić neutralną węglowo przyszłość. Technologia ta pomaga branży i miastom spełniać jeszcze surowsze wymogi środowiskowe, realizować cele zrównoważenia i ograniczać koszty robocze.
Zmiany klimatyczne są coraz poważniejszym problemem na całym świecie. Podkreślono to bardzo wyraźnie w 2015 roku podczas historycznego szczytu klimatycznego, czego efektem było podpisanie Porozumienia paryskiego: międzynarodowej umowy o ograniczeniu emisji gazów cieplarnianych oraz zmniejszeniu globalnego wzrostu temperatury do wartości na poziomie 1,5°C. Unia Europejska wprowadza właśnie Europejski Zielony Ład oraz pozycjonuje się w roli światowego lidera w obszarze walki ze zmianami klimatycznymi, ale co ważniejsze ustanawia przy tym jasno zdefiniowane cele. Jednym z celów jest ograniczenie emisji o połowę do 2030 roku oraz zostanie strefą o zerowej emisji dwutlenku węgla do 2050 roku.
Wyzwanie nie jest małe, biorąc pod uwagę, że według wytycznych Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) wytwarzane ciepło odpowiada za ponad połowę łącznej konsumpcji energetycznej na całym świecie, a w głównej mierze jest ono generowane z paliw kopalnych. Dlatego proces dekarbonizacji ciepła należy szybko przyspieszyć, jeśli te ambitne cele mają zostać zrealizowane. UE stopniowo wycofuje fluorowane gazy, zazwyczaj używane jako czynniki chłodnicze, zgodnie z europejskim rozporządzeniem w sprawie F-gazów, które opracowano na rzecz redukcji emisji gazów cieplarnianych.
Połączenie działań legislacyjnych, udoskonaleń technologicznych oraz chęci ograniczenia skali oddziaływania środowiskowego stwarza wspaniały bodziec dla producentów, którzy pragną połączyć strategię biznesową z dekarbonizacyjną. Producenci żywności, którzy wcześnie zaczęli dbać o zmniejszenie emisji, już teraz uzyskują znaczące korzyści finansowe i środowiskowe dzięki włączeniu pomp ciepła w produkcję, dzieje się tak zwłaszcza w fabrykach, które wymagają stosowania ciepła na etapie przygotowań i później na potrzeby chłodzenia.
Ukryty mistrz branży: Pompa ciepła
Pompy ciepła, znajdujące zastosowanie w segmentach B2B oraz B2C, przebyły długą drogę od czasu, kiedy użyto ich po raz pierwszy w historii do suszenia soli z austriackich moczarów w latach pięćdziesiątych XIX. wieku. Pompy ciepła, już dobrze znane z zastosowań w sieciach ciepłowniczych i sektorze mieszkaniowym, szybko stają się technologią wybieraną przez producentów starających się sprostać coraz surowszym przepisom środowiskowym, zmniejszyć emisję CO2, a także koszty operacyjne.
Pompy ciepła przekształcają energię odnawialną lub odzyskiwaną z budynków i procesów w źródło ciepła. Przykłady to: Układy chłodzące realizują swoje zadanie, emitując ciepło ze skraplaczy, które jest po prostu uwalniane do środowiska. Pompa ciepła przechwytuje ten cenny zasób, a następnie podnosi jego temperaturę, aby wytworzyć ciepło w innych celach produkcyjnych.
Kiedy pompa ciepła jest połączona z agregatem chłodniczym możliwe jest chłodzenie i ogrzewanie, co zamienia jednorazowe użycie w cykl ciągły i obniża koszty energii o 30% lub więcej. To znacząca oszczędność, jeśli weźmie się pod uwagę, że w branżach produkcji żywności, nabiału czy napojów i alkoholi 60% zużycia energii przypisuje się ogrzewaniu i chłodzeniu.
Instalacja pomp ciepła GEA, zakład produkcji czekolady w firmie Mars, Veghel, Holandia. Dopasowane rozwiązanie jest oparte na sprężarkach tłokowych GEA, co pozwala pozyskać i podnieść nieużywane w innym celu ciepło o niskiej temperaturze, a następnie ponownie je wykorzystać do podgrzania wody. (Źródło zdjęcia: RCC K&L)
Ograniczanie emisji CO2 oraz czynnika chłodniczego
Wraz z eliminacją gazów fluorowanych coraz popularniejsze stają się naturalne czynniki chłodnicze, zwłaszcza amoniak: czynnik chłodniczy przyjazny dla środowiska, który jest łatwo dostępny, niedrogi i nie powoduje globalnego ocieplenia ani redukcji warstwy ozonowej.
Amoniak jest powszechnie wykorzystywany w instalacjach przetwórstwa żywności, w branży napojów i alkoholi, przemyśle mleczarskim, a także w browarach i chłodniach. Udoskonalona technologia sprężania sprawia, że amoniakalne pompy ciepła pozwalają generować wyższe temperatury. Dzięki temu są częściej wykorzystane w branży żywności, napojów i przemyśle mleczarskim, gdzie ciepło opadowe może zostać ponownie użyte i podniesione na potrzeby mycia, czyszczenia i suszenia produktów, ogrzewania wody do celów czyszczenia i przetwarzania oraz pasteryzacji.
Tradycyjnie w tych branżach produkty gotuje się lub pasteryzuje z użyciem bojlerów, a następnie poddaje się schłodzeniu w celu ponownego obniżenia temperatury, co wiąże się z ogromną utratą energii, gdyż ciepło powstałe w wyniku procesu chłodzenia ma zbyt niską temperaturę, aby ponownie je wykorzystać. Pompa ciepła pozwala jednak podnieść temperaturę ciepła opadowego do 90°C, a następnie ponownie wprowadzić je do obiegu. Pozwala to zrezygnować z bojlerów na paliwa kopalne, ponieważ ciepło można przywrócić lub wykorzystać ponownie, a emisje CO2 znacznie zmniejszyć — o co najmniej 50%, w wielu przypadkach również o wyższy współczynnik. Ponadto emisje CO2 można zmniejszyć do zera w przypadku korzystania z zielonej energii.
