Бытовые тепловые насосы обеспечивают гибкость даже в самые холодные периоды
На сайте инверторы ру, вы можете купить аккумулятор FIAMM 12FGHL28
Международная исследовательская группа выяснила, что бытовые тепловые насосы «воздух-вода» сохраняют значительную эксплуатационную гибкость даже в экстремальных зимних условиях, поскольку редко работают на полную мощность. Исследование 761 системы в южной Германии показало, что интеллектуальное управление и стратегии аккумулирования тепловой энергии могут обеспечить благоприятный для энергосистемы сдвиг нагрузки при одновременном снижении пикового потребления электроэнергии.
Исследователи из Мюнхенского технического университета (TUM) и австрийская компания iDM Energiesysteme, специализирующаяся на системах отопления, проанализировали работу 761 бытового теплового насоса типа «воздух-вода» на юге Германии и обнаружили, что даже в пиковые зимние периоды эти системы редко работают на пределе своих технических возможностей, что обеспечивает «измеримую» гибкость при перераспределении нагрузки в интересах энергосистемы.
«Мы заметили, что даже в самые холодные периоды, которые мы рассматривали, системы тепловых насосов редко работают на полную мощность, что оставляет пространство для гибкой эксплуатации и перераспределения нагрузки в зависимости от состояния энергосистемы, — рассказал автор исследования Томас Хаупт. — Чтобы в полной мере использовать этот потенциал гибкости, системы аккумулирования тепла должны эксплуатироваться стратегически в зависимости от состояния энергосистемы».
Для своего анализа исследователи выбрали регион Центральная Бавария, поскольку там достаточно данных о тепловых насосах и наблюдаются ограниченные колебания температуры, связанные с высотой над уровнем моря. Анализируемая территория площадью примерно 120 км × 150 км между Нюрнбергом и Мюнхеном включает в себя данные с 31 метеостанции Немецкого метеорологического института. Два холодных периода — февраль 2021 года и февраль 2023 года — были выбраны на основе анализа исторических данных о температуре и доступности данных о тепловых насосах.
В исследовании участвовали современные модулирующие тепловые насосы типа «воздух-вода», установленные в частных домах, с номинальной мощностью 8–15 кВт. Эксплуатационные данные были собраны с облачной платформы iDM, сэмплированы с интервалом в 15 секунд и агрегированы с интервалом в 15 минут. После фильтрации и предварительной обработки были проанализированы 283 достоверных набора данных о тепловых насосах за 2021 год и 761 набор данных за 2023 год.
К ключевым показателям эффективности относились частота вращения компрессора, время работы, режимы работы системы, тепловая мощность и энергопотребление. Для оценки рабочего поведения, гибкости и влияния внешних факторов, таких как температура окружающей среды, пользовательские настройки и сигналы энергосистемы, были проведены совокупные и индивидуальные оценки системы.
Анализ показал, что в самые холодные периоды средняя частота вращения компрессора оставалась умеренной и составляла 35 % в 2021 году и 29 % в 2023 году. Кроме того, было установлено, что тепловые насосы работают примерно 60–65 % времени, при этом около половины общего времени работы приходится на отопление помещений. Более того, средний коэффициент полезного действия (КПД) во всех режимах работы варьировался от 2,24 до 2,97, увеличиваясь, если рассматривать только отопление помещений.
Агрегированные результаты временных рядов показали четкую взаимосвязь между более низкими температурами наружного воздуха и более высоким потреблением электроэнергии. Однако тепловые насосы так и не достигли своей теоретической максимальной тепловой мощности, что указывает на сохраняющийся потенциал гибкости. Пиковая потребность в электроэнергии приходилась в основном на утренние часы из-за отопления помещений и подготовки горячей воды для бытовых нужд (ГВС). Вклад резервных нагревательных элементов увеличивал пиковые нагрузки, но оставался ограниченным.
Был выявлен значительный запас тепловой гибкости, достигающий 3,5 кВт на систему в 2021 году и 4,61 кВт на систему в 2023 году. Отдельные тематические исследования продемонстрировали различные уровни гибкости, зависящие от размера системы, стратегий управления и рабочих параметров. В целом результаты подтверждают значительный потенциал для перераспределения нагрузки за счет улучшения управления тепловыми насосами и их координации с требованиями энергосистемы, отмечают ученые.
«На основании анализа времени работы компрессора, продолжительности работы и вариативности тепловой нагрузки можно сделать вывод, что время работы можно менять и что тепловые насосы технически способны работать на более высоких уровнях мощности, — заключили они. — Это снижает пиковые нагрузки, создаваемые нагревательным элементом».