Il potenziale tecnico delle pompe di calore grandi e industriali

Le pompe di calore sono considerate grandi se superano le capacità di 100kW. Possono facilmente raggiungere la gamma da uno a diversi megawatt con le unità più grandi che forniscono 35MW in una singola macchina.

Latecnologia delle pompe di calore attualmente disponibile può fornire calore fino a 100°C con una differenza tra la temperatura della fonte e quella del pozzo di circa 50 K per stadio. L'uso delle pompe di calore per applicazioni sopra i 100°C è ancora una sfida. Anche se i principi di base sono noti ed esistono prototipi per questi livelli di temperatura, non sono ancora disponibili in prodotti standard. L'attuale livello dei progetti di ricerca e sviluppo, così come l'aumento dell'interesse da parte di nuovi attori ad impegnarsi nel segmento delle grandi pompe di calore, lascia spazio all'ottimismo. Sono attesi sul mercato prodotti nuovi e migliorati.

In assenza di soluzioni esistenti per applicazioni di pompe di calore per livelli di temperatura superiori a 150°C, questo segmento non è stato incluso nell'attuale valutazione del potenziale.

Con questo in mente, i dati disponibili da Eurostat per sono stati valutati per determinare il potenziale per l'applicazione delle pompe di calore nell'industria.

I dati del 2012 per l'UE-28 rivelano che l'industria utilizza 3200 TWh di energia finale e ha una domanda di calore di circa 2000 TWh. La figura 2 mostra la suddivisione di questa domanda di calore.

Figura 2: Distinzione della domanda di calore nell'industria per settore e range di temperatura. [1]

Questa valutazione rivela un potenziale praticamente raggiungibile per le pompe di calore nell'intervallo di temperatura fino a 100°C di 68 TWh, principalmente nell'industria chimica, della carta, alimentare/tabacco e del legno (vedere le barre blu ombreggiate nella figura 2). Aggiungendo i settori dell'acqua calda e del riscaldamento degli ambienti, si scopre un ulteriore 74 TWh (vedere le barre ombreggiate in arancione nella fig. 2). Con il progresso tecnico, un ulteriore potenziale di 32 TWh nella gamma di temperatura da 100 a 150°C può essere reso accessibile (vedi la barra blu più scura in fig. 2). In totale, 174 TWh o l'8,7% di tutto il fabbisogno di calore nell'industria può essere fornito da pompe di calore. Gli intervalli di temperatura più alti mostrati in grigio nel grafico precedente rimangono inaccessibili per la tecnologia delle pompe di calore.

Il risultato di questa valutazione mostra il potenziale realistico delle applicazioni delle pompe di calore. Il potenziale tecnico è molto più grande, ma spesso non può essere utilizzato completamente a causa di considerazioni pratiche. Un'analisi più raffinata, basata su modelli, eseguita da Wolf e Blesl giunge alla conclusione che il potenziale tecnico dell'uso delle pompe di calore nell'industria nei 28 Stati membri dell'UE è di 1717 PJ (477 TWh), di cui solo 270 (75 TWh) o il 15% è accessibile se si applicano considerazioni economiche e pratiche. [1]

Così l'approccio basato sul modello porta a un potenziale tecnico più grande, ma a un potenziale economico molto più basso.

I principali fattori che influenzano la prospettiva economica del funzionamento delle pompe di calore sono

• Costo dei combustibili fossili
• Costo dell'elettricità
• Tasso di interesse
• Efficienza del sistema della pompa di calore
• Disponibilità simultanea di fornitura di calore e domanda di calore, domanda simultanea di riscaldamento e raffreddamento
• Differenze nei costi di investimento.

I risparmi sui costi di gestione derivanti dall'uso della pompa di calore sono possibili se il costo relativo dei combustibili fossili e dell'elettricità è inferiore all'efficienza del sistema della pompa di calore. Con un prezzo dell'energia piuttosto distorto, questo è sempre più difficile, poiché molti governi recuperano il costo dell'inverdimento del sistema elettrico attraverso il costo dell'elettricità stessa. Allo stesso tempo il prezzo dei combustibili fossili non riflette l'impatto ambientale negativo del loro uso. Quindi il costo relativo della fornitura di calore punta a favore dei combustibili fossili.

Figura 3: Potenziale delle pompe di calore industriali nell'UE-28 [2]

Poiché c'è una relazione diretta tra la riduzione della domanda di energia e le emissioni di CO2, l'estensione del potenziale economico di riduzione della domanda ridurrà anche le emissioni di CO2 dal settore industriale. Lo studio conclude un potenziale totale di riduzione delle emissioni di CO2 di 86,2 Mt con 21,5 Mt (25%) di esso economicamente fattibile.

Ostacoli, sfide e opportunità

I principali ostacoli che limitano l'uso della pompa di calore nell'industria sono i seguenti:

• Requisiti estremi sul ritorno dell'investimento, spesso non più di 2 anni sono accettati. Questo è ulteriormente complicato da un prezzo relativamente basso per l'energia fossile.
• L'avversione al rischio, in particolare nei confronti delle pompe di calore che non sono fidate, ma percepite come una tecnologia nuova e non provata.
• Disponibilità limitata o nulla di esempi di buone pratiche che potrebbero creare fiducia nelle nuove soluzioni.
• Barriere strutturali nell'industria come l'alto costo di transazione per la conversione dei processi, dato che molti vecchi processi sono basati sul vapore o la necessità di integrare competenze e responsabilità per realizzare una prospettiva di sistema al fine di ottimizzare energeticamente i processi industriali e le applicazioni commerciali

Ilpotenziale di risparmio energetico e di riduzione di CO2 delle pompe di calore nelle applicazioni industriali è ancora largamente inutilizzato. La creazione di condizioni quadro politiche più favorevoli permetterà di invertire questa tendenza. Questi includono

• Aggiungere un segnale di prezzo all'uso del combustibile fossile
• Ridurre l'onere delle tasse e dei prelievi sull'elettricità sempre più pulita
• Fornire bassi tassi d'interesse e garanzie di prestito agli investimenti in efficienza energetica utilizzando tecnologie a bassa emissione di carbonio come le pompe di calore
• Aumentare la ricerca e lo sviluppo di soluzioni standardizzate di pompe di calore per i settori industriali identificati
• Fornire più esempi di buone pratiche.

È necessario uno sforzo congiunto da parte dei responsabili politici e dell'industria per sviluppare il potenziale tecnico ed economico delle applicazioni delle pompe di calore nell'industria. È necessario che entrambi tirino la stessa corda (e nella stessa direzione) per liberare completamente il potenziale.

Nota sull'associazione europea delle pompe di calore (EHPA) aisbl: L'articolo fa parte della brochure sulle "pompe di calore su larga scala in Europa", il risultato del lavoro svolto nel gruppo di lavoro sulle pompe di calore industriali e commerciali dell'EHPA. Se avete domande sull'uso delle pompe di calore nella presentazione o in altre aree di applicazione, contattate il presidente, Eric Delforge, tramite la segreteria dell'associazione all'indirizzo info@ehpa.org.

Weblink: http://www.ehpa.org/

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Fonti: [1] Wolf, S.; Blesl, M.: Quantificazione basata su modelli del contributo delle pompe di calore industriali alla strategia europea di mitigazione del cambiamento climatico. In: 2016: Atti della conferenza sull'efficienza industriale ECEEE 2016. Berlino, 12.-14.09.2016. Stoccolma, 2016