Dostosowane rozwiązania to przysłowiowy wielki krok dla branży produkcji żywności.
„Przemysłowe pompy ciepła GEA są dostępne w wersjach od 300 kW do 10 000 kW, co oznacza, że sprawdzają się w szeregu obszarów, od systemów gorącej wody myjącej po miejskie sieci ciepłownicze” — wyjaśnia Kenneth Hoffmann, kierownik produktowy ds. pomp ciepła w dziale chłodnictwa GEA Refrigeration Technologies. „A jednak każde zastosowanie jest inne i wymaga indywidualnego podejścia. Mamy tę przewagę, że łączymy bogatą wiedzę na temat procesu z doświadczeniem w oferowaniu zintegrowanych rozwiązań cieplnych i chłodniczych. Wszystko projektujemy w taki sposób, że źródło ciepła pozostaje na stabilnym i stale dostępnym poziomie, co pozwala zoptymalizować wykorzystanie ciepła opadowego”.
Tradycyjne instalacje z bojlerami gazowymi są zazwyczaj projektowane z myślą o znacznie wyższej temperaturze nośnika ciepła niż ta rzeczywiście wymagana w procesie; prowadzi to do nieprecyzyjnego obliczania obciążenia cieplnego, a w efekcie do niepotrzebnej utraty energii. Integracja systemu pomp ciepła wymaga pełnej analizy żądanego zakresu temperatur oraz ustalenia właściwych parametrów procesu, a im precyzyjniejszy jest projekt wstępny, tym więcej energii można zaoszczędzić — dlatego liczy się każdy stopień. Zamiast używać małych rur o znaczącej różnicy temperatur, aby ograniczyć koszty początkowe, warto zainwestować w pompy ciepła, które przełożą się na regularne oszczędności uzyskiwane każdego dnia.
„Każde zastosowanie jest inne i wymaga spersonalizowanego podejścia. Mamy tę przewagę, że łączymy bogatą wiedzę na temat procesu oraz doświadczenie pod względem zintegrowanych rozwiązań cieplnych i chłodniczych”. — Kenneth Hoffmann, kierownik produktowy ds. pomp ciepła w dziale chłodnictwa GEA Refrigeration Technologies
— Kenneth Hoffmann, kierownik produktowy ds. pomp ciepła w dziale chłodnictwa GEA Refrigeration Technologies
„Doskonale rozumiemy się z naszymi klientami, czasami utrzymujemy z nimi aktywne relacje przez wiele dekad. Wiele z tych kontaktów nawiązaliśmy po dostarczeniu instalacji chłodniczych i to właśnie w tym obszarze należy szukać naszych korzeni i źródeł specjalizacji” – mówi Maarten Gelens, specjalista ds. chłodnictwa w dziale chłodnictwa GEA Refrigeration Technologies w Holandii. Robert Unsworth, dyrektor sprzedaży technicznej w dziale chłodnictwa GEA Refrigeration Technologies w Wielkiej Brytanii, dodaje: „Kiedy współpracujemy z naszymi klientami, dokładamy starań, aby osiągnęli cele zrównoważonej produkcji, a to wiąże się ze zmniejszaniem zużycia energii oraz ograniczeniem emisji CO2. Wprowadzenie technologii pomp ciepła do segmentu żywności, mleczarstwa oraz napojów i alkoholi będzie największą rewolucją, jakiej kiedykolwiek doświadczył segment produkcji żywności oraz chłodnictwa”.
Rozwój biznesu oraz zrównoważenia: awers i rewers tej samej monety
Według prognoz Międzynarodowej Agencji Energetycznej IEA do osiągnięcia celów zrównoważenia przed 2030 rokiem udział technologii czystej energii, na przykład pomp ciepła czy ogrzewania energią słoneczną, musi się potroić i objąć ponad jedną czwartą sprzedawanych nowych urządzeń grzewczych. Technologia pomp ciepła zapewnia oszczędności energetyczne oraz kosztowe bez względu na branżę, w których jest stosowana oraz zakres, w jakim jest używana. Pozwala realizować proste zadania, takie jak ogrzewanie i chłodzenie małych domów podmiejskich, ale także odgrywa podstawową rolę w strategiach superinteligentnej i zerowej emisji w sieciach ciepłowniczych i dużych zakładach produkcyjnych. Ponadto GEA pomaga producentom postrzegać ich instalacje w sposób całościowy, analizować każdy proces w celu identyfikowania szans, podnoszenia wydajności i uzyskiwania oszczędności kosztowych. To podejście lub oferta, którą nazywamy Holistycznymi rozwiązaniami inżynieryjnymi GEA (NEXUS) często obejmuje integrację pompy ciepła w celu wychwytywania i ponownego wykorzystania ciepła odpadowego, które można znaleźć pod dostatkiem w wielu środowiskach produkcyjnych.
Wprowadzenie technologii pomp ciepła do segmentu żywności, mleczarstwa oraz napojów i alkoholi będzie największą rewolucją, jakiej kiedykolwiek doświadczył segment produkcji żywności oraz chłodnictwa”. — Robert Unsworth, dyrektor sprzedaży technicznej w dziale chłodnictwa GEA Refrigeration Technologies w Wielkiej Brytanii
— Robert Unsworth, dyrektor sprzedaży technicznej w dziale chłodnictwa GEA Refrigeration Technologies w Wielkiej Brytanii
