Analysis of CO2 emissions in the context of the application of selected heat pumps in fossil-fuel-based power systems

In the context of the global increase in energy demand and the progressive depletion of fossil fuel resources, there is a noticeable intensification of efforts aimed at reducing the use of non-renewable raw materials in favor of developing and implementing technologies based on renewable energy sources. This study presents the potential of heat pumps as an efficient and sustainable tool for acquiring thermal energy within heating, ventilation, and domestic hot water systems. The analysis focused on various types of lower heat sources, considering their energy performance characteristics and availability under the climatic and geographical conditions of Poland. Variants of heat pump integration with selected renewable energy carriers-ambient air, ground, and surface or groundwater were considered. Particular attention was given to two configurations of ground heat exchangers: systems with vertical borehole probes and those employing horizontal ground collectors. A well-established methodology for calculating the seasonal demand for useful energy was applied, enabling the determination of final and primary energy consumption for each analyzed scenario, including auxiliary energy demand. Subsequently, the carbon dioxide emissions generated by each considered variant were evaluated and compared with the emissions resulting from the operation of conventional heat sources – a gas boiler and district heating. The obtained results allow for the identification of the most energy-efficient and environmentally beneficial configurations, highlighting the advantages of ground-source systems over air-source solutions under Polish climatic conditions.

CONFLICT OF INTEREST

The Authors have no conflicts of interest to declare.

METADATA IN OTHER LANGUAGES:

Polish

Analiza emisyjności CO2 w kontekście zastosowania wybranych pomp ciepła w systemach elektroenergetycznych opartych na paliwach kopalnych

pompa ciepła, emisja ditlenku węgla, odnawialne źródła energii, wymiennik gruntowy

W obliczu globalnego wzrostu zapotrzebowania na energię oraz postępującego wyczerpywania się zasobów paliw kopalnych obserwuje się intensyfikację działań ukierunkowanych na ograniczenie wykorzystania surowców nieodnawialnych na rzecz rozwoju i wdrażania technologii opartych na odnawialnych źródłach energii. W niniejszym opracowaniu zaprezentowano potencjał wykorzystania pomp ciepła jako efektywnego narzędzia do pozyskiwania energii termicznej w kontekście systemów grzewczych, wentylacyjnych oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej. Przedmiotem analizy były dolne źródła ciepła, z uwzględnieniem ich charakterystyki energetycznej oraz dostępności w warunkach klimatyczno-geograficznych Polski. Rozpatrzono warianty współpracy pomp ciepła z wybranymi odnawialnymi nośnikami energii: powietrzem atmosferycznym, gruntem oraz wodami powierzchniowymi lub gruntowymi. Szczególną uwagę poświęcono dwóm konfiguracjom wymienników gruntowych: układom z sondami pionowymi oraz kolektorami poziomymi. Zastosowano znaną w literaturze metodykę obliczania sezonowego zapotrzebowania na energię użytkową, umożliwiającą wyznaczenie zużycia energii końcowej oraz pierwotnej dla każdego analizowanego scenariusza wraz z uwzględnieniem energii pomocniczej. W dalszej części dokonano oceny emisji ditlenku węgla generowanej przez każdy z rozpatrywanych wariantów i przeprowadzono porównanie względem emisji wynikających z eksploatacji tradycyjnych źródeł ciepła – kotła gazowego oraz ciepła sieciowego. Uzyskane wyniki umożliwiają identyfikację najbardziej efektywnych energetycznie i korzystnych dla środowiska konfiguracji, podkreślając przewagę systemów gruntowych nad systemami powietrznymi w warunkach klimatycznych Polski.

REFERENCES (35)

Azam et al. 2021 – Azam, A., Rafiq, M., Shafique, M. and Yuan, J. 2021. An empirical analysis of the non-linear effects of natural gas, nuclear energy, renewable energy and ICT-Trade in leading CO2 emitter countries: Policy towards CO2 mitigation and economic sustainability. Journal of Environmental Management 286, https://doi.org/10.1016/j.jenv....

eISSN:	2720-569X
ISSN:	1429-6675