Skoraj 20 milijonov gospodinjstev po svetu je leta 2019 kupilo toplotne črpalke. Čeprav so nekatere od teh reverzibilne, ki le delno pokrivajo potrebe po ogrevanju prostora in vode, je rast očitna na vseh primarnih ogrevalnih trgih. Ti so v Severni Ameriki, Evropi in Severni Aziji. Čeprav so toplotne črpalke v mnogih državah celo najpogostejša tehnologija v novo zgrajenih hišah, zadovoljujejo le 5% svetovnega povpraševanja po ogrevanju stavb. Prodaja toplotnih črpalk torej še ni povsem zadovoljiva.
Ker se mora njihov delež do leta 2030 v skladu s varnostnimi smernicami potrojiti, je potrebna:
- nadaljnja podpora politiki in inovacijam za zmanjšanje vnaprejšnjih stroškov nakupa in namestitve,
- odstranjevanje tržnih ovir za prenove ter
- izboljšanje energetske učinkovitosti in alternativ hladilnega sredstva.
V prispevku bomo povzeli (1) nekaj globalne statistike, zanimivosti in kakšna je prodaja toplotnih črpalk glede na vrste te tehnologije.
Kazalo
Rast trga toplotnih črpalk je neenakomerna, večina namestitev je v novozgrajenih hišah
Prodaja toplotnih črpalk še vedno zadovoljuje le majhen delež povpraševanja po toploti v stanovanjih (približno 5 % leta 2019), Medtem so fosilna goriva in običajne električne tehnologije leta 2019 ustvarile tri četrtine prodaje po vsem svetu.
Gradbeni segment stavbnega sektorja je odgovoren za večino nakupov tehnologije toplotnih črpalk. V mnogih državah toplotne črpalke beležijo največji tržni delež vseh ogrevalnih tehnologij. V ZDA na primer delež prodaje toplotnih črpalk za novo zgrajene stavbe presega 40 % za enodružinska stanovanja in je blizu 50 % za nove večstanovanjske stavbe.
Trg EU se hitro širi, leta 2018 je toplotno črpalko kupilo približno 1,3 milijona gospodinjstev (12-odstotna letna povprečna rast od leta 2015). Francija, Italija in Španija so odgovorne za polovico celotne prodaje v Evropski uniji. Švedska, Estonija, Finska in Norveška pa imajo najvišjo stopnjo prodaje. Tu se vsako leto na 1000 gospodinjstev proda več kot 25 toplotnih črpalk.
Vendar pa je po vsem svetu še vedno potreben napredek, da bi povečali tak način ogrevanja v obstoječih objektih.
Vsi podtipi tehnologije toplotnega črpanja postajajo vse bolj priljubljeni
Toplotna črpalka zrak-zrak se v zadnjih letih hitro širi in trenutno na tržišču prevladuje. V ZDA npr. so se letne pošiljke povečale z 2,3 milijona enot v letu 2015 na 3,1 milijona v letu 2019.
Številni dejavniki so povečali priljubljenost tehnologij zrak-zrak, vključno
- z razvojem politike in nadgrajenimi gradbenimi standardi, zaradi katerih so toplotne črpalke v novih stavbah bolj konkurenčne,
- in naraščajočim povpraševanjem po klimatizaciji.
Prodaja toplotnih črpalk za proizvodnjo sanitarne tople vode se je od leta 2010 več kot potrojila, predvsem zaradi nakupov na Kitajskem. Subvencije za zamenjavo kotlov na premog s toplotnimi črpalkami zrak-voda s pomočjo programa premoga do električne energije na severu Kitajske so v letu 2017 povečale prodajo na 1,3 milijona enot.
Japonska je drugi največji trg, čeprav se je prodaja toplotnih črpalk nekoliko zmanjšala s 570.000 enot v letu 2010 na 480.000 v letu 2018.
V Evropi je obseg prodaje manjši, vendar strmo narašča, saj je bilo leta 2018 prodanih 155.000 grelnikov vode s toplotno črpalko. Leta 2010 pa približno 30.000. V kombinaci s toplotno črpalko se veliko prodajajo tudi energetsko učinkovite sončne elektrarne, ki še potencirajo delovanje črpalk.
Zemeljske toplotne črpalke so po vsem svetu manj pogoste, letna prodaja znaša približno 400.000. Več kot polovica naprav je v ZDA, kjer so se pošiljke in naprave od leta 2010 več kot podvojile. Deloma tudi zaradi 30-odstotne zvezne davčne olajšave v letih 2008-16 in 2018-21.
Švedska in Nemčija sta glavna evropska trga, ki vsako leto prodata od 20 do 30.000 enot v vsaki državi. Prodaja toplotnih črpalk je dejansko najvišja na Švedskem. Tam imajo najvišjo stopnjo namestitev črpalke na prebivalca po vsem svetu.
Reverzibilne klimatske naprave, ki lahko zagotavljajo ogrevanje in hlajenje iz iste naprave, so v nekaterih državah zelo pogoste. To pomeni, da toplotne črpalke niso nujno glavni vir ogrevanja stavbe. Na primer, reverzibilne toplotne črpalke so zelo razširjene na severu Kitajske za poletno hlajenje. Kljub temu se več kot 80 % prebivalstva v tej regiji pozimi zanaša na daljinsko ogrevanje. Na Japonskem, v Koreji, Evropi in ZDA se reverzibilne toplotne črpalke pogosto uporabljajo za ogrevanje in hlajenje.
