Инженеры представили агрегат тепловой мощностью 1,2 мегаватта (МВт). Он способен перерабатывать остаточное тепло бумажного производства в технологический пар, нагретый примерно до 120 градусов по Цельсию.Объём полезной тепловой энергии, который выдаёт установка, вдвое превышает количество затраченной ею электроэнергии,при этом объём сжигаемого ископаемого топлива снижается.
Евгения Васильева
Высокотемпературный тепловой насос мощностью 1,2 мегаватта (МВт). Источник: Институт Фраунгофера IEG
Разработчиком насоса выступила исследовательская группа Института энергетических инфраструктур и геотехнологий Фраунгофера (IEG), расположенного в Германии. Проверка устройства проходила на предприятии компании Felix Schoeller GmbH & Co. KG по выпуску бумаги в Вайсенборне (Гессен). Работы велись в рамках проекта PUSH2HEAT, который финансируется ЕС.
Благодаря этой системе тепло, прежде терявшееся без пользы, теперь идёт на выработку пара для технологических нужд. Как подсчитали в институте, объём углекислого газа (CO2), попадающего в атмосферу, может уменьшиться на величину до 600 тонн за год. Помимо этого, появляется возможность ослабить привязку к природному газу.
Реувен Пайтазоглу, возглавляющий проект, отметил: «Промышленным компаниям нужны решения, которые сочетают в себе защиту климата, надёжность энергоснабжения и конкурентоспособность». По его словам, высокотемпературные тепловые насосы дают шанс рентабельно задействовать энергоисточники, которые ранее оставались невостребованными, для нужд производства.
Как из отходящего тепла получается пар
На промышленных предприятиях пар используется в системах, где давление заметно выше атмосферного, а температура превышает 100 градусов по Цельсию. Чтобы получить такой пар, чаще всего сжигают ископаемое топливо, и прежде всего природный газ.
Однако при сжигании ископаемого топлива в атмосферу попадают CO2 и другие парниковые газы, усиливающие изменение климата и ухудшающие качество воздуха. Для преодоления этой проблемы специалисты создали двухступенчатый тепловой насос. Его задача — превращать низкотемпературное остаточное тепло в пар, пригодный для промышленного применения.
Избыточное тепло бумажного производства с температурой от 30 до 70 градусов Цельсия улавливается системой. Далее нагрев доводится примерно до 120 °C.
С технической точки зрения ключевым элементом установки является двухступенчатый цикл сжатия, позволяющий преодолеть разрыв между температурой отходящего тепла (30–70 °C) и требуемыми параметрами технологического пара.
На первой ступени рабочее тело отбирает низкопотенциальную энергию у технологических вод бумагоделательной машины, после чего промежуточный контур поднимает температуру до уровня, достаточного для эффективной работы второй ступени. Именно каскадная схема даёт возможность достичь 120 °C на выходе при сохранении коэффициента преобразования выше двух — показателя, который для тепловых насосов такого температурного напора считается высоким.
Инженерам пришлось решать задачи, связанные с выбором хладагента, устойчивого к длительной циклической нагрузке, и с оптимизацией теплообменников, работающих на загрязнённых потоках оборотной воды.
Отдельного внимания заслуживает интеграция агрегата в действующую паровую сеть предприятия. Пар давлением около 2,3 бар и производительностью 1,2 тонны в час подаётся в общезаводской коллектор, где смешивается с паром, выработанным традиционными газовыми котлами.
Такая схема позволяет предприятию гибко перераспределять нагрузку: при росте цен на природный газ доля теплового насоса увеличивается, а при пиковых потребностях в паре котлы берут на себя недостающий объём.
Система мониторинга, разработанная в институте Фраунгофера, непрерывно фиксирует температуру, давление, расход и потребление электроэнергии, что даёт возможность рассчитывать фактическую экономию топлива в реальном времени, а не по усреднённым модельным оценкам.
