Декарбонизация отопления в домах людей является одной из самых сложных областей климатического перехода. Европейской комиссии Стратегия «Волна обновления» обозначил круг необходимых действий. Здесь профессор Мартин Фрир, директор Бирмингемского энергетического института, обсуждает варианты и трудности, с которыми сталкиваются правительства и граждане Великобритании при осуществлении этого перехода, трудности, которые присутствуют во многих других европейских странах.
Вступление
Прохождение COP26 показывает, насколько сложно будет достичь нулевого уровня выбросов с помощью множества теплых слов, но трудно добиться конкретных, целенаправленных и измеримых действий. Искусство — это чистый нулевой переход, который создает инвестиции, рабочие места и экономический рост. Возможно, еще более сложной задачей является управляемый переход, в котором потребитель и избиратель становятся активными участниками. Декарбонизация электроэнергии в некоторой степени была осуществлена за кулисами, поскольку уголь в масштабе сети преобразуется в ветер и солнечную энергию в масштабе сети. Пока сетка не станет нестабильной, потребитель не заметит изменения.
Однако другие сферы декарбонизации более непосредственно затрагивают потребителя посредством видимых изменений в устоявшихся практиках. В некоторых случаях, таких как электромобиль, несмотря на необходимость принятия решения о покупке, этому способствует знание того, что продажа транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания должна быть прекращена, что с электромобилями связана некоторая слава, а для некоторых только мелкие неудобства установки домашней точки зарядки. В других областях изменения более сложны и в отсутствие творческой государственной политики кажутся гораздо более сложными. Яркой иллюстрацией этого является домашнее отопление.
Обезуглероживание Отопление
Для стран с политической философией невмешательства, таких как Великобритания, декарбонизация отопления была оставлена на потом. Жилищный фонд Великобритании довольно беден с точки зрения энергоэффективности, хотя и улучшается. В нем 28 миллионов домов, из которых 17 миллионов (60%) ниже рейтинга энергоэффективности C по нисходящей шкале от AG. На отопление приходится одна треть всех выбросов CO2, дома 20%. Великобритания полагается почти исключительно на газовые системы центрального отопления с конденсационными котлами, которые часто устанавливаются так, что не обеспечивают оптимальную производительность. Таким образом, Великобритания находится в самом низу списка в Европе с точки зрения углеродоемкости бытового отопления.
1: Сети централизованного теплоснабжения.
Кажется, есть три основных варианта, когда речь идет о решениях для отопления с низким или нулевым выбросом углерода. Скандинавская гражданская модель в таких странах, как Швеция, Дания и Финляндия, привела к хорошо развитым системам централизованного теплоснабжения, которые поставляют централизованно вырабатываемое тепло по трубам, подающим горячую воду или пар. Такие системы способны улавливать отходящее тепло промышленных процессов и тепло, выделяемое установками для сжигания отходов. Энергия Amager Bakke из мусороперерабатывающего завода в Копенгагене способный обогреть 150 000 домов, является примером искусства возможного. Многие города Великобритании, примером которых является Бирмингем, имеют системы централизованного теплоснабжения, но они в основном ограничены в плане подключения к муниципальным зданиям. Это подчеркивает проблему развития систем централизованного теплоснабжения; Преобладающая британская модель требует крупного якорного клиента, в противном случае экономическое обоснование для развития сети не существует.
Другая насущная проблема, связанная с централизованным теплоснабжением, заключается в том, что оно часто приводится в действие комбинированными теплоэлектростанциями (ТЭЦ), которые сжигают природный газ. Это означает, что они не особенно низкоуглеродные, и сделать их нулевыми не так просто. Кроме того, источники отработанного тепла, к которым они подключены, например, мусоросжигательные заводы, также не свободны от выбросов углерода, и по мере диверсификации и развития сектора переработки отходов будет развиваться способ использования отходов для производства энергии и тепла. По крайней мере, потребуется улавливание углерода из мусоросжигательных заводов. Обсуждение зонирования в Великобритании может стать шагом вперед для развития будущих сетей централизованного теплоснабжения и преодоления потребности в крупном якорном потребителе. Уровень обязательности или стимулирования потребителей к подключению к системе централизованного теплоснабжения будет агрегировать спрос, предоставляя инвестиционное предложение. Потребительский выбор может быть жертвой.
