Замена газовых котлов тепловыми насосами – самый быстрый способ сократить потребление газа в Германии

Apr 27, 2023

Коммуникации Земля и окружающая среда, том 4, Номер статьи: 56 (2023 г.) Цитировать эту статью

9354 Доступа

310 Альтметрика

Подробности о метриках

Надежность поставок ископаемого газа была нарушена российско-украинской войной. Решения о переносе добычи и транспортировки газа стали настолько неотложными, что неизбежны новые долгосрочные контракты, которые подрывают Парижское климатическое соглашение. Здесь мы моделируем, как быстро добавление возобновляемой электроэнергии и установка тепловых насосов могут заменить достаточно газа, чтобы снизить риск поставок, одновременно делая решающий шаг на пути к выполнению Парижского соглашения. Наше восходящее моделирование на примере Германии показывает технические пути того, как установка тепловых насосов является одним из самых быстрых способов снижения потребления газа, а также сокращения часов нагрузки газовых электростанций. При целенаправленных усилиях максимально 60% газа из Российской Федерации может быть заменено к 2025 году тепловыми насосами и расширением сети, и останется достаточно электроэнергии, чтобы поэтапный отказ от угля и переход на электромобильность по-прежнему будут практически осуществимы.

Чтобы избежать повышения глобальной средней температуры более чем на 1,5 °C по сравнению с доиндустриальным уровнем, необходима быстрая дефоссилизация глобальных энергетических систем1. Принятым путем достижения этой цели экономически эффективно2 в электроэнергетическом секторе является быстрая замена ископаемого топлива преимущественно фотоэлектрическими (PV), ветровыми энергиями и дополнительным балансированием за счет различных возобновляемых источников3. Еще одним сектором энергетики, вызывающим выбросы парниковых газов, является отопление4. Сокращение выбросов при отоплении может потребоваться одновременно с помощью различных средств, включая теплоизоляцию зданий, использование солнечной энергии и замену газовых и жидкотопливных котлов тепловыми насосами5,6, работающими на возобновляемой электроэнергии, которые считаются основным компонентом деископации энергетической системы3 ,7,8. Кроме того, для эффективного использования тепла важным является сознательное поведение потребителей9, сети централизованного теплоснабжения, основанные на использовании промышленного отработанного тепла, солнечной тепловой и геотермальной энергии, а также различных технологий хранения10. Распространение древесины, пеллет и другой биомассы для отопления ограничено и часто является неустойчивым11. Широко распространено мнение, что возобновляемый водород непригоден для отопления жилых помещений, поскольку его придется поставлять за половину стоимости электроэнергии (но для производства эквивалентного количества водорода требуется примерно в три раза больше электроэнергии), а общая стоимость системы составит примерно в два раза выше, чем для тепловых насосов12,13. При всем этом разнообразии в моделях комплексной оценки4 тепловому производству отведено более широкое разнообразие путей развития, чем электрическому.

Надежность поставок ископаемого газа была внезапно нарушена недавней российско-украинской войной. Решения о перемещении производства и логистики стали настолько срочными, что новые долгосрочные контракты угрожают подорвать Парижское климатическое соглашение14. В этой статье мы разрабатываем путь, который снижает риск поставок, одновременно делая решающий шаг к выполнению Парижского соглашения. Мы предполагаем, что одним из самых быстрых способов является установка тепловых насосов, поскольку они не требуют особых процедур планирования и утверждения и являются модульными, как и фотоэлектрические. Однако тепловые насосы конкурируют за ту же возобновляемую электроэнергию, что и газовые электростанции. Кроме того, в ряд зимних дней, когда солнечной и ветровой энергии недостаточно, электроэнергию для тепловых насосов должны обеспечивать газовые электростанции. Поэтому неясно, сколько газа можно заменить таким образом, особенно если изоляция зданий невелика, и тепловые насосы могут работать неэффективно. Поэтому мы моделируем потребление газа в жилых зданиях, в промышленности, а также при производстве электроэнергии в Германии с почасовым разрешением. Приоритет отдается максимальной замене ископаемого газа возобновляемой электроэнергией. В качестве примера мы используем Германию, поскольку доступ к необходимым данным широко доступен, а отопление в основном основано на природном газе (50%) и нефти (25%)15. Однако наша методология и результаты широко применимы и к другим странам с умеренным климатом.