Centriniam šildymui Suomijoje – šilumos siurbliai „Oilon ChillHeat“

Aukštos temperatūros šilumos siurbliai Oilon ChillHeat su vidutinio gylio geoterminiu šuliniu naudojami centriniam šildymui

2020 m. rugsėjo 14 d.

Quantitative Heat Oy, arba QHeat, – tai 2018 m. įkurta įmonė, ieškanti būdų panaudoti Žemės plutos šiluminę energiją. Vidutinio gylio geoterminiai šuliniai – tai maždaug dviejų kilometrų gylio gręžiniai. Jų dugne temperatūra siekia maždaug 40 °C. Aukštos temperatūros šilumos siurbliais ši temperatūra dar padidinama, todėl jos visiškai užtenka centrinio šildymo sistemai.

Vantaan Energia pateikė užsakymą sumontuoti QHeat jėgainę Varisto šildymo centre. Ši jėgainė padės įmonei Vantaan Energia tiekti visiškai kitokį centrinį šildymą. Jėgainės tiekiama švari, teršalų beveik negeneruojanti atsinaujinanti šiluminė energija pasieks Vantos regiono šilumos tinklus. Taip pat šią įrangą bus galima naudoti kaip energijos akumuliatorių, kompensuojantį sezoninius energijos gamybos svyravimus.

Aukšta temperatūra ir didelis našumas

„Vantoje planuojama geoterminė jėgainė bus pirmoji šilumos siurblių jėgainė, tiekianti centrinį šildymą tiesiai iš vidutinio gylio geoterminio šulinio, – sako Oilon pramoninių šilumos siurblių ir aušintuvų skyriaus pardavimo vadovas Jussi Alpua. – Oilon šilumos siurblių sistema susideda iš dviejų nuosekliai sujungtų aukštos temperatūros šilumos siurblių Oilon ChillHeat, valdomų inverteriais. Taip pasiekiamas labai didelis našumas, sistema būna lanksti ir funkcionali net ir tada, kai veikia daline apkrova. Šilumos siurbliuose naudojami saugūs žemo globalinio šiltėjimo potencialo („Low GWP“) šildalai.“

QHeat pasiūlytas sprendimas labai įdomus ir mes džiaugiamės, kad pasirinkta naudoti Oilon aukštos temperatūros šilumos siurblius, – sako Oilon pramoninių šilumos siurblių ir aušintuvų skyriaus verslo vystymo vadovas Martti Kukkola. – Oilon gamina ir šilumos siurblius, ir baigtines, konceptualias šilumos siurblių jėgaines. Esame įrengę nemažai jėgainių, tiekiančių centrinį šildymą, bet tai bus pirmoji, kurios šilumos šaltinis – vidutinio gylio geoterminis šulinys. Bus įdomu stebėti jėgainės darbo dinamiką įvairiomis sąlygomis.

Jėgainės projektinė šiluminė galia viršija 700 kilovatų, o į centrinio šildymo tinklus tiekiamo vandens temperatūra sieks 80 °C. Per metus bus pagaminama apie 1400 megavatvalandžių šiluminės energijos. Jėgainė padės sumažinti Vantaan Energia išmetamo anglies dioksido kiekį, nes elektros energijos reikės tik vienam trečdaliui pagaminamos šilumos. Šis įgyvendinimo modelis įdomus tuo, kad jam nereikalingas joks aukštos temperatūros šilumos šaltinis, pavyzdžiui, duomenų centras ar kitoks atliekinės šilumos šaltinis, – užtenka paprasto gręžinio.“

Šilumos siurblių jėgainė bus sumontuota specialiame konteineryje ir į eksploatavimo vietą Vantoje bus pristatyta jau surinkta ir išbandyta. Jėgainės pristatymo konteineryje privalumas tas, kad ji surenkama dar gamykloje. Tokios jėgainės pristatymo laikas gana trumpas, paprastai – keturi mėnesiai nuo užsakymo.

Konteineryje pristatytą iš anksto surinktą ir išbandytą šilumos siurblių jėgainę paprasta sumontuoti. Konteineris tiesiog perkeliamas į montavimo vietą ir prijungiamas prie vamzdžių ir elektros jungčių.