2: Зеленый водород
Великобритания также обдумывает идею о том, что крупномасштабный зеленый водород может стать толчком к обезуглероживанию тепла. Это было бы простое бытовое вмешательство с модификацией горелки в газовом котле, и, в принципе, большая часть более современных частей газовой сети готова к работе с водородом. Это решение привлекательно для правительства, поскольку представляет собой простую реконфигурацию существующей сети. Параллельно с декарбонизацией электросети переход для потребителя осуществляется легко. Основная проблема заключается в необходимом объеме зеленого водорода и стоимости его производства. Электролиз в настоящее время является основным решением для производства зеленого водорода, а эффективность электролизера составляет около 70%, что означает, что каждая единица электроэнергии производит меньше, чем эквивалентная единица тепловой энергии. Нагрев электрическим сопротивлением по существу 100% эффективен, и поэтому только с точки зрения энергии было бы разумно использовать электричество, которое идет от электролизера, непосредственно к электрическому нагревателю в доме.
3: Тепловые насосы
Третьим вариантом является использование тепловых насосов с электрическим приводом. Тепловые насосы работают, перекачивая тепло из одного места в другое, например, снаружи дома внутрь. Удивительно, но они могут работать даже при очень низких температурах, извлекая остаточное тепло из окружающей среды, например воздуха, воды или земли. Прелесть тепловых насосов в том, что они могут иметь КПД до 300%, т.е. одна единица электрической энергии может дать три единицы тепловой энергии. Норвегия является страной, которая выступает за установку тепловых насосов, и действительно, наибольшее распространение тепловых насосов в Европе приходится на скандинавские страны. Большинство из них, установленных в Норвегии, являются реверсивными — они могут как охлаждать, так и нагревать. Они также в основном представляют собой системы воздух-воздух и не полагаются на «мокрую» радиаторную систему для распределения тепла по дому. Реверсивные тепловые насосы являются наиболее часто устанавливаемым типом тепловых насосов в Европе. С другой стороны, в Великобритании в основном используются системы водяного отопления. Другими словами, тепло от газового котла по дому передается к радиаторам по трубам горячего водоснабжения. Это означает, что самым простым преобразованием является установка геотермального или воздушного теплового насоса, подключенного к системе горячего водоснабжения.
Тогда решение по обезуглероживанию тепла кажется довольно очевидным; установить тепловые насосы. Так почему же этого не происходит? Ответ в Великобритании: это слишком сложно и слишком дорого. Стоимость тепловых насосов более чем в 5 раз превышает стоимость газового котла, и, учитывая низкую тепловую эффективность типичных (60%) домов, установка должна сопровождаться крупными инвестициями в повышение тепловой эффективности, чтобы не оставить домовладельца в дураках. Это означает серьезные вмешательства в дом, которые могут длиться несколько дней и требуют значительных изменений во внешнем виде здания, как внутри, так и снаружи. Как правило, люди заменяют свой котел в момент поломки предыдущего, неудачной покупки, и, следовательно, не будут ждать длительных улучшений энергоэффективности дома для восстановления своей системы отопления и горячего водоснабжения.
Необходимость действий правительства
Стоимость и неудобства означают, что это не будет переход под руководством потребителей и что правительству необходимо взять на себя активную роль. Правительство Великобритании опубликовало Стратегия теплоснабжения и строительства в октябре 2021 года. Прием был в лучшем случае прохладным. Обязательной даты окончания установки газового котла нет; нет дополнительного пакета повышения эффективности, связанного с низкоуглеродным отопительным прибором; и у энергетических компаний нет мандата на установку квоты тепловых насосов. Вместо этого имеется достаточно средств для оплаты установки 90 000 тепловых насосов в стране с 28 миллионами домов и предлагаемого требования, чтобы производители производили отопительные приборы с низким содержанием углерода, которые есть опасность, что никто не купит.
Успех стран на севере Европы указывает путь. Инвестиции в инфраструктуру являются ключевыми, и обеспечение того, чтобы затраты на установку электрического теплового насоса и эксплуатационные расходы были конкурентоспособными по сравнению с газом, имеют решающее значение. Цена на газ в течение долгого времени была барьером для изменений, и добавление собственных политических затрат правительства Великобритании, связанных с декарбонизацией электроэнергии, было наложено на цену электроэнергии. Требуется более сильное вмешательство, и сейчас настало время для некоторых трудных решений.
Политика низкоуглеродного перехода требует творческих решений, сочетающих технические реалии с реальными путями перехода для потребителей и граждан. Те политики, которые справятся с этой задачей и откажутся от старых привычек, зададут темп в предстоящем десятилетии. От этого зависит стремление сохранить правдоподобный курс на минимизацию глобального потепления.
Профессор Мартин Фрир — директор Бирмингемского энергетического института.
Этот блог подготовлен TIPC и партнером EIT Climate-KIC.
