Дания планирует развивать геотермальную энергетику для обеспечения устойчивого централизованного теплоснабжения. Для поддержки проектов крупномасштабного геотермального отопления требуется быстрое внедрение нормативных и экономических условий в стране.
В недавно опубликованной публикации «Ingeniøren - grid tech» Сюзанна Поулсен, технический директор AP Moller Holding Geothermal, описывает, как геотермальное отопление может «проложить путь для биомассы» в системах централизованного теплоснабжения Дании.
Если не использовать уголь в системе производства тепла и снизить количество биомассы, возникает ключевой вопрос: какой источник тепла может быть адекватной заменой? Ответ заключается в сочетании разных «зеленых» источников. Тепловые насосы, которые извлекают тепло из морской воды или воздуха, являются отличными источниками тепла, однако они не могут поставлять достаточное количество тепла, чтобы облегчить поэтапный отказ от угля и снизить потребление биомассы. Поэтому необходимо, как можно быстрее, внедрить нормативные и экономические рамочные условия для поддержки крупномасштабного геотермального отопления.
Перед летними каникулами представители политических партий согласовали список вопросов, связанных с климатом, которые будут подробно обсуждаться в датском парламенте (Folketinget) этой осенью.
В настоящее время твердая биомасса составляет примерно две трети возобновляемой энергии в датской энергетической системе. В соответствии с правилами ООН и ЕС считается, что «выбросы углерода от сжигания биомассы равны нулю в датском климате». Тем не менее, датский аналитический центр CONCITO заявляет, что фактические выбросы углерода в Дании в результате прямого сжигания биомассы составляют 14 млн. тонн в год.
По данным CONCITO, устойчивые ресурсы биомассы сильно ограничены, а «устойчивые ресурсы биомассы в расчете на одного человека во всем мире составляют около одной трети того, что сжигается для каждого датчанина сегодня». Другими словами, Дании необходимо сократить потребление биомассы на две трети. Тогда возникает вопрос: откуда будет поступать тепло?
«Зеленое» решение - несколько источников энергии.
Существует два различных решения: одно подходит для отдельных домохозяйств за пределами крупных городов, а другое для городов с системой централизованного теплоснабжения. Для менее густонаселенных районов выбором становятся индивидуальные тепловые насосы, а централизованное теплоснабжение подходит для крупных городов.
График 1: Кривая будущей системы производства тепла. Белая пунктирная область показывает энергию, которая не может быть произведена без импортной биомассы.
Сегодня компании централизованного теплоснабжения в значительной степени полагаются на сжигание отходов, теплоснабжение от центральных электростанций и биомассу.
В Дании широкое парламентское большинство считает, что все отходы должны быть переработаны. Это, в свою очередь, приведет к уменьшению тепла от их сжигания.
Было рекомендовано использовать тепловые насосы. Однако проблема заключается в том, что тепловые насосы, работающие на энергии морской воды или воздуха в холодные зимние месяцы неспособны обеспечить достаточное количество тепла из-за низкой температуры морской воды и воздуха или из-за отсутствия подходящей морской воды в необходимых количествах.
Следовательно, применение только тепловых насосов, основанных на использовании местных источниках энергии в виде воздуха и воды, представляет собой риск поставки тепловой энергии. Самый большой тепловой насос с морской водой, действующий в настоящее время в Дании, обеспечивает только 1 процента тепла, которое потребляет Орхус, второй по величине город Дании.
Другими словами, большие тепловые насосы, работающие на основе воздуха и морской воды, не могут полностью решить проблему производства «зеленого» тепла. Это, является только частью решения.
Геотермальная энергия может заменить биомассу в базовой и промежуточной нагрузке.
Пиковая нагрузка, то есть энергия, необходимая для удовлетворения потребности в централизованном теплоснабжении, когда потребность в тепле самая высокая, может быть покрыта, как это происходит сегодня, за счет использования (био) газовых или электрических картриджей, которые оптимальны для пиковых нагрузок. Кроме того, местная биомасса, такая как солома и древесная щепа, может составлять верхнюю часть промежуточной нагрузки в системе.
График 2: кривая эффекта для будущей системы производства тепла, где базовая и промежуточная нагрузка обеспечиваются геотермальной энергией и накоплением тепла.
Эффект спроса в системе централизованного теплоснабжения - это область под пунктирной линией. Тепло, произведенное летом, используется зимой за счет аккумулирования тепла.
Кривая эффекта для будущей системы производства тепла, где базовая и промежуточная нагрузка обеспечивается геотермальной энергией и накоплением тепла. Эффект спроса в системе централизованного теплоснабжения - это область под пунктирной линией. Тепло, производимое летом, используется зимой за счет аккумулирования тепла.
Именно здесь геотермальное отопление является ключом к устойчивому теплоснабжению завтрашнего дня. Геотермальная энергия может быть источником энергии, который «заполнит большую часть энергетической щели в системе». Фактически, геотермальная энергия является единственным источником энергии, помимо биомассы, который может поставлять необходимую энергию в систему, и поэтому геотермальная энергия играет ключевую роль при переходе на экологически чистое теплоснабжение в географических районах, где под землей достаточно горячей воды.
Преимущество геотермального отопления заключается в том, что температура источника энергии постоянна (в отличие от морской воды и воздуха) и составляет от +40 ° C до +80 ° C на глубине от одного до трех километров.
Количество энергии, доступной из подземных источников, может покрыть до 30 процентов общей потребляемой мощности сети централизованного теплоснабжения и до 50 процентов потребности в энергии.
Кроме того, после капитальных вложений в геотермальные установки и скважины, производство геотермального тепла будет иметь низкие эксплуатационные расходы. В летние месяцы, когда потребность в централизованном теплоснабжении в основном покрывается за счет солнечной энергии и морских водяных насосов, избыточное геотермальное тепло может храниться в больших резервуарах для горячей воды и использоваться в качестве резерва летом или аккумулироваться на зимний период. Эта комбинация обеспечивает надежность поставок и экологичное энергопотребление.
«Зеленая» система централизованного теплоснабжения будущего.
До 2030 года необходимо постепенно отказаться от угля и ограничить количество биомассы. Необходимо электрифицировать централизованное теплоснабжение и использовать ряд экологически чистых источников энергии, которые заменят угольную генерацию.
После 2040 года планируется увеличить количество источников энергии. Существуют планы поэтапного внедрения крупномасштабных систем PtX в сочетании с технологиями улавливания и использования углерода (CCU). Системы PtX будут генерировать избыточное тепло от ветряных турбин, которое им требуется при производстве экологически чистого топлива. Однако производство тепла является побочным продуктом процессов PtX: чем более неэффективны процессы PtX, тем больше избыточного тепла они генерируют. По мере совершенствования технологии PtX в ближайшие годы избыточное тепло от PtX будет уменьшаться. Степень и время появления избыточного тепла от процессов PtX в будущем неясны, тогда как геотермальное отопление является единственной готовой к использованию крупномасштабной альтернативой импортируемой биомассы. Кривая эффекта будущей системы производства тепла, где базовая и промежуточная нагрузка обеспечивается геотермальной энергией и накоплением тепла. Эффективная потребность в системе централизованного теплоснабжения - это область под пунктирной линией. Тепло, произведенное летом, используется зимой за счет аккумулирования тепла.
В Дании есть возможность создать интегрированную, эффективную и «зеленую» систему централизованного теплоснабжения.