Reikiamas gylis pasiekiamas visai nesunkiai

QHeat vyriausiasis technologas, vienas įmonės įkūrėjų Rami Niemi su energijos šulinių gręžimu susipažino prieš 7–8 metus, dirbdamas techninių tyrimų centro VTT mokslininku. Ši pažintis įžiebė nenumaldomą entuziazmą naudoti geoterminę energiją. Vėliau jis beveik trejus metus dirbo technologijų vadovu įmonėje St1 Deep Heat Oy.

„Pamažu kristalizavosi vizija sukurti gerokai seklesnį nei šešių kilometrų gylio energijos šulinį, – pasakoja Niemi. – Gręžiant iki dviejų kilometrų daug kas vyksta paprasčiau, o tokio gylio daugeliu atvejų visiškai užtenka. Labai giliems gręžiniams reikia keletą dešimčių kartų didesnių pajėgumų, todėl smarkiai išauga sąnaudos.

Žemės plutos paviršiaus temperatūra Suomijoje yra 4–6 °C, o kuo giliau, tuo temperatūra didėja – maždaug 1,4 °C kas kiekvieną šimtą metrų, giliau – dar sparčiau. Dviejų kilometrų gylyje temperatūra siekia 38–40 °C. Suomijoje uoliena lengvai nuspėjama, čia ji turėjo daug laiko, kad atvėstų – 1,9 mlrd. metų, bet to, uoliena čia labai tolygi. Tinkamą vidutinio gylio šulinį galima išgręžti beveik bet kur.“

Vienas šulinys tinkamas viskam

„Vidutinio gylio šulinio gręžimas nedaug skiriasi nuo įprasto 200–300 metrų gylio geoterminio šulinio gręžimo, tik reikalinga kiek tvirtesnė įranga, – tęsia QHeat veiklos vadovas Mikael Maksimow. – Į išgręžtą gręžinį įleidžiame kelių šimtų metrų ilgio plieno vamzdį, sutvirtiname jį betonu ir per jį gręžiame toliau.

Standartiniame šilumos šulinyje naudojamas U raidės formos plastikinio vamzdžio kolektorių, kuriuo šildalas keliauja žemyn ir aukštyn. Taip sukuriamas bendraašis srautas – vanduo leidžiasi į gręžinį ir kyla aukštyn izoliuotu vamzdžiu. Srauto kryptį galima keisti. Tai svarbu, nes tada gręžinį galima naudoti kaip šilumos akumuliatorių. Kai turima perteklinės šilumos, žemyn keliauja karštas vanduo, sušildantis uolieną nuo apačios.“

Šių specialistų teigimu, dviejų kilometrų gylio gręžinys daugeliu atžvilgių pranašesnis už įprastus geoterminius šulinius. Dėl didesnio gylio pasiekiamas šiltesnis uolienos sluoksnis, todėl vienas gręžinys atitinka 40 įprastų geoterminių šulinių. Į šilumos siurblį atkeliaujantis vanduo yra šiltesnis, todėl šildymo sistemai galima našiau tiekti aukštesnės temperatūros vandenį. Be to, vienam gręžiniui nesunku atrasti vietos beveik bet kuriame sklype, net ir miesto centre. O keturiasdešimčiai gręžinių prireiktų beveik dviejų hektarų.

Dėl klimato kaitos reikalingi ryžtingi sprendimai

Suomijoje ketvirtis visos sunaudojamos energijos tenka pastatų šildymui. Beveik pusė pastatų šildoma centralizuotai. 2018 m. centrinio šildymo sistemose sunaudota apie 37 teravatvalandes (TWh) energijos. Daugiau nei pusė centrinio šildymo energijos, apie 51 procentą, pagaminta iš iškastinio kuro ir durpių. Maždaug 80 procentų elektros energijos pagaminama iš teršalų neišskiriančių energijos šaltinių, apie trečdalį gamybos sudaro branduolinė energija.

QHeat skaičiavimu, centrinis šildymas, tiekiamas naudojant QHeat geoterminius šulinius ir Oilon aukštos temperatūros šilumos siurblius, šildymui reikalingos energijos gamybos teršalų kiekį gali sumažinti net 95 procentais, lyginant su šildymu, kuris pagrįstas iškastiniu kuru. Tai itin svarbu siekiant klimato kaitos mažinimo tikslų, nes šildymo sistemos šiuo metu generuoja apie penktadalį Suomijoje išmetamo anglies dioksido kiekio.

