pompy ciepła - czy warto?

POLEKO 2010 – SALON CZYSTEJ ENERGII
POMPY CIEPŁA
- CZY WARTO?
dr hab. inŜ. Brunon Grochal, prof. UWM
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, Olsztyn
Wydział Nauk Technicznych
[email protected]
[email protected]
[email protected]
POLSKIE STOWARZYSZENIE POMP CIEPŁA
www.pompaciepla.org.pl
CZŁONEK
EUROPEJSKIEGO STOWARZYSZENIA
POMP CIEPŁA
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
www.ehpa.org
1
Plan prezentacji
1. Słów kilka o samej pompie ciepła
- karczowanie stereotypów i edukacja energetyczna
2. Ile ciepło kosztuje - i czy o tym wiemy?
3. Punkty widzenia:
- indywidualny uŜytkownik
- dostawca ciepła
- kraj
4. Co dalej z pompami ciepła w Polsce?
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
2
1. Słów kilka o samej pompie ciepła
- karczowanie stereotypów i edukacja energetyczna
Zasada działania pompy ciepła
Pompa ciepła napędzana energią Ln
pobiera ze środowiska (powietrze, woda,
grunt) energię Q, uŜytkownik
ma do dyspozycji sumę (Q + Ln).
Średnioroczny współczynnik efektywności
cieplnej
SPF = (Q + Ln)/Ln
w poprawnie wykonanych instalacjach
przy pobieraniu ciepła z wody bądź
z gruntu wynosi około 4 (SPF ≅ 4),
przy pobieraniu ciepła z powietrza
wynosi około 3 (SPF ≅ 3),
i są to wartości pomierzone.
Tak więc pompa ciepła pracuje na zasadzie recyrkulacji energii
pobieranej ze środowiska
Energia napędowa Ln moŜe być dostarczana jako:
- energia elektryczna (pompy ciepła spręŜarkowe),
- energia cieplna, np. ze spalania gazu (pompy ciepła
absorpcyjne, niŜsze SPF, większe moce).
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
3
grunt
(odwierty pionowe)
powietrze
grunt
(koleor poziomy)
woda (studnie)
Dolne
źródła ciepła
małych instalacji:
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
4
Pompa ciepła = parownik+ spręŜarka+skraplacz+zawór rozpręŜny
spręŜarkowa
(+ automatyka)
Przykład:
kompaktowa pompa ciepła
- ze zbiornikiem ciepłej wody
uŜytkowej
(Viessmann)
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
5
Pompa ciepła = parownik+ spręŜarka+skraplacz+zawór rozpręŜny
spręŜarkowa
(+ automatyka)
Przykład:
pompa ciepła
IVT Greenline HT Plus
(SunEnergy)
http://www.sunenergy.pl/nowosci#/pompy-ciepla
Pompa Premiumline X11 - laureatką konkursu
o Złoty Medal Targów Poznańskich Instalacje 2010
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
6
Dolne źródła ciepła duŜych instalacji
Ciepło z wody morskiej
Stockholm
Värtan Ropsten – The largest sea water
heat pump facilityworldwide, with 6 Unitop® 50FY
and 180 MW total capacity (Friotherm)
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
7
Dolne źródła ciepła duŜych instalacji
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
8
Przykłady duŜych instalacji z pompami ciepła (z [10])
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
9
Gruntowe dolne źródło/magazyn ciepła (z [12])
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
10
Gruntowe dolne źródło/magazyn ciepła (z [12])
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
11
Gruntowe dolne źródło/magazyn ciepła (z [12])
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
12
z [1]
Ilustracja relacji między efektywnościami cieplnymi pompy ciepła (COP)
i instalacji grzewczej z pompą ciepła (SPF) wg propozycji EHPA.
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
13
Dolne źródło ciepła:
powietrze
grunt
Pomierzone wartości średniorocznej
efektywności cieplnej SPF
SPF = (Q + Ln)/Ln
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
14
z [7]
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
15
Pompa ciepła moŜe dostarczać ciepło w całości pochodzące z OZE,
jeśli z OZE pochodzi energia napędowa
(stanowiąca część ciepła dostarczanego uŜytkownikowi).
wg [6]
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
16
z [4]
Po początkowym skupieniu uwagi na pozyskiwaniu z OZE przede wszystkim energii
elektrycznej, dostrzeŜono w UE niezwykle istotny udział ciepła w zuŜyciu energii ogółem
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
17
2. Ile ciepło kosztuje - i czy o tym wiemy?
Ze świadomością struktury kosztów energii
ponoszonych w gospodarstwach domowych nie jest najlepiej ...
