Magazynowanie energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia ... energii na potrzeby.pdf · - Sposoby...
Transcript of Magazynowanie energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia ... energii na potrzeby.pdf · - Sposoby...
Magazynowanie energii na potrzeby
ogrzewania/chłodzenia - przykłady rozwiązań
dr hab. inż. Brunon J. Grochal, prof. IMP PAN/prof. WSB Instytut Maszyn Przepływowych PAN
mgr inż. Tomasz Mania – PSPC/NEXUMdoktorant Politechniki Gdańskiej / IMP PAN
POLSKIE STOWARZYSZENIE POMP CIEPŁAwww.pompaciepla.org
CZŁONEKEUROPEJSKIEGO STOWARZYSZENIA POMP CIEPŁAwww.ehpa.org
doktorant Politechniki Gdańskiej / IMP PAN
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
2002 - 2012
Plan prezentacji
1. Wstęp
2. Rodzaje magazynów energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia
3. Budowa i konstrukcje magazynów energii - ciepła/chłodu
4. Przykłady instalacji z pompami ciepła współpracujących z magazynami ciepła/chłodu
5. Podsumowanie
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
5. Podsumowanie
Wstęp
W energetyce na skalę techniczną opanowane jest magazynowanie ciepła.
W rocznym cyklu pracy systemu magazynowania energii można wyróżnić
dwie zasadnicze fazy:
- akumulowanie energii (ładowanie magazynu)
- odzyskiwanie energii (rozładowanie magazynu)
PROBLEMY DO ROZWIĄZANIA PRZY MAGAZYNOWANIU WYTWORZONEJ ENERGII CIEPŁA/CHŁODU :
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
ENERGII CIEPŁA/CHŁODU :
- Konieczność akumulacji energii w postaci ciepła i chłodu
- Sposoby akumulacji ciepła/chłodu
- Magazynowanie ciepła w budownictwie
- Wpływ pojemności cieplnej na efektywność energetyczną
- Sposoby wkomponowania magazynów energii w strukturę budynku
Przykładowe układy rozwiązań są pokazane poniżej :
Od wieków próbujemy zakumulować ciepło Zamek w Malborku - przykład - ogrzewanie podłogowe z akumulacją ciepła
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Największy piec znajdował się pod
Wielkim Refektarzem.
Składał się z dolnej, przesklepionej
komory paleniska, nad którą leżała
komora akumulacyjna (ok. 6 m3)
wypełniona do połowy swej wysokości
kamieniami.
Magazyny energii TES - Thermal Energy Storage - rodzajeSTES - Seasonal Thermal Energy Storage
Cavity thermal energy storage ( CTES)
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Wariant TTES (Tank Thermal Energy StorgeTES)
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Wariant PTES (Pit Thermal Energy Storge)
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Wariant BTES (Borehole Thermal Energy Storge)
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Grunt to dobre dolne źródło ciepła – oraz magazyn ciepła/chłodu
Liczby i głębokości otworów mogą być znaczne
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
- 140 m sondy pionowe
- Magazyn o pojemności 1000000 m3- zmiana temperatury o 1 st. K wymaga
pobrania lub dostarczenia energii w
ilość 600 MWh
BTES in ITT Flygt Emmaboda, Szwecja (fabryka pomp)
Wykorzystanie energii odpadowej, głównie z odlewni,
System wykorzystuje również naturalne źródła energii (woda z rzeki, powietrze, akumulacja śniegu)
BTES system niskotemperaturowy 0-20°°°°C,
pompy ciepła – ogrzewanie + chłodzenie
energia wody z rzeki wykorzystywana do
stabilizacji temperatury złoża (pod koniec
sezonu letniego)
40 odwiertów, 200 m głębokości
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
40 odwiertów, 200 m głębokości
Potencjał: 1500 MWh (ogrzewanie),
800 MWh (chłodzenie),
zużycie energii elektrycznej 1/10
BTES wysokotemperaturowy 90-50°°°°C,
ciepło odpadowe z procesu technologicznego,
odwierty 100-150 m, akumulacja 5000 MWh
energii, sprawność wykorzystania 70-80%
(szacunki)
ENERGY PILE
PALE ENERGETYCZNE
KONSTRUKCJA BUDYNKU
SYSTEM OGRZEWANIA
SYSTEM CHŁODZENIA
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Wymiennik ciepła konstrukcyjne wkomponowany w rdzeń pala energetycznego
BTES – wykorzystanie fundamentów budynków
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Wariant BTES – Bloki energetycznewbijane w grunt
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Stosowanie tego rodzaju zaawansowanych
technologii ogrzewania, przygotowania
ciepłej wody i chłodzenia jest możliwe
tylko przy wykorzystaniu pomp ciepła
Wspomaganie komputerowe programami do symulacji pracy magazynów energii
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Centrum - Oostelijke Handelskade – Holandia
- wytwarzanie oraz dystrybucja ciepła i chłodu powiązana z efektywnością energetyczną
- mniej więcej 55% zaoszczędzonego paliwa (nieodnawialnych kopalnin)
- Powierzchnia budynku : 128 000 m2 ( biuro, sklepy, mieszkania )
- Moc grzewcza systemu : 8,2 MW
- Moc chłodnicza systemu : 8,3 MW
- Niezależny system pomp ciepła do ogrzewania/chłodzenia w połączeniu z magazynem
energii typu ATES w gruncie oraz wykorzystaniem kanału żeglugowego jak dodatkowego
źródła energii
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
W formacjach wodonośnych; (ATES, aqufier thermal energy storage),
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Dwie oddzielne warstwy wodonośne:
Górna: magazyn chłodu 5-19°C,
źródło chłodu – powietrze + pompa ciepła (w okresie zimowym)
Dolna (głębokość ok. 320 m): magazyn ciepła 70 °C.
