Тепловые насосы – мощная технология энергетической трансформации

У листопаді 2022 року Міжнародне енергетичне агентство (IEA) вперше опублікувало тематичний звіт під назвою "Майбутнє теплових насосів". 

До цього таку увагу отримували лише традиційні викопні або відновлювані джерела енергії та пов’язані з ними технології. У звіті йдеться про те, що теплові насоси, що працюють на електроенергії з відновлюваних джерел, є центральною технологією глобального переходу до безпечного та сталого опалення. 

За даними цього Агентства, теплові насоси у три-п’ять разів більш енергоефективні за бойлери, що працюють на природному газі (або на біометані). 

Технологія дозволяє забезпечувати не тільки опалення, але й охолодження приміщень, що суттєво додає переваг у пошуку відповідей на виклики декарбонізації та досягнення кліматичної нейтральності.

Чому в світі активно просувають ідею теплових насосів

На жаль, попри певні стимули, з 2010 року динаміка встановлення теплових насосів була не надто обнадійливою. 

Теплові насоси задовольняють лише близько 10% глобальної потреби в опаленні будівель, й це нижче рівня розгортання, необхідного для виконання сценарію чистих нульових викидів до 2050 року. Проте, впродовж останнього року ситуація почала суттєво змінюватись.

Прагнучи подолати залежність від російського викопного палива, Європейська комісія у травні 2022 року затвердила план REPowerEU, яким, серед іншого, заплановано подвоєння темпу запровадження теплових насосів. 

За розрахунками Європейської асоціації теплових насосів, досягнення цілей REPowerEU потребує встановлення близько 20 мільйонів теплових насосів до 2026 року та майже 60 мільйонів до 2030 року. 

Таким чином вдасться не лише підвищити енергетичну безпеку ЄС коштом значного скорочення імпорту викопного палива з росії, а і зменшити споживання природного газу для опалення та охолодження будинків, а також у будівлях і промисловості загалом. 

Потужний поштовх використанню теплових насосів у США дало прийняття закону про зниження інфляції (The Inflation Reduction Act) у серпні 2022 року, що передбачає бюджет у 500 мільярдів доларів у вигляді нових витрат та податкових пільг, які спрямовані на збільшення чистої енергії, скорочення витрат на охорону здоров'я та збільшення податкових надходжень. 

Серед ключових технологій, на розвиток яких спрямований цей закон, — і технологія теплових насосів.

Прийняття європейських ініціатив, свого часу, спонукало й Україну до розробки нормативно-правових документів, що мають створити базу для стимулювання застосування теплонасосних технологій.

Теплові насоси: наскільки це пріоритетно для України

У 2017 році Україна прийняла зміни до закону "Про альтернативні джерела енергії", де вказано, що "отриману за допомогою теплових насосів аеротермальну, гідротермальну або геотермальну теплову енергію слід вважати видобутою з відновлюваних джерел енергії за умови, що кінцевий вихід енергії значно перевищує первинне споживання енергії, потрібної для приведення в дію теплових насосів". 

Держенергоефективності спільно з Інститутом технічної теплофізики НАН України з метою формування звіту для Енергетичного Співтовариства про досягнутий прогрес у сприянні та використанні енергії з відновлюваних джерел розробило Методику обчислення частки енергії, виробленої тепловими насосами.

Відповідно до отриманої інформації Держенергоефективності розрахувало обсяг енергії, виробленої тепловими насосами за 2021 рік (згідно з методикою), який склав 408 ГВт*год, що еквівалентно встановленій потужності 1620 МВт.

Також, у 2017 році був прийнятий закон "Про енергетичну ефективність будівель", яким передбачено створення умов зниження енергоспоживання в будівлях у відповідності до Директиви 2010/31/ЄС. 

У пункті 5 статті 12 цього закону зазначено, що "під час вибору джерел енергопостачання об’єкта будівництва пріоритет надається високоефективним джерелам енергопостачання, зокрема, тепловим насосам".

Проєкт Концепції "Стратегії термомодернізації будівель до 2050 року", що розроблений Мінрегіоном, передбачає "взаємоузгодження термомодернізації будівель і мереж важливе для декарбонізації, яка на рівнях 80-95% досягається використанням чистої енергії з місцевих відновлювальних джерел, скидного тепла, теплових насосів для зон із низькою щільністю теплового навантаження (садибна забудова), та підключення до ефективного ЦТ (централізованого теплозабезпечення) для зон із високою щільністю (багатоквартирна)".