Łączny udział kosztów ogrzewania i przygotowania ciepłej wody uŜytkowej w polskich budŜetach domowych
przekracza 70%, ale zdaje sobie z tego sprawę tylko 32% badanych
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
18
Wzrost cen paliw w okresie 1999 - 2006
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
19
3. Punkty widzenia : - indywidualny uŜytkownik
koszty
eksploatacji
- narastająco
z upływem
czasu
pompa ciepła
pła
e
i
c
dło
ó
r
ź
inne
A – koszt zakupu „innego źródła ciepła”
B – koszt zakupu pompy ciepła
Schemat do analizy opłacalności zainstalowania pompy ciepła
(indywidualny uŜytkownik)
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
20
Jedno
z publikowanych
zestawień
porównawczych
Efektywnośc Plus – Viessmann
http://www.ogrzewnictwo.pl/index.php?akt_cms=3998&cms=296
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
21
Porównanie kosztów ogrzewania przy uŜyciu róŜnych systemów ogrzewania.
(Źródło: http://www.kotly.pl/ogrzewanie.php)
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
22
wg [13]
(wg danych z 2004 r.)
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
23
Tak wygląda obecnie porównanie kosztów ogrzewania w USA
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
24
3. Punkty widzenia : - dostawca ciepła
z [1]
Korzyści ze stosowania pomp ciepła z punktu widzenia dostawcy ciepła
- przez polskie ciepłownie dotąd jakoś nie są dostrzegane ...
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
25
Ilości ciepła pozyskiwane w krajach UE przy wykorzystaniu pomp ciepła obecnie
(po lewej) oraz potencjalne moŜliwości według prognozy na 2020 r. (po prawej)
(NaleŜy zwrócić uwagę na róŜne skale pionowe wykresów!)
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
26
3. Punkty widzenia : - kraj
(tzn. nasza administracja centralna)
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
27
Z referatu
Perspektywy rozwoju energetyki odnawialnej w latach 2008-2020
przedstawionego w Międzyzdrojach, 12 maja 2008, na Spotkaniu Marszałków Województw
przez p. Dariusza Bogdana, Podsekretarza Stanu w Ministerstwie Gospodarki:
Ciepło z OZE - analiza 2020*)
Biomasa - przede wszystkim układy kogeneracyjne
Geotermia, w tym pompy ciepła - oczekiwany bardzo duŜy rozwój
Kolektory słoneczne - oczekiwany bardzo duŜy rozwój
Mechanizm wsparcia produkcji ciepła z OZE
Obowiązek zakupu nałoŜony na sprzedawców ciepła
Wielkość obowiązku nie moŜe przekraczać zapotrzebowania odbiorców ciepła
Przewidywane wsparcie dla zdecentralizowanego wytwarzania ciepła z OZE
Ulgi podatkowe !
*) ale celu wytkniętego dla ciepła nie sprecyzowano, podczas gdy dla energii
elektrycznej i biopaliw są (w 2020 r. dla biopaliw 10% i 3GW en. el. z biogazowni)
A gdzie zgubiono indywidualnych uŜytkowników ciepła - i pompy ciepła?
Ich wkład w ograniczanie emisji moŜe być znaczący!
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
28
4. Co dalej z pompami ciepła w Polsce?
RES-H - energy output [Mtoe/year]
140
120
Historical development
Future development
Solar thermal
heat
100
80
Geothermal heat pumps
60
Geothermal non heat pumps
40
Biomass heat
20
Zmiany historyczne
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
0
Zmiany przyszłe
Prognoza wykorzystania OZE do zaopatrzenia w ciepło i chłód do 2020 r. w EU (z [9]).
Jak widać, pompy ciepła zajmują w prognozie drugie miejsce, po biomasie.
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
32
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
33
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
31
Znaczenie pomp ciepła
dla zaopatrzenia w ciepło
moŜe dobrze zilustrować
nowa strategia energetyczna
Wielkiej Brytanii, mimo
specyfiki związanej
z lokalną dostępnością
róŜnych źródeł ciepła:
Niemal 50% ciepła
ma pochodzić właśnie
z pomp ciepła.
