Ερευνητές δοκίμασαν αντλίες θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών στους 160 βαθμούς Κελσίου και απέδειξαν ότι η τεχνολογία αυτή μπορεί να παράγει βιομηχανικό ατμό και ζεστό νερό, μειώνοντας παράλληλα την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα.
Μια νέα δοκιμή
Η μελέτη διεξήχθη από επιστήμονες του Ινστιτούτου Fraunhofer για τα Συστήματα Ηλιακής Ενέργειας ISE (Fraunhofer ISE) στη Γερμανία. Η ομάδα ανέπτυξε μια νέα εργαστηριακή διάταξη δοκιμών για την αξιολόγηση αντλιών θερμότητας που έχουν τη δυνατότητα παροχής ατμού για βιομηχανικές διεργασίες και ζεστού νερού υπό πίεση σε υψηλές θερμοκρασίες.
Το έργο αποσκοπεί στην αντιμετώπιση της βιομηχανικής απανθρακοποίησης, μιας σημαντικής πρόκλησης για τα εργοστάσια που εξακολουθούν να βασίζονται στα ορυκτά καύσιμα για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας. Η Δρ. Ursula Wittstadt, ανώτερη μηχανικός και υπεύθυνη του έργου FernWP στο ινστιτούτο, επεσήμανε ότι οι αντλίες θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια εναλλακτική λύση.
Στη συνέχεια, τόνισε τις δυνατότητες της τεχνολογίας. «Με τη διάταξη δοκιμών που διαθέτουμε, μπορούμε να μετρήσουμε αυτές τις αλληλεπιδράσεις και, κατ' αυτόν τον τρόπο, να δημιουργήσουμε τη βάση για την περαιτέρω ανάπτυξη εξαρτημάτων και ολοκληρωμένων συστημάτων», εξήγησε η Wittstadt.
Μείωση της χρήσης ορυκτών καυσίμων
Η νέα διάταξη δοκιμών σχεδιάστηκε στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος FernWP. Το πρόγραμμα εξετάζει πώς οι αντλίες θερμότητας θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τον άνθρακα στη θέρμανση δικτύων (τηλεθέρμανση) και στη βιομηχανική θέρμανση. Οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν την εγκατάσταση για να μετρήσουν την απόδοση των αντλιών θερμότητας σε θερμοκρασίες που φτάνουν τους 160 βαθμούς Κελσίου.
Μπορούν επίσης να εξετάσουν την απόκριση των συστημάτων σε μεταβολές των πηγών θερμότητας και των φορτίων, καθώς και σε διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας. «Για τις βιομηχανικές εφαρμογές, η μέγιστη επιτεύξιμη θερμοκρασία από μόνη της δεν αποτελεί τον καθοριστικό παράγοντα», διευκρίνισε η Wittstadt. Περισσότερα για την Ενέργεια
Σύμφωνα με τον Wittstadt, μια αντλία θερμότητας υψηλών θερμοκρασιών πρέπει να παράγει αξιόπιστα και αποδοτικά ατμό διεργασίας ή θερμό νερό υπό πίεση, ακόμη και όταν μεταβάλλονται οι συνθήκες λειτουργίας. Στο πλαίσιο του έργου, η ομάδα δοκίμασε αντλίες θερμότητας που χρησιμοποιούν βουτάνιο ως ψυκτικό μέσο. Δεδομένου ότι το βουτάνιο είναι εύφλεκτο, μελέτησαν επίσης τις απαιτήσεις ασφάλειας και εγκατάστασης.
Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τη διάταξη δοκιμών θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους κατασκευαστές να σχεδιάσουν αντλίες θερμότητας και εναλλάκτες θερμότητας για υψηλές θερμοκρασίες, μεγάλα φορτία και μεταβαλλόμενες συνθήκες. Παράλληλα, το Fraunhofer ISE σχεδιάζει να αναπτύξει περαιτέρω τις εγκαταστάσεις δοκιμών ασφαλείας, ώστε να καθορίσει πρότυπα ασφαλείας για τα ψυκτικά μέσα που χρησιμοποιούνται σε αντλίες θερμότητας μεγάλης κλίμακας και υψηλών θερμοκρασιών.
Αντλίες θερμότητας υπό δοκιμή
Παράλληλα με τις εργαστηριακές δοκιμές, το Fraunhofer ISE παρακολουθεί τη λειτουργία πέντε μεγάλων αντλιών θερμότητας σε δίκτυα τηλεθέρμανσης από το 2023. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι αντλίες μπορούν να λειτουργούν αξιόπιστα και να επιτυγχάνουν την επιδιωκόμενη απόδοση, εφόσον τα εξαρτήματα, τα συστήματα ελέγχου, η υδραυλική ενσωμάτωση Ο Axel Oliva, υπεύθυνος του έργου Reallabor GroßWP στο ινστιτούτο Fraunhofer ISE, αποκάλυψε ότι η παρακολούθηση των συστημάτων έδειξε πως οι αντλίες θερμότητας μεγάλης κλίμακας αποδίδουν καλά σε πραγματικές συνθήκες και μπορούν να επιτύχουν την προβλεπόμενη απόδοσή τους. Ωστόσο, η απόδοση αυτή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις περιβαλλοντικές συνθήκες.
Ανέφερε ότι τα συστήματα που αντλούν θερμότητα από τρεχούμενο νερό παρήγαγαν λιγότερη θερμότητα όταν η θερμοκρασία του νερού μειωνόταν ή κατά τη λειτουργία με μερικό φορτίο. Η απόδοση μειωνόταν όταν η θερμοκρασία της πηγής έπεφτε κάτω από τους 6 βαθμούς Κελσίου περίπου (43 βαθμούς Φαρενάιτ).
«Διαπιστώσαμε επίσης ότι η λειτουργία τους εντός ενός ολοκληρωμένου συστήματος σταθμού ηλεκτροπαραγωγής απαιτεί καλή γνώση του υφιστάμενου εξοπλισμού της μονάδας, του δικτύου τηλεθέρμανσης και των εγκαταστάσεων των καταναλωτών», τόνισε σε δελτίο τύπου.
Σύμφωνα με την ομάδα, οι διαχειριστές θέτουν πλέον όλο και συχνότερα σε λειτουργία τις αντλίες θερμότητας με βάση τις ημερήσιες ανάγκες θέρμανσης και τις τιμές της ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι τα συστήματα αυτά πρέπει να τίθενται σε λειτουργία και να σταματούν συχνότερα, διατηρώντας παράλληλα την αξιοπιστία τους. Η ομάδα θα αξιοποιήσει τώρα τα δεδομένα για να δημιουργήσει μοντέλα σχετικά με τον τρόπο αλληλεπίδρασης των μεγάλων αντλιών θερμότητας με τα συστήματα ηλεκτροδότησης και θέρμανσης. Αυτό θα μπορούσε να υποδείξει τρόπους για την αποδοτικότερη λειτουργία των αντλιών θερμότητας και τη μειωμένη χρήση ορυκτών καυσίμων.
www.worldenergynews.gr