Odległość między studniami 300 m, wydatek wody 100 m3/h
Potrzeby energetyczne budynku:
Energia elektryczna: 8600 kW; 9500 MWh/a
Ciepło: 12500 kW; 16000 MWh/a
Chłód: 6200 kW; 2800 MWh/a
Aquifer Solar Heat Storage at Rostock-Brinckmanshöhe
Obiekt: kompleks mieszkalny HELIOS - 108 mieszkań,
Źródło ciepła: 1000 m2 kolektorów słonecznych (50% rocznego
zapotrzebowania),
Ilość ciepła z kolektorów: 400 MWh/a, zużycie w sezonie letnim 159 MWh/a,
reszta magazynowana w gruncie – aquifer.
Odzyskuje się 148 MWh/a
Aquifer (warstwa wodonośna):
dwie studnie w odległości 55 m od siebie; możliwy wydatek
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
dwie studnie w odległości 55 m od siebie; możliwy wydatek
wody 15 m3/h; temperatura „ładowania” ograniczona do 50°C
Największy na świecie magazyn energii - warstwa wodonośna wraz ze złożem kamiennym, która magazynuje energię do chłodzenia pomieszczeń jak i ogrzewania
Lotnisko Arlanda w Sztokholmie
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Magazyn ciepła i chłodu daje roczne oszczędności w zużyciu energii elektrycznej w stosunku do tradycyjnych rozwiązań na poziomie: - 4 GWh/rok energii elektrycznej na potrzeby chłodzenia,- 15 GWh/rok energii cieplnej na potrzeby ogrzewania.Zaoszczędzono więc około 19 GW energii elektrycznej w skali roku ,co odpowiada energii zużywanej przez 2000 domów jednorodzinnych.
Magazyn ciepła w budynku jednorodzinnym
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Zintegrowany system dla domów niezależnych energetycznie- zbiornik
akumulacyjny połączony z baterią słoneczną, małą elektrownią wiatrową
jest w stanie przy odpowiednim doborze pokrywa 80-100% potrzebnej
energii w twoim domu.
Od dwóch lat nasza firma zajmuje się produkcją dużych, zewnętrznych
(naziemnych i podziemnych) akumulatorów ciepła w pojemnościach od
2000 do 30000 litrów. Akumulatory te umożliwiają gromadzenie letnich
nadwyżek energii solarnej, która później zostanie oddana do ciepłej wody
lub ogrzewania niskotemperaturowego- ścienno podłogowego o
parametrze na zasilaniu nie przekraczającym 22-28 stopni Celsjusza. W
niedalekiej przyszłości tego typu rozwiązania przejmą całkowite pokrycie
energii w budownictwie jednorodzinnym i nie tylko.
Krótkoterminowy magazyn energii ciepła / chłodu
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Nowoczesne rozwiązania w budownictwie jednorodzinnym – z wodnym
magazynem energii ciepła umieszczonym w centralnym punkcie budynku
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Pierwszy ogrzewany most z magazynem energii – Lubeck Niemcy- 2011
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Przykład CTES (Cavity Thermal Energy Storage)
Lyckebo project in Uppsala, SwedenSeasonal storage for a district heating system with solar collectors.
The underground excavation has a volume of 100 000 m3.
The system is designed to supply 550 families with space heating and domestic hot water from a solar
collector installation with an area of 4320 m2. The water in the cavern is inserted and extracted by two
telescopic pipes, and this helps to ensure a very good temperature stratification with top and bottom temperatures of 90°°°°C and 40°°°°C respectively.
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Magazynowanie chłodu – historia
Sezonowy magazyn chłodu na rzece Hudson
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Wycinanie bloków lodowych jak wsad do magazynów chłodu
Magazyny ciepła mogą być wykorzystywane do topienia śniegu
oraz zabezpieczania dróg przed zamarzaniem
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Porównanie możliwości energetycznych
lodowego TES w stosunku do wodnego TES
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Przykłady magazynowania chłodu pod postacią bloków lodu, śniegu
1 2
3 4
1.Magazyn w budynku
2.Magazyn z warstwą izolacyjną
3.Magazyn z warstwą izolacyjną
i zagłębiony w gruncie
4.Magazyn pod ziemią
snow storage (Sundsvall Hospital)
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
Podsumowanie przeglądu rozwiązań technicznych
MAGAZYNÓW ENERGII CIEPŁA/CHŁODU – wady /zalety - zwiększone koszty inwestycyjne, - efektywniejsze wykorzystanie energii ciepła / chłodu,- rosnące ceny energii przekładają się na szybszą stopę zwrotubudowanych magazynów energii oraz inwestycji z nimizwiązane
- brak świadomości technicznej i energetycznej wśród
SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ
- brak świadomości technicznej i energetycznej wśródinwestorów i wykonawców,
- brak wytycznych branżowych oraz ujednoliconych przepisów wykonawczych,
CZY MUSIMY BYĆ NA TO SKAZANI ?