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Secondo alcune fonti, le dimensioni delle tubature destinate ad alimentare un sistema di pompe di calore che preleva acqua dal fiume Reno in Germania sono tali da consentire a una persona di camminarci attraverso in posizione eretta.
Felix Hack, project manager dell’azienda energetica MVV Environment, ha illustrato i piani per estrarre 10.000 litri al secondo attraverso tubi con un diametro di 2 metri a Mannheim, per poi restituire l’acqua dopo l’estrazione del calore.
A ottobre, MVV Energie, la società madre, ha annunciato l’intenzione di costruire quelli che potrebbero essere i moduli di pompe di calore più potenti finora realizzati, costituiti da due unità con una capacità di 82,5 megawatt ciascuna.
Questa potenza combinata potrebbe fornire calore a circa 40.000 abitazioni tramite un sistema di teleriscaldamento. MVV Energie prevede di integrare questo sistema nel sito di una centrale a carbone in fase di transizione verso tecnologie più pulite.
Le dimensioni delle pompe di calore sono state determinate, in parte, dalle limitazioni logistiche sul trasporto dei macchinari attraverso le strade di Mannheim o tramite chiatte sul Reno. “Questo deve ancora essere confermato”, ha affermato Hack. “Il trasporto fluviale rimane una possibilità.”
Alexandre de Rougemont di Everllence (precedentemente MAN Energy Solutions), un’altra azienda tedesca che produce pompe di calore su larga scala, ha riconosciuto il progetto. “È una competizione, certamente”, ha detto. “Siamo trasparenti al riguardo.”
Le pompe di calore estraggono energia termica da fonti come l’aria, il suolo o, in questo caso, corpi idrici. I refrigeranti all’interno delle pompe evaporano anche con un leggero riscaldamento.
La compressione del refrigerante amplifica ulteriormente il calore. Questo processo, presente anche nelle pompe di calore residenziali, viene semplicemente eseguito su una scala enormemente maggiore per servire interi distretti urbani.
Mentre le città di tutto il mondo perseguono la decarbonizzazione, molte stanno optando per grandi pompe di calore integrate con reti di teleriscaldamento.
Queste reti distribuiscono acqua calda o vapore a più edifici attraverso estese tubature. Modelli di pompe di calore sempre più grandi vengono sviluppati per soddisfare la crescente domanda.
“C’era una forte pressione per passare alla generazione di calore da fonti nuove, soprattutto rinnovabili”, ha spiegato Hack, riferendosi alla dismissione delle unità a carbone presso la centrale di Mannheim. La vicinanza del sito al Reno, il sostanziale collegamento alla rete e la rete di teleriscaldamento esistente lo rendono una posizione logica per l’installazione di pompe di calore.
Ha sottolineato che la tecnologia è resa possibile dalla disponibilità di grandi compressori dall’industria petrolifera e del gas, dove vengono utilizzati per comprimere i combustibili fossili.
I lavori sul progetto di Mannheim dovrebbero iniziare il prossimo anno, con le pompe di calore da 162 MW previste per essere pienamente operative nell’inverno 2028-29. Hack ha anche notato che un sistema di filtraggio a più stadi impedirà l’aspirazione di pesci e la modellazione indica che il sistema altererà la temperatura media del fiume di meno di 0,1°C.
Tali installazioni richiedono un ingente capitale. L’installazione di Mannheim dovrebbe costare 200 milioni di euro (235 milioni di dollari; 176 milioni di sterline). De Rougemont di Everllence stima i costi delle attrezzature per pompe di calore a circa 500.000 euro per megawatt di capacità installata, esclusi i costi aggiuntivi per le infrastrutture.
Anche Everllence è impegnata in un progetto ad Aalborg, in Danimarca, destinato a superare il sistema di Mannheim con una capacità totale di 176 MW. Questo sistema utilizzerà quattro unità da 44 MW ed è previsto per l’operatività nel 2027, fornendo quasi un terzo del fabbisogno di riscaldamento della città.
Le macchine da 44 MW sono identiche a quelle di un progetto pienamente operativo a sud di Aalborg a Esbjerg, dove operano a 35 MW ciascuna.
Grandi serbatoi di accumulo di acqua calda, ciascuno contenente 200.000 metri cubi, aggiungeranno flessibilità al sistema. “Quando i prezzi dell’elettricità sono alti, la pompa di calore può essere messa in pausa e il calore fornito dall’accumulo”, ha spiegato de Rougemont.
Veronika Wilk dell’Austrian Institute of Technology ha dichiarato: “Le pompe di calore e i sistemi di teleriscaldamento sono un’accoppiata eccellente”. Tali sistemi possono estrarre calore da fonti d’acqua o persino dalle acque reflue degli impianti di trattamento delle acque reflue.
La dott.ssa Wilk ha osservato che l’utilizzo di più grandi pompe di calore su una rete di teleriscaldamento aumenta la flessibilità e l’efficienza, ad esempio facendo funzionare solo due delle quattro pompe di calore in autunno quando la domanda di calore è inferiore.
Mentre la maggior parte dei sistemi preleva energia dall’acqua, alcune pompe di calore molto grandi utilizzano l’aria come fonte di calore, anche in città più fredde come Helsinki.
“Il mare di fronte a Helsinki è troppo poco profondo”, ha spiegato Timo Aaltonen, senior vice president del riscaldamento e del raffreddamento presso l’azienda energetica Helen Oy. “Abbiamo calcolato che avremmo dovuto costruire un tunnel lungo più di 20 km fino all’oceano, per ottenere abbastanza acqua [con una] temperatura abbastanza alta.”
Helsinki sta subendo una significativa revisione del suo sistema di teleriscaldamento, aggiungendo pompe di calore, bruciatori a biomassa e caldaie elettriche a una rete di 1.400 km che collega quasi il 90% degli edifici della città, ha aggiunto Aaltonen.
Le pompe di calore convertono singoli kilowattora di elettricità in multipli kilowattora di calore, mentre le caldaie elettriche no e sono considerate meno efficienti.
Alla domanda sulla decisione di Helen Oy di installare centinaia di megawatt di queste caldaie, Aaltonen ha spiegato che sono più economiche da installare rispetto alle pompe di calore e riducono la dipendenza dall’aria, che ha dei limiti in termini di fornitura di calore su larga scala. Inoltre, le caldaie elettriche possono assorbire le eccedenze di energia rinnovabile e fornire funzioni di bilanciamento della rete.
Il Regno Unito attualmente non dispone di pompe di calore paragonabili a quelle in fase di sviluppo in Danimarca, Germania e Finlandia. Tuttavia, stanno emergendo nuove reti di teleriscaldamento, come l’Exeter Energy Network, che servirà l’Università di Exeter e altri clienti.
La capacità minima pianificata della rete è di 12 MW, con tre pompe di calore aria-acqua da 4 MW, con la prima unità che dovrebbe essere operativa nel 2028.
Keith Baker della Glasgow Caledonian University, un ricercatore di sistemi di teleriscaldamento, ritiene che il Regno Unito possa utilizzare meglio questa tecnologia. L’acqua nelle miniere dismesse, che mantiene temperature stabili, sta iniziando a fornire pompe di calore più grandi qui, ad esempio.
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