Suomijoje veikia daug nedidelių centrinio šildymo jėgainių, naudojančių medienos pjuvenas, bet ir joms tam tikromis aplinkybėmis tenka pereiti prie iškastinio kuro. Tokioms šilumos tiekimo jėgainėms idealus sprendimas – geoterminė jėgainė. Papildomą, perteklinę šilumą vasarą galima akumuliuoti pamatinėje uolienoje ir naudoti žiemą. Arba medienos pjuvenų katilą vasarą galima išjungti ir taip gerokai pailginti jo eksploatavimo trukmę.

Didelis bet kokio dydžio šiluminės energijos jėgainės privalumas – šilumos akumuliatorius, padedantis subalansuoti ilgalaikius arba trumpalaikius gamybos ir vartojimo svyravimus.

Dinamiška gamyba

Prieš išsiunčiant pramoninius šilumos siurblius Oilon ChillHeat visada atliekami dinaminiai realios apkrovos bandymai.

Varisto geoterminę jėgainę ketinama paleisti 2021 m. pradžioje. Jėgainė bus naudojama ir šilumos gamybai, ir akumuliuoti perteklinę šilumą pamatinėje uolienoje. Elektros energijos kaina nuolat smarkiai svyruoja. Pavyzdžiui, vieną rytą kaina pakilo iki beveik 150 eurų už megavatvalandę, o vakare nukrito žemiau 20 eurų. Tokius pokyčius tikriausiai lėmė techninės priežiūros darbai Lovysos branduolinėje elektrinėje.

Vėjo jėgainių gausėjimas ateityje taip pat turės neigiamos įtakos elektros energijos kainai, o laiku užbaigus Olkiluoto 3 branduolinę elektrinę į Suomijos elektros tinklą bus tiekiama daug nelanksčios gamybos energijos. Šildymo poreikiui didžiausią įtaką daro lauko temperatūra ir paros metas. Nedaug kas maudosi po dušu naktį, bet daugelis tai daro rytais. Tiek gamybos, tiek vartojimo kreivė gali staigiai pakilti ir tuoj pat nukristi. Greitai veikiantis energijos akumuliatorius padeda su tuo kovoti.

„Dėl QHeat sukurtos jėgainės mūsų klientai gaus geoterminės energijos privalumus stabilia kaina, patys nieko neinvestuodami ir nesukdami dėl to galvos, – sako Vantaan Energia šildymo verslo direktorius Ilkka Reko. – Geoterminis šildymas puikiai derės prie kitų mūsų siūlomų atsinaujinančios energijos šildymo produktų. Tai novatoriškas atsinaujinančios šiluminės energijos gamybos būdas.“

Vantaan Energia yra drąsi pokyčių energijos sektoriuje skatintoja, aktyviai ieškanti naujų sprendimų, padedančių siekti klimato kaitos mažinimo tikslų, – sako QHeat generalinis direktorius Miska Eriksson. – Malonu bendradarbiauti keičiant centriniam šildymui naudojamą iškastinį kurą jo alternatyvomis. Taip šildant miestus bus išskiriama mažiau anglies dioksido ir kitų teršalų. QHeat misija – padėti visuomenei pereiti prie švarios energijos.“

Vantaan Energia paskelbė, kad ketina greičiau atsisakyti anglies energijos gamybai ir jau 2022 metais jos nebenaudoti.

Oilon patirtis centrinio šildymo srityje

„Oilon veikė aktyviai ir jiems pavyko mus įtikinti, kad jų pasiūlymas pranašesnis, – Maksimow atsako į klausimą, kodėl šilumos siurblių tiekėju pasirinko Oilon. – Jie turi patirties su centrinio šildymo sistemomis ir joms reikalinga temperatūra. Visas jų kolektyvas labai profesionalus, o produktas vertas dėmesio. Dar vienas privalumas – gerai išplėtota nuotolinio stebėjimo sistema, todėl visada žinome, kas vyksta jėgainėje. Pristatytas jėgainės konteineris jau surinktas ir išbandytas. Mums tereikia jį užkelti ant šulinio ir prijungti.“