I industrien er kaloribehov viktig. For å avkarbonisere produksjonen din kan varmepumper være interessante. Industrial Alliance for Competitiveness and Energy Efficiency (ALLICE) har studert potensialet til ulike teknologier for å nå temperaturer over 100°C.
Vil varmepumpen være den essensielle teknologien i det 21. århundre? Bruken blir allerede fremmet av aktørene i energiomstillingen for behovene til oppvarming og varmtvann til husholdningsbruk i bolig- og tertiærbygg. I industrien er interessen deres like viktig: den høye ytelsen til varmepumper og deres evne til å «ta» energi uten å tømme naturressursene gjør dem til en alliert av valget for avkarbonisering av industrielle aktiviteter. Den termodynamiske syklusen til disse maskinene gjør det mulig å «ta» kalorier fra omgivelsene (luft, jord eller væske) og varme dem opp for en bestemt bruk. – Interessen for varmepumper vil være større for en industrimann når temperaturnivået er høyt, normalt over 100 °C, for å forsyne visse prosesser med varmluft, damp eller overopphetet vann. Vi ga ut en toppmoderne i 2021 for å liste opp teknologiene som eksisterer eller er under utvikling, og oppmerksomhetspunktene i dette fortsatt fremvoksende markedet.», forklarer Eliéta Carlu, direktør for ALLICE-alliansen.
Hold øye med POP-er og kjølemidler
Den første observasjonen av rapport publisert av ALLICE midten av oktober i svært høy temperatur varmepumper (PAC THT) er at markedet er dominert av elektrisk kompresjonsteknologi. Dusin THT varmepumpeprodusenter som er oppført i verden i dag (Enertime, Kobe Steel, Ochsner, Hybrid Energy, Mayekawa, Engie, Combitherm, Oilon, Frigopol) tilbyr rundt femten slike maskiner. Den termodynamiske syklusen er klassisk: kompresjon, kondensering, ekspansjon, fordampning. Ytelseskoeffisienten (COP) til maskinen er forholdet mellom varmen som tilføres kondensatoren (brukbar varm kilde) og den elektriske kompresjonsenergien. Ofte mellom 2 og 4 viser COP at varmepumpen gjenoppretter to til fire ganger mer energi enn det som ble forbrukt ved kompresjon. «Men produsenter bør ikke nøye seg med COP alene. Du må også vite hvordan det utvikler seg i henhold til to parametere: forskjellen i temperatur mellom den kalde kilden (fanget i fordamperen) og den varme kilden (spredning i kondensatoren); og varmepumpens belastningsindeks, det vil si kapasiteten som faktisk brukes i forhold til maksimal termisk effekt», forklarer Lucille Payet, koordinator for kollektive prosjekter i ALLICE.
Rundt tjue PAC THT-prototyper testes for tiden rundt om i verden (Kina, Japan, Tyskland, Sveits, Østerrike, Frankrike, Spania, Norge, Sør-Korea, Nederland) for å utvide deres termiske rekkevidde og effektivitet. I Frankrike støtter EDF flere prosjekter, bl.a transpac som bruker en væske i en superkritisk tilstand (en væske oppvarmet over kritisk temperatur og komprimert over kritisk trykk).
Det andre oppmerksomhetspunktet gjelder kjølemediene som brukes til den termodynamiske syklusen til THT-varmepumper. Som i alle varmepumper er det to problemer:
- deres globale oppvarmingspotensial (GWP): disse er klimagasser, og hvis de mest utslippene har blitt forbudt i henhold til F-gassforordningen (n° 517/2014), bør væsker med lavt GRP foretrekkes;
- dens brennbarhet og toksisitet, med hensyn til NF EN 378:2017-standarden.
Noen væsker av typen HFC er veldig praktiske, men beholder en høy GWP (858 for R245fa, ofte brukt i THT-varmepumper). Andre såkalte «naturlige» væsker, som R717 (ammoniakk), R718 (vann) eller R744 (CO2) har svært lav eller null GWP, men pålegger tekniske driftsbegrensninger (påfølgende kompresjonstrinn for vann, høyt trykk for CO2, egnet kompressor). ammoniakkdesign på grunn av høyt utløpstrykk). R600 (butan) har lav GWP på 4 og gode termodynamiske egenskaper, men er ekstremt brannfarlig. Hver produsent gjør sitt valg med alle disse begrensningene. Nye kjølemedier som testes viser lovende i HCFO- og HFO-serien.
Tre alternative teknologier
Tre andre PAC THT-teknologier er under utvikling. Den første er absorpsjonsvarmetransformatoren, hvor væskeparet (ofte litiumbromid og vann) gir kompresjon ved kjemisk absorpsjon/desorpsjonsreaksjon. Det krever nødvendigvis en dødelig varmekilde (kalorier som ikke brukes i en prosess) som vil se temperaturnivået hevet av transformatoren. Denne teknologien har fortsatt ingen konsekvenser i Frankrike (og lite i Europa), men et selskap som Thermax presenterer et modent tilbud.
Den andre løsningen er en termokjemisk adsorpsjonsvarmepumpe, basert på et prinsipp om varmelagring mellom to reaktorer, som hver inneholder et adsorberende salt, og mellom hvilke et kjølemiddel sirkulerer. Lavtemperaturreaktoren (f.eks. med MnSO4) fungerer som et varmereservoar: den lagrer kjølevæsken (f.eks. ammoniakk) under lastefasen. Høytemperaturreaktoren (for eksempel med NiCl2) fungerer som en varmeveksler og tilfører THT-varmen under utløpsfasen (eksoterm adsorpsjonsreaksjon av kjølevæsken). Fortsatt i FoU-stadiet kan dette systemet bare transformere eksisterende spillvarme, for eksempel absorpsjonsvarmepumpe.
Den tredje teknologien som er studert er varmepumpen utstyrt med en Stirling-motor og hvis kuldemedium er helium (R704). Operasjonen ligner på en kompresjonsvarmepumpe (kompresjon og ekspansjon utføres i stempelet til Stirling-motoren), men det er ingen endring av tilstanden til det gassformige kjølemediet. Det er variasjonen av fornuftig energi som gjør det mulig å utvinne og overføre varme. Dette systemet er i demonstrasjonsstadiet i Norge og Sverige på to industrianlegg. Kraften er beskjeden, men den tillater betydelige temperaturstigninger, med mulighet for å jobbe med delbelastning.
«Musikknerd. Øljunkie. Freelance introvert. Uunnskyldende nettelsker. Amatørkommunikatør. Reisenerd.»