Pompy ciepła

Sercem technologii są pompy ciepła – urządzenia grzewcze fundamentalnie różne od urządzeń opartych na procesie spalania. W przypadku procesów spalania ciepło powstaje z uwolnienia energii wiązań chemicznych w paliwie. Sprawność procesu konwersji energii nie może być większa niż 100% z uwagi na zasadę zachowania energii. W przypadku pomp ciepła nie mamy jednak do czynienia z konwersją energii, a z jej przenoszeniem z jednego medium do drugiego – a dokładniej z medium o niższej temperaturze (nazywanym dolnym źródłem ciepła) do medium o wyższej temperaturze (nazywanym górnym źródłem ciepła). Jako dolne źródło ciepła występują najczęściej powietrze lub grunt, zaś górnym źródłem ciepła jest instalacja grzewcza.    

Ciepło przenoszone jest przez czynnik roboczy, który odbiera ciepło od dolnego źródła ciepła i oddaje je do górnego źródła ciepła – realizując w ten sposób obieg termodynamiczny nazywany obiegiem Lindego. Czynnik roboczy odbierając ciepło paruje, a oddając ciepło skrapla się. Oznacza to, że temperatura parowania czynnika roboczego jest niższa od temperatury skraplania się. Aby było to możliwe fizycznie, pary czynnika roboczego po odebraniu ciepła od dolnego źródła a przed dostarczeniem ciepła do górnego źródła muszą zostać sprężone. Sprężanie czynnika powoduje wzrost jego ciśnienia, a im większe ciśnienie czynnika, tym wyższa temperatura przejścia pomiędzy stanem ciekłym i gazowym (zwana temperaturą skraplania/parowania).  

Sprężanie czynnika roboczego odbywa się najczęściej przy pomocy sprężarki elektrycznej. Suma energii elektrycznej pobranej przez sprężarkę (a zatem dostarczonej do czynnika) wraz z ciepłem odebranym przez czynnik od dolnego źródła składają się na ciepło dostarczone do górnego źródła ciepła. Te trzy wielkości pozwalają określić efektywność pompy ciepła. Jednak ponieważ w pompie ciepła nie mamy do czynienia z konwersją energii, a jej przenoszeniem, nie mówimy o sprawności pompy, a o współczynniku wydajności grzewczej (COP – Coefficient of Performance). Zarówno sprawność, jak i współczynnik wydajności COP określają stosunek otrzymanego efektu do włożonego nakładu energii. W przypadku pompy ciepła otrzymanym efektem jest ciepło dostarczone do górnego źródła ciepła (instalacji grzewczej), zaś włożonym nakładem energii jest energia elektryczna zasilająca sprężarkę. Ponieważ ciepło dostarczone do górnego źródła ciepła jest równe sumie ciepła odebranego z dolnego źródła oraz energii elektrycznej sprężarki, to iloraz ciepła dostarczonego do górnego źródła ciepła przez energię elektryczną sprężarki zawsze będzie wyższy od 1. W rzeczywistości wartości współczynnika COP wahają się w granicach od 2 do 6. 

W opracowanej technologii Ciepłowni Przyszłości wydajne pompy ciepła produkcji Euros Energy zintegrowano z trzema dolnymi źródłami: z powietrznymi wymiennikami ciepła, z niskotemperaturowym magazynem gruntowym BTES oraz z wysokotemperaturowym magazynem wodnym PTES. System zasilany jest energią elektryczną produkowaną bezpośrednio na miejscu z hybrydowych kolektorów słonecznych PVT oraz z pobliskiej instalacji fotowoltaicznej. W zimowe noce system wspierany jest energią elektryczną dostarczaną z Krajowej Sieci Elektroenergetycznej, w tym energią elektryczną zakupioną z gwarancją pochodzenia z odnawialnych źródeł energii w ramach kontraktów typu Power Purchase Agreement (w skrócie PPA). 

Dzięki zastosowanemu bezemisyjnemu magazynowaniu ciepła z lata na zimę uzyskano sumaryczną wartość współczynnika SCOP dla systemu pomp ciepła na poziomie 3,5. Wartość SCOP na tym poziomie gwarantuje, że minimum 70% ciepła pochodzi ze źródeł odnawialnych, nawet gdyby całość energii elektrycznej była wyprodukowana z węgla. W rzeczywistości większa część wymaganej energii elektrycznej jest generowana lokalnie z modułów PV i PVT.