大型热泵：电气化区域供热的ABC为什么热泵正成为现代、灵活且低碳供暖系统的基石？
现代区域供热不应基于单一热源。成功的公用事业公司运营一系列技术——大型热泵、电锅炉、太阳能热能、过剩热量利用、生物质热能热泵和锅炉等，包括热能储存。生产过程每小时变化：太阳热能在阳光照射时提供热量;热泵和电锅炉在电价低时运行。这种运营灵活性使区域供热公司能够全年每小时选择最具成本效益且气候友好的热源——这正是大型热泵成为电气化区域供热系统的基石的原因。
大型热泵有哪些优势？又有哪些局限性？本文解释了大型热泵的工作原理及其在未来绿色能源体系中的作用。
虽然各国的速度和监管背景有所不同，但其基本逻辑是一致的：基于电力的热能生产提供了灵活性、脱碳以及电力与热能部门之间更紧密的耦合。本文解释了大型热泵的工作原理、它们的优势以及局限性，重点关注它们在现代低碳区域供热系统中的作用。
电气化正在加速
近年来，大型电热泵和电锅炉已从小众技术转向丹麦区域供热的主流解决方案。单年内已安装数百兆瓦的电力热能发电能力。
展望未来，区域供热的比例将越来越大，将采用大型电热泵和电锅炉。这一发展为消费者、公用事业公司以及更广泛的能源系统带来了明显优势。与此同时，这些技术并非万能解决方案——远非如此。在某些情况下，如果目标是低成本、低碳且可靠的热源，其他热源会更合适。
基载、中载和峰值负载
区域供热系统中的热需求通常分为基载负载、中负载和峰值负载。
基载
覆盖全年供热需求，包括夏季家庭热水生产。
中载
机通常从秋季运行到冬季再到春季，满载时数比基载机组少。
峰值负荷
只发生在一年中最冷的日子，那时热需求最高。
Case Sdr. Felding拥有一台2.5兆瓦热泵、一台10兆瓦电锅炉和3,000立方米的储能空间，但在最冷的一天只需5兆瓦。它看起来投资过度了2.5倍，但事实并非如此。电锅炉非常便宜，储电成本也很低，热泵可以在不同负载水平下运行。
费尔丁先生的地暖公司现在可以为电网提供服务——即使在没有即时供热需求的时候也能赚大钱。这带来了极低的运营成本，完全弥补了乍一看似乎是过度投入的费用。
这是什么怪物？
热泵的安装成本高昂，原因是其技术复杂性。然而，热泵的运营成本较低，因为它们可以利用来自空气、海水、地下水、工业过剩热量或其他通常免费获得的低温能源。电力是必须投入的，其价格可能随时间变化。
由于前期投资高且运营成本低，热泵需要大量运行时间才能实现经济可行性。这使其非常适合基载运行，在某些系统中也适合中负载操作。
然而，对于峰值负载，其他技术更具成本效益。峰值负荷只会在有限的时间内出现，投资热泵来覆盖这几个小时或几天，会不必要地加速总投资成本。因此，仅靠热泵满足区域供热系统全部需求通常不可行且成本效益有限。
大型热泵采用电力驱动，由多个关键部件组成，包括压缩机和从选定热源提取热量的系统。因此，它们通常需要较大的空间。
压缩机可以被视为系统的“心脏”。它看起来像大型电机，负责产生热量。压缩机为电动驱动，用于从热源中升高温度。
热泵的特点是高效。典型的性能系数（COP）为4意味着每消耗一单位电力，热泵就提供四单位热量。
典型的技术组合
许多区域供热公司运营多个不同的生产单元。有些，如前所述，投资成本高，但运营成本低。有些投资便宜但运营成本高。通过混合生产技术，区域供热公司对波动的“燃料”价格更具韧性，能够在不同时间从不同来源供应，以获得更低的价格，比如比隆。
Allingåbro区供热厂的热泵（上图）由Fenagy制造。它的独特之处在于，它是在制造商现场的框架上制造的，然后全装组装后运送到供暖厂，随后在那里连接起来。照片由Jesper Voldgaard拍摄
典型的区域供热公司可能配备大型电热泵、电锅炉、太阳能热能、生物质或其他技术作为其热量生产的一部分——如果有自由多余热量，应优先使用，即：当电价低时，热源由热泵或电锅炉供应，如果有剩余热能，则始终使用剩余热能。编译 陈讲运
区域供热公司会根据最便宜和最环保的生产单元每小时轮换。
这与单纯依赖颗粒锅炉、天然气锅炉或小型热泵的个人房主情况截然不同。在这些情况下，家庭更依赖单一“燃料”来源的价格——无论是木颗粒、天然气还是电力。
电锅炉运行功率为3兆瓦（上图）。 当水位高于标有“电极”的箭头时，锅炉会产生热量。兆瓦数越高，负载越大。 照片由Jesper Voldgaard能量系统的平衡
区域供热中大型热泵和电锅炉数量的增加也影响了整体能源系统和能源基础设施投资需求。而且是积极的！
由于热泵和电锅炉以及热能储存具有灵活性，它们可以且必须用于平衡电力系统。
当风大、阳光明媚时，可再生能源的发电量很高，电价通常较低。在那个时期，大型热泵和电锅炉可以使用绿色且低成本的电力来产生热能。
无论热量是否立即需求，它们都能做到这一点，因为热量可以储存在大型储热罐中（热储能和蓄热储热储罐）。这就是为什么我们看到许多DH公司如今建立了更多的存储设备。
灵活性至关重要
由于区域供热可以储存能源，当电力需求（即价格）非常高时，该部门还可以通过利用储存的热量来减少甚至完全关闭用电量。
电锅炉不仅在每小时上具有重要意义。电力系统不断受到风能和太阳能可再生能源产量波动的影响，必须每秒保持平衡。
在这里，电锅炉起着核心作用，因为它们能极快地响应电力系统的变化，按需开关。电力系统的平衡对于国家电力供应安全至关重要。因此，电锅炉不仅惠及当地的区域供热网络，也惠及国家电网。
未来更多电气化
预计的区域供热电气化将使区域供热公司成为丹麦最大的电力用户之一，与数据中心和电力转电厂齐名。随着时间推移，区域供热公司将从通过热电联合发电净生产者转变为通过电锅炉和热泵净用电，区域供热的电力解决方案总容量将几乎增长三倍。
丹麦能源署预计到2025年，总容量约1000兆瓦的热泵将安装。到2050年，这一数字为1,500兆瓦。这对应2030年约3400兆瓦的供热容量，2050年达到5100兆瓦。同时，该机构预计2030年总电容量约为3500兆瓦的电锅炉，2050年将超过5000兆瓦。
扫码或加微583769685索取报告全文
免责声明：本公众号文章多来源于公开媒体内容，整理、翻译、编辑而成，仅供读者参考。文中的观点和内容不具有任何指导作用，对读者不构成任何项目建议或承诺！如果本文不慎侵犯您的权益，请加微583769685联系，将及时处理。
1、
2、
3、
热门跟贴