Экономика проекта
За первые приблизительно 300 часов работы в 2026 году насос выдавал в среднем около 700 киловатт (кВт) пара. Кроме того, он производил порядка 1,2 тонны пара за час, а давление составляло примерно 2,3 бар.
Коэффициент полезного действия, о котором сообщили исследователи, равен 2,30. Если сказать проще, полезного тепла система давала более чем вдвое больше, чем ей требовалось электричества для собственной работы. При эксплуатации на протяжении 4000–5000 часов установка способна не допустить выбросов до 600 тонн CO2 за год. В пересчёте на мегаватт-час (МВт·ч) тепла это даёт сокращение выбросов CO2 примерно на 100 килограммов по сравнению с получением пара из природного газа.
Экономическая сторона проекта пока официально не раскрывается в деталях, однако отраслевые аналитики отмечают, что срок окупаемости подобных установок напрямую зависит от соотношения цен на электроэнергию и газ в конкретном регионе.
В Германии, где промышленные тарифы на электричество остаются высокими, решающую роль играют механизмы поддержки и льготные условия для проектов декарбонизации. При этом снижение зависимости от импортного газа рассматривается не только как климатическая, но и как стратегическая задача, особенно для энергоёмких отраслей, к которым относится целлюлозно-бумажное производство.
Эксперты подчёркивают, что тиражирование технологии потребует удешевления ключевых компонентов — компрессоров и пластинчатых теплообменников, рассчитанных на повышенные температуры и давления.
Более широкие возможности для промышленности
Демонстрация стала частью проекта PUSH2HEAT, который финансируется ЕС и посвящён поиску способов повторного использования тепловых отходов промышленных предприятий. Хотя технология создавалась прежде всего для бумажного и химического производства, её применение возможно также в фармацевтике и пищевой отрасли.
Научную часть испытаний координировал Институт Фраунгофера IEG, силами которого была создана система мониторинга для оценки работы насоса. Специалисты проанализировали, каким образом агрегат можно встроить в действующие производственные циклы и паровые сети.
Пайтазоглу обратил внимание на то, насколько важно расширять область применения данной технологии. В пресс-релизе он заявил: «Демонстрационный завод в Вайсенборне закладывает важную основу для будущего использования этой технологии в других отраслях промышленности».
Полноценные испытания под нагрузкой стартовали в сентябре 2026 года. На протяжении года команда собирается оценивать работу системы в условиях реального промышленного производства. Дополнительные доработки, как ожидается, будут внедрены до того, как проект завершится в 2027 году.
Дальнейшие испытания должны показать, насколько стабильно оборудование работает при сезонных колебаниях температуры оборотной воды и при изменениях производственной нагрузки бумагоделательной машины. Летом температура отходящих потоков выше, что облегчает задачу теплового насоса, тогда как зимой перепад температур возрастает и требования к системе ужесточаются.
Параллельно команда проекта изучает возможности масштабирования: модульная компоновка позволяет объединять несколько насосных агрегатов для получения пара более высоких параметров или для обслуживания нескольких технологических линий одновременно. Опыт Вайсенборна должен лечь в основу типовых решений, которые можно будет адаптировать под конкретные предприятия без длительной индивидуальной разработки.
Наконец, проект PUSH2HEAT вписывается в более широкую европейскую повестку повторного использования промышленного тепла, где значительная часть энергии до сих пор рассеивается в окружающую среду через градирни и системы охлаждения.
По оценкам, потенциал таких источников в ЕС измеряется десятками тераватт-часов в год, и высокотемпературные тепловые насосы рассматриваются как один из немногих commercially зрелых инструментов для их вовлечения в оборот.
Окончательные результаты испытаний и технико-экономический отчёт планируется опубликовать после завершения проекта в 2027 году; именно они покажут, станет ли установка в Вайсенборне образцом для серийного внедрения или останется демонстрационным полигоном, требующим дальнейшей доработки.
