Rzeka jako dolne źródło? Pompa ciepła na Renie już działa!

Rzeka jako dolne źródło ciepła? Rzeczna pompa ciepła na Renie już działa. Czy Ren jest dzięki temu wyjątkową rzeką? Czy rzeki podobne i inne do Renu mogą wspomagać sieci ciepłownicze?

Współcześnie, kwestie związane z zastosowaniem pomp ciepła stanowią przedmiot intensywnych dyskusji w Polsce. Narastające zainteresowanie tym zagadnieniem wynika przede wszystkim z dofinansowań wspierających inwestycje w tę technologię. Niemniej jednak istotnym aspektem jest dążenie do osiągnięcia samowystarczalności energetycznej w skali indywidualnych gospodarstw domowych, które może być efektem implementacji paneli fotowoltaicznych i pomp ciepła. Zastanawia nas jednak, czy tego typu rozwiązania mogą być rozciągnięte na obszary większe niż pojedyncze gospodarstwa domowe. Czy pompa ciepła jest w stanie zaspokoić zapotrzebowanie na energię cieplną dla całego miasta?

Zdjęcie autora: Grzała

Grzała

Koło Naukowe Odnawialnych Źródeł Energii
Rzeka jako dolne źródło ciepła? Rzeczna pompa ciepła na Renie już działa. Czy Ren jest dzięki temu wyjątkową rzeką? Czy rzeki podobne i inne do Renu mogą wspomagać sieci ciepłownicze?

Podziel się

W ramach dążeń do osiągnięcia neutralności klimatycznej do roku 2040, miasto Mannheim w Niemczech eksploruje zastosowanie specyficznej technologii - rzecznej pompy ciepła. Wprowadzenie tego innowacyjnego rozwiązania przez przedsiębiorstwo energetyczne MVV Energie AG we współpracy z Siemens Energy miało miejsce w październiku 2023 roku, stanowiąc jedną z największych instalacji tego rodzaju w Europie. W zakładzie w Mannheim pompa ciepła wykorzystuje 7 MW energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych do produkcji 20 MW energii cieplnej. 

Wielkie otwarcie rzecznej pompy ciepła.
Źródło: MVV.

Jak działa rzeczna pompa ciepła?

Do wytwarzania energii cieplnej wykorzystuje się wodę z rzeki Ren, której temperatura waha się między 5°C a 25°C w zależności od pory roku. Pompa ciepła pracuje na bazie wody rzecznej, która jest pobierana poprzez konstrukcję wlotową i przekazywana do systemu pod ziemią. Energia cieplna pobierana z Renu jest używana do podgrzewania wody z sieci ciepłowniczej, zwiększając jej temperaturę z 60°C do 99°C za pośrednictwem wymiennika ciepła. Ta podgrzana woda jest wprowadzana z powrotem do sieci ciepłowniczej lub przechowywana tymczasowo w systemie magazynowania energii cieplnej o pojemności 1 500 MW. Schłodzona woda rzeczna, obniżona o 2-5°C za sprawą oddania ciepła do wymiennika, wraca do rzeki. 

Rzeczna pompa ciepła - rozwiązanie dla sieci ciepłowniczych w miastach?

Rzeczna pompa ciepła w Mannheim ma dostarczać ciepło do 3 500 gospodarstw domowych, co pozwoli zaoszczędzić około 10 000 ton emisji dwutlenku węgla rocznie. Firma energetyczna MVV spodziewa się, że nowa technologia doprowadzi do redukcji emisji CO2 nawet o 21 000 ton każdego roku w perspektywie długoterminowej.

Potencjał techniczny dla większej liczby rzecznych pomp ciepła w tym regionie jest uważany za ogromny. Ostrożne szacunki sugerują, że potencjał rzek Ren i Neckar w samym Mannheim wynosi co najmniej 500 MW, co wystarczyłoby do zaopatrzenia w ciepło około
50 000 gospodarstw domowych. Tym samym istnieje realna perspektywa, że każde miasto usytuowane wzdłuż rzek posiada potencjał implementacji tejże technologii. Wdrożenie rzecznych pomp ciepła może znacząco zmniejszyć emisję dwutlenku węgla na tych obszarach miejskich, a także przyczynić się do obniżenia kosztów ogrzewania dla mieszkańców. Otwiera to perspektywę wykorzystania naturalnych zasobów wodnych dla efektywnego dostarczania energii cieplnej w obszarach zurbanizowanych.

Wielkoskalowe pompy ciepła (LHP) 

Niestety, aby móc zaimplementować rzeczną pompę ciepła potrzebujemy rzeki, a jak wiemy, nie wszystkie obszary miejskie mają do nich dostęp. Jednak istnieją inne rozwiązania, które mogą umożliwić nam produkcję zielonego ciepła.

Od 2021 roku w Niemczech został wprowadzony program „Wielkoskalowe pompy ciepła w sieciach ciepłowniczych”. Pompy ciepła realizowane w programie mają różne źródła ciepła. Oprócz rzecznej pompy ciepła w Mannheim powstają obiekty:

  • w Berlinie pompa ciepła o mocy 8 MW wykorzystuje ciepło odpadowe z chłodni na berlińskim Potsdamer Platz,
  • w Stuttgart pompa ciepła wykorzystuje ciepło odpadowe z wody chłodzącej odprowadzanej z elektrociepłowni do wytworzenia do 24 MW ciepła sieciowego.
  • w Rosenheim trzy systemy o mocy od 2 do 2,5 MW, wykorzystujące jako źródło ciepła wodę ze strumienia.

W Kolonii w Niemczech RheinEnergie planuje budowę pompy ciepła o mocy 150 MW, która będzie wykorzystywać wodę z Renu do dostarczania zielonego ciepła do Kolonii. W Danii w porcie Esbjerg w trakcie realizacji jest projekt z dwoma pompami ciepła wody morskiej o mocy 50 MW. Wykorzystują one CO2 jako czynnik chłodniczy i będą zasilane przez pobliskie farmy wiatrowe. W Wielkiej Brytanii w marcu 2023 roku została uruchomiona wodna pompa ciepła o mocy 6 MW, która wykorzystuje ciepłą wodę z rozległej sieci starej infrastruktury górniczej 150 metrów poniżej miasta Gateshead.

Wielkoskalowe systemy pomp ciepła stanowią wszechstronne rozwiązania, które mogą być adaptowane do zróżnicowanych warunków, co pokazują przedstawione powyżej przykłady. Ta wszechstronność otwiera liczne perspektywy ich implementacji w systemach ciepłowniczych miast, niezależnie od specyficznych warunków lokalnych. Wykorzystanie tych systemów może prowadzić do redukcji emisji gazów cieplarnianych oraz poprawy jakości życia mieszkańców w różnych miastach.

Źródło: energiewendebauen.de, renewablesnow.com, pv-magazine.com, siemens-energy.com, energate-messenger.com
Zdjęcie główne: siemens-energy.com

Materiał został przygotowany przez Koło Naukowe Odnawialnych Źródeł Energii “Grzała”
Natalia Sygut

Zdjęcie autora: Grzała

Grzała

Koło Naukowe Odnawialnych Źródeł Energii