Серед актів, які вже прийняті та далі готуються для прийняття на виконання Угоди про асоціацію між Україною та ЄС в рамках імплементації ратифікації Угоди про створення Енергетичного Співтовариства, є і ті, що сприяють підвищенню енергоефективності та зменшенню обсягів використання вуглецевмісних матеріалів, в тому числі - відповідні технічні регламенти вимог з екодизайну енергоспоживчої продукції.

Проєктом Національного плану дій з розвитку відновлюваної енергетики до 2030 року, що розроблений Держенергоефективності, пропонується ціль у секторі опалення та охолодження — 35% енергії з ВДЕ у кінцевому енергоспоживанні до 2030 року, що потребує будівництва 35,6 ГВт нових потужностей, у тому числі 5,1 ГВт — теплових насосів.

Як стимулювати застосування теплових насосів

Проблематично, що вхідний поріг інвестицій у технологію теплових насосів дещо високий, у порівнянні з традиційними технологіями отримання тепла з викопних та альтернативних палив. 

Але переваги економії у життєвому циклі перевищують бар’єри. Особливо, якщо врахувати перспективу підвищення податків на викиди СO2 та певну обмеженість доступності альтернативних палив.

Для зниження вхідного бар'єра має бути розбудована система стимулів. Перш за все, у теплозабезпеченні та охолодженні будівель соціальної сфери, системи охорони здоров'я, науки та освіти — скрізь, де є такий сенс та позиція держави або громад. 

Мають бути сформовані спеціальні програми для закладів охорони здоров'я, науки та освіти, культури тощо.

Серед заходів, що потрібно реалізувати задля розвитку використання теплових насосів в Україні, необхідно:

• Створити каталог техніко-економічних обґрунтувань для реалізації проєктів із застосуванням різних типів теплових насосів на різних (типових) об’єктах;
• Стимулювати наукові розробки, спрямовані на створення більш дешевої та ефективної теплонасосної техніки, сумірної із середнім рівнем доходів домогосподарств;
• Розробити моделі підтримки теплонасосних проєктів з боку державного та інших фондів енергоефективності;
• Включити у практику проєктування нових будівель та реконструкції існуючих обов'язкового першочергового розгляду варіантів теплопостачання на базі теплових насосів; 
• Реалізувати взірцеві демо-проєкти з використанням технологій теплових насосів для типових об’єктів соціальної сфери;
• Реалізувати демо-проєкти з використанням скидного потенціалу промислового виробництва із застосуванням технології теплових насосів;
• Реалізувати демо-проєкти з розбудови енергоефективної системи централізованого теплопостачання із застосуванням технології теплових насосів на базі району у середньому місті;
• Опрацювати питання можливого застосування до теплових насосів "зелених" знижок на електричну енергію на основі погодження інтересів користувачів, енергосистеми та держави, з урахуванням можливості використання теплових насосів у регулюванні навантажень енергетичної системи.

За слушною думкою експертів IEA, уряди країн мають працювати з національною промисловістю, щоб зменшити перешкоди на стороні пропозиції через створення сприятливих умов для виробництва та інжинірингу.

Задля енергозабезпечення індивідуального житла має бути сформована модель стимулювання комплексного рішення з 3-х компонентів — фотовольтаїка у генерації електроенергії, система накопичення електроенергії та тепловий насос. 

Разом із запровадженням якісної та продуманої моделі net billing це має бути поштовхом для масштабної енергомодернізації індивідуального житла, в якому мешкає більш ніж половина українців, і яке сьогодні не має жодної системної підтримки у сфері енергоефективності. 

Великий потенціал застосування теплових насосів є й у модернізації централізованого теплозабезпечення, і у промисловості.

Не менш очевидним є те, що без адекватних ринкових відносин на енергетичних ринках України перспективи розвитку нових технологій, включно із тепловими насосами, — примарні.

За умов, що технологія теплових насосів в Україні отримає належну увагу, вона здатна допомогти не тільки розв'язувати питання підвищення рівня енергетичної ефективності, декарбонізації економіки, але й стати потужною базою для розвитку національного промислового та інжинірингового бізнесу, що має потенціал не тільки задовольнити внутрішні потреби, але і виходити на зовнішні ринки, й перш за все — ринок ЄС, де попит на установку теплових насосів в наступні десять років буде суттєво перевищувати пропозицію.