Sezonsko delovanje toplotnih črpalk se nenehno izboljšuje
Tipični sezonski faktor učinkovitosti toplotnih črpalk – kazalnik povprečne letne energetske učinkovitosti – se je od leta 2010 stalno povečeval na skoraj 4 danes za večino primerov ogrevanja prostorov.
Pogosto je lahko doseči faktorje 4, 5 ali več, zlasti v razmeroma blagih podnebjih, kot so sredozemska regija ter osrednja in južna Kitajska. Nasprotno pa v ekstremno hladnih podnebjih, kot je severna Kanada, nizke zunanje temperature zmanjšujejo energetsko učinkovitost trenutno razpoložljivih tehnologij v povprečju v zimski sezoni na približno 3 – 3,5.
Prehod z neinverterske na inverterske tehnologije v zadnjih desetletjih je povečal učinkovitost. Danes se inverterske tehnologije izogibajo velikemu delu izgube energije. Ta je posledica zaustavitev in zagonov neinverterskih tehnologij, hkrati pa zmanjšujejo dvig temperature kompresorja.
Predpisi, standardi in označevanje so skupaj s tehnološkim napredkom spodbudili globalno izboljšanje. Na primer, povprečni faktor sezonske učinkovitosti toplotnih črpalk, prodanih v Združenih državah Amerike, se je leta 2006 povečal za 13 %. Leta 2015 pa za 8 % po dveh povečanjih minimalnih standardov energetske učinkovitosti.
Poleg nadaljnjih izboljšav cikla kompresije hlapov (npr. s komponentami naslednje generacije) bi dvig faktorja sezonske učinkovitosti toplotne črpalke na 4,5 – 5,5 do leta 2030 zahteval sistemsko usmerjene rešitve (za optimizacijo rabe energije v celotni zgradbi). Potreboval bi tudi uporabo hladilna sredstva z zelo nizkim ali ničelnim potencialom globalnega segrevanja.
Dobra prodaja toplotnih črpalk bi lahko zadovoljila 90 % svetovnih potreb po ogrevanju z nižjim ogljičnim odtisom kot plinski kondenzacijski kotli
Električne toplotne črpalke še vedno ne pokrivajo več kot 5 % potreb po ogrevanju v stavbah po vsem svetu. Lahko bi namreč oskrbele več kot 90 % svetovnega ogrevanja prostora in vode z nižjimi emisijami CO2. Tudi če se upošteva intenzivnost ogljikove intenzivnosti električne energije v zgornjem toku. Tehnologija kondenzacijskega plinskega kotla (ki običajno deluje z 92 – 95% izkoristkom).
Zaradi nenehnih izboljšav energetske učinkovitosti toplotne črpalke in čistejše proizvodnje električne energije je to potencialno pokritje velik napredek glede na 50-odstotno raven iz leta 2010.
Politike, ki od od leta 2015 pospešujejo uporabo toplotne črpalke
Programi energetske učinkovitosti, značilni za toplotne črpalke
Na Kitajskem subvencije v okviru Akcijskega načrta za preprečevanje in nadzor onesnaževanja zraka pomagajo zmanjšati vnaprejšnje stroške namestitve in opreme. Kitajsko ministrstvo za varstvo okolja je februarja 2017 uvedlo subvencije za toplotne črpalke z zračnimi viri v različnih kitajskih provincah. Npr. Od 24 000 do 29 000 CNY na gospodinjstvo v Pekingu, Tianjinu in Shanxiju. Podobna shema obstaja na Japonskem s svojim varčevanjem z energijo.
Drugi programi so posebej usmerjeni na toplotne črpalke tla. V Pekingu in po ZDA 30 % začetnih stroškov naložbe krije država. Kitajska je za doseganje cilja uvedbe toplotne črpalke za zemeljske vire v višini 700 milijonov m2 predlagala dopolnilne subvencije (CNY 35 / m2 do 70 CNY / m2) za druga območja, kot so Jilin, Chongqing in Nanjing.
Regulacija in označevanje energijske učinkovitosti toplotne črpalke
ZDA določajo, da morajo biti proizvodi označeni s sezonskim faktorjem učinkovitosti ogrevanja ter minimalnimi standardi energetske učinkovitosti za toplotne črpalke.
Takšen spodbudni sistem, ki temelji na uspešnosti, bi lahko posredno povečal zmogljivost v prihodnosti s spodbujanjem uporabe toplotnih črpalk v povezavi z lokalno proizvodnjo PV v načinu samo porabe. Toplotna črpalka bi s tem neposredno porabila lokalno proizvedeno zeleno električno energijo in tako zmanjšala neto porabo električne energije iz javnega omrežja.
Evropske evropske sezonske oznake učinkovitosti ogrevanja prostorov poleg obveznih standardov uporabljajo enako lestvico za toplotne črpalke (ocenjeno najmanj A +) kot za kotle na fosilna goriva (največ A). To omogoča neposredno primerjavo njihove učinkovitosti.
Tudi na Kitajskem in v Evropski uniji je vir energije, ki ga uporabljajo toplotne črpalke, uvrščen med obnovljive vire toplote. To odpira dostop do drugih spodbud, kot so davčne olajšave.
Tehnološko nevtralne zahteve glede zmogljivosti
Kanada razmišlja o tem, da bi do leta 2030 za vse ogrevalne tehnologije določila energetsko učinkovitost. Ta bi bila večja od faktorja učinkovitosti 1 (kar ustreza 100-odstotni učinkovitosti opreme). To bi učinkovito prepovedalo uporabo vseh običajnih kotlov na premog, nafto in plin.
VIR (1) International Energy Agency