Odzysk ciepła podnosi efektywny COP systemu z pompą ciepła do 7

Wykorzystując odzyskane ciepło odpadowe z instalacji kotłowej jako źródło ciepła dla pompy ciepła, rozwiązanie to dostarcza ciepło o wyższej temperaturze przy efektywnym współczynniku COP wynoszącym 7, w porównaniu z typowym zakresem COP 3–5 dla samodzielnie pracujących pomp ciepła.

Branże

Przemysł farmaceutyczny

Lokalizacja

Stany Zjednoczone

Zintegrowane rozwiązanie

HeatSponge™, FLU-ACE™ i pompa ciepła

Poznaj rozwiązania

W tym północnoamerykańskim zakładzie produkcji farmaceutycznej firma Thermal Energy International rozbudowała istniejący system odzysku ciepła z instalacji kotłowej, tworząc zintegrowane rozwiązanie łączące odzysk ciepła i pompę ciepła.

Projekt wykorzystuje odzyskane ciepło odpadowe z instalacji kotłowej jako źródło ciepła dla pompy ciepła, umożliwiając uzyskanie użytecznego ciepła o wyższej temperaturze przy efektywnym współczynniku COP wynoszącym 7, w porównaniu z typowym zakresem COP 3–5 dla samodzielnie pracujących pomp ciepła. Poprawiając opłacalność elektryfikacji wytwarzania ciepła, system ogranicza zapotrzebowanie na paliwa kopalne, jednocześnie wspierając długoterminową strategię dekarbonizacji klienta.

Oczekuje się, że projekt przyniesie około 223 300 GBP rocznych oszczędności operacyjnych, ograniczy zużycie paliwa o około 4 400 MWh rocznie oraz zmniejszy roczne emisje o około 759 ton CO₂e.

Wyzwanie: więcej niż krótkoterminowe działanie na rzecz efektywności

Projekt musiał wspierać krótkoterminowe cele redukcji emisji CO₂ do 2030 r., podczas gdy długoterminowa strategia klienta zakładała szerszą elektryfikację systemów grzewczych z wykorzystaniem pomp ciepła do 2050 r. — co rodziło istotne pytanie o trwałość tej inwestycji. Pojawiło się więc istotne pytanie: czy projekt odzysku ciepła z instalacji kotłowej nadal będzie miał wartość w miarę odchodzenia zakładu od ciepła wytwarzanego z paliw kopalnych?

Zakład posiadał już działający system odzysku ciepła, jednak nie wykorzystywał on w pełni swojego potencjału dekarbonizacyjnego. Kilka elementów pierwotnego systemu wymagało również wymiany lub rekonfiguracji, co stworzyło możliwość spojrzenia na system szerzej niż tylko jako na konwencjonalne rozwiązanie poprawiające efektywność instalacji kotłowej.

Po przeprowadzeniu oceny wydajności Thermal Energy International ustaliła, że system dysponował około 50-procentową rezerwą wydajności, którą można było wykorzystać na potrzeby innych odbiorników ciepła. Ustalenie to zmieniło uzasadnienie inwestycji: istniejący system odzysku ciepła można było rozbudować tak, aby z rozwiązania poprawiającego efektywność instalacji kotłowej stał się praktyczną platformą dekarbonizacji, ograniczając zużycie paliwa już teraz, a jednocześnie pozostając istotnym elementem długoterminowej ścieżki elektryfikacji zakładu.

Rozwiązanie: wykorzystanie ciepła odpadowego z instalacji kotłowej jako źródła ciepła o wyższej temperaturze dla pompy ciepła

Thermal Energy International opracowała rozwiązanie obejmujące rozbudowę i modernizację istniejącego systemu odzysku ciepła, integrując własne technologie — system kondensacyjny FLU-ACE™ w technologii bezpośredniego kontaktu oraz ekonomizer pośredni HeatSponge™ — z pompą ciepła. System zaprojektowano jako wieloetapową strategię odzysku energii cieplnej: najpierw odzyskiwane jest ciepło jawne, następnie ciepło utajone, po czym odzyskana energia jest wykorzystywana jako źródło ciepła dla pompy ciepła i dostarczana w postaci użytecznego ciepła o wyższej temperaturze do istniejących oraz przyszłych odbiorników ciepłej wody.

Zmodernizowany system odzyskuje ciepło z trzech strumieni spalin kotłowych oraz z odpowietrzenia odgazowywacza. Odzyskana energia jest następnie wykorzystywana na potrzeby wielu odbiorników ciepła, w tym do podgrzewania wody zasilającej kotły, wody uzupełniającej do kotłów, wody uzupełniającej USP (wody do przygotowania produktów leczniczych wg Farmakopei Stanów Zjednoczonych), ciepłej wody użytkowej, wody w obiegu grzejnikowym, wody w obiegu wspomagającym oraz obiegu ciepłej wody grzewczej.