Wielka
Brytania
Wiele krajów na świecie (członków UE, ale takŜe m.in. Kanada czy Japonia)
w wykorzystaniu pomp ciepła upatrują najlepszy sposób na ograniczenie emisji
CO2 oraz częściowe uniezaleŜnienie się od paliw konwencjonalnych
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
34
Bardzo solidnie, i jak widać nie bez
powodu, do upowszechniania
wykorzystania pomp ciepła przystąpiono
w Japonii - sprzedaŜ pomp ciepła
systemu EcoCute juŜ sięgnęła liczby
2 mln instalacji, i szybko rośnie
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
35
Zakresy temperaturowe typowych zastosowań pomp ciepła (z [8])
Jak widać, pompy ciepła mogą być wykorzystywane do ogrzewania, chłodzenia,
w klimatyzacji, w szerokim przedziale temperatury
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
36
W imieniu Polskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła
dziękuję za uwagę Słuchaczom
i za zaproszenie Organizatorom Salonu Czystej Energii
Nadal będziemy pracować nad upowszechnieniem
wykorzystania pomp ciepła …
… mimo oporów, poniewaŜ jednak
WARTO STOSOWAĆ POMPY CIEPŁA!
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
37
Źródła
[1] Zogg M.: History of Heat Pumps, Swiss Contribution and International Milestones, Swiss Federal
Office of Energy, May 2008.
[2] Heating and cooling from renewable energies: costs of national policies and administrative
barriers, FINAL REPORT, MVV Consulting, delivered to DG TREN 15 June, 2007.
[3] Polacy o oszczędzaniu energii - szóste paliwo, Rockwool Polska-KAPE-TNS OBOP,
http://www.muratorplus.pl/biznes/raporty-i-prognozy/raport-polacy-o-oszczedzaniu-energii-cz-izarzadzanie-energia_61716.html
[4] Landolina S.: The European Technology Platform on Renewable Heating and Cooling, Smart
Cities and Regions – Brussels, 23 March 2010.
[5] Heat pumps can cut global CO2 emmisions by nearly 8%, Renewable energy for cleaner future,
Heat Pump Programme, Heat Pump Centre.
[6] EHPA Action Plan, version 1.1.2008 (www.ehpa.org)
[7] Kim D-S.: Austrian Heat Pump Market and R&D at arsenal research, IEA Annex 33 meeting,
Chicago, arsenal research, Vienna, Austria.
[8] Fahlén P.: Efficiency aspects of heat pump systems - load matching and parasitic losses, IEA
Heat Pump Centre Newsletter, Volume 26 No. 3/2008.
[9] Mapa drogowa na rzecz energii odnawialnej, Energie odnawialne XXI wieku: budowa bardziej
zrównowaŜonej przyszłości, Komunikat Komisji do Rady i Parlamentu Europejskiego,
KOM(2006) 848 wersja ostateczna, Bruksela, 10.1.2007.
[10] Wojtan L.: Wysokotemperaturowe pompy ciepła do współpracy z sieciami ciepłowniczymi,
2 Międzynarodowy Kongres Energii Odnawialnej Green Power 2010 , 6-7. Października 2010,
Warszawa, Hotel Hilton ( www.kongresgreenpower.pl )
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
38
[11] Katsumi Hashimoto:Technology and Market Development of CO2 Heat Pump Water Heaters
(ECO CUTE) in Japan, IEA Heat Pump Centre Newsletter Volume 24 – No. 3/2006.
[12] Sanner B.: Ground Source Heat Pump Technology – more than 60 years of development
towards efficiency and comfort, EGEC RESTMAC workshop on Ground Source Heat Pumps,
Bratislava, Slovakia, 12.11.2007.
[13] Kapuściński J., Rodzoch A.: Geotermia niskotemperaturowa w Polsce – stan aktualny i
perspektywy rozwoju, Warszawa, październik 2006. (na zamówienie Ministra Środowiska)
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
39
Edukacja energetyczna
- bardzo pilnie potrzebna!!
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
40
Czy Brytyjczycy zwariowali?
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
41
RHI – Case Study
Gas Boiler (90% efficient)
Annual energy use per year
(space heating and hot water)
Gas price (E.ON Energy Plan October 2009)
26,666 kWh
Cost of running gas boiler
£1066.00
£0.04/ kWh
18 year cost of gas £19,188
Air source heat pump (300% efficient)
Annual electricity consumption (to supply 24,000kWh)
Electricity price (EDF Energy Online 5 Tariff, Oct
2009)
Cost of running heat pump
8,000 kWh
£0.084 / kWh
£672.00
Renewable heat produced
24,000 kWh
RHI tariff
£0.075 / kWh
Annual RHI payment
Net return per annum
£1,800.00
£1,128.00
Heat pump pays £1,128 per year net. £20,304 over scheme lifetime net.
180 sqM house @ 40 WsqM, 4000 kWh DHW, 24,000 kWh requirement per year
42
Heat Pumps
Islam Pearson
Director
Eco-Logic Living
43
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
10
Poznań, 23 -26. listopada 2010 r.
30