HeatSponge™ zapewnia pierwszy stopień odzysku, wykorzystując spaliny kotłowe do wstępnego podgrzewania wody zasilającej przed jej powrotem do kotłów. Pozwala to odzyskać ciepło jawne ze strumienia spalin i ograniczyć ilość paliwa potrzebnego do podgrzania wody zasilającej do warunków wymaganych do wytwarzania pary.
FLU-ACE™ zapewnia kondensacyjny stopień odzysku, schładzając spaliny kotłowe poniżej punktu rosy w celu odzyskania ciepła utajonego, które w przeciwnym razie zostałoby utracone przez komin. Ciepło to jest przekazywane do obiegu ciepłej wody, tworząc źródło ciepła o wyższej temperaturze, odpowiednie do integracji z pompą ciepła.

Krzywa odzysku ciepła ze spalin instalacji kotłowej

Pompa ciepła podnosi następnie temperaturę odzyskanego ciepła odpadowego z instalacji kotłowej do poziomu odpowiedniego dla zakładowej instalacji ciepłej wody grzewczej. Był to kluczowy punkt integracji: obieg ciepłej wody grzewczej wymagał temperatur wyższych niż te, które mógł zapewnić sam odzysk ciepła, dlatego pompa ciepła wykorzystuje energię cieplną już dostępną w instalacji kotłowej zamiast bardziej typowych źródeł o niższej temperaturze, takich jak woda chłodząca, grunt czy powietrze. Pozwoliło to zwiększyć efektywny współczynnik COP całego systemu i ograniczyć emisje CO₂ przy niższych kosztach eksploatacyjnych niż w przypadku konwencjonalnej, samodzielnie pracującej pompy ciepła.

Integracja wymagała starannego doboru mocy pompy ciepła do zmiennego obciążenia zakładu, integracji układów sterowania i automatyki z istniejącymi systemami mediów oraz odpowiedniej konfiguracji obiegu odzyskanego ciepła, tak aby umożliwić uzyskanie temperatury wody grzewczej powyżej 87°C.

Wyniki: mierzalna redukcja emisji bez ryzyka utraty wartości przyszłych inwestycji

Oczekuje się, że projekt ograniczy zużycie paliwa w zakładzie o około 11%, a przedstawione powyżej roczne oszczędności i redukcje emisji stanowią krótkoterminowe uzasadnienie biznesowe dla modernizacji.

W regulowanym środowisku produkcji farmaceutycznej kluczowe znaczenie miał również sposób realizacji projektu. Najważniejsze prace przyłączeniowe wykonano podczas planowanych postojów kotłów, dzięki czemu nie było konieczności wprowadzania dodatkowych przerw w produkcji, a ryzyko dla działalności zakładu zostało ograniczone.

Projekt wzmocnił również uzasadnienie inwestycyjne dla długoterminowej dekarbonizacji. Znaczna część modernizacji obejmowała infrastrukturę dystrybucji ciepłej wody o niskiej temperaturze oraz rozwiązania integracyjne, które pozostaną przydatne przy przyszłym przejściu na pompy ciepła. Pozwala to zakładowi już teraz ograniczać zużycie paliwa i emisje, a jednocześnie rozwijać infrastrukturę wspierającą kolejny etap elektryfikacji.

Powtarzalny model dekarbonizacji

Projekt ten bazuje na wcześniejszej instalacji FLU-ACE™ zrealizowanej dla tego samego klienta w Ameryce Północnej, potwierdzając wartość powtarzalnego modelu technicznego nadającego się do zastosowania w regulowanym środowisku produkcji farmaceutycznej.

Łącznie projekty te pokazują, w jaki sposób integracja odzysku ciepła i pomp ciepła może wspierać dekarbonizację przedsiębiorstwa w wielu zakładach. W przypadku producentów farmaceutycznych posiadających centralne instalacje kotłowe, całoroczne zapotrzebowanie na ciepłą wodę, regulowane procesy produkcyjne oraz długoterminowe cele redukcji emisji projekt pokazuje praktyczne, etapowe podejście: ograniczyć zużycie paliw kopalnych już teraz, poprawić opłacalność elektryfikacji wytwarzania ciepła i przygotować istniejącą infrastrukturę do dalszej dekarbonizacji w przyszłości.

Dowiedz się więcej

Skontaktuj się z naszym zespołem

Jeśli chcesz ograniczyć zużycie paliwa, emisje Scope 1 lub koszty operacyjne, pomożemy określić realne możliwości wdrożenia:

identyfikacja strat energii
wybór najbardziej efektywnych rozwiązań
jasne wytyczne wdrożeniowe