Wykorzystanie pojemności cieplnej dużych systemów dystrybucji energii

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Wykorzystanie pojemności cieplnej dużych systemów dystrybucji energii"

Zofia Tomczak
8 lat temu
Przeglądów:

1 Wykorzystanie pojemności cieplnej dużych systemów dystrybucji energii Leszek Pająk, Antoni Barbacki AGH Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Katedra Kształtowania i Ochrony Środowiska al. Mickiewicza, Kraków Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN Pracownia Odnawialnych Źródeł Energii ul. Wynickiego Kraków

com AGH Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Katedra

2 Cel analiz: Celem analiz była ocena wpływu wykorzystania pojemności cieplnej rozległego systemu dystrybucji energii na zużycie i koszty zakupu nośników energii (chodzi głównie o nośniki nieodnawialne) Analizowane źródło energii było źródłem hybrydowym. Hybrydowe źródła energii źródła składające się z dwóch lub większej ilości źródeł wykorzystujących różne nośniki energii w celu zabezpieczenia określonych potrzeb uzależnionych od wymogów odbiorcy energii. Zgodnie z definicją zawartą w Dictionary of energy (Cleveland i Morris 2006) elementem składowym hybrydowych źródeł energii mogą być również komponenty magazynujące energię, np. zasobniki z wodą magazynujące energię słoneczną lub zasobniki cwu (ciepłej wody użytkowej).

Hybrydowe źródła energii źródła składające się z dwóch lub większej ilości źródeł wykorzystujących różne nośniki energii w celu zabezpieczenia określonych potrzeb uzależnionych od

3 Idea i cel stosowania źródeł hybrydowych Charakterystyka dynamicznego zapotrzebowania na moc jest determinowana przez odbiorcę energii. W jej obrębie można wydzielić obszary charakterystyczne dla efektywnego stosowania poszczególnych technologii przetwarzania nośników pierwotnych w energię finalną. moc (P) obszar o niskiej wartości współczynnika wykorzystania mocy (<0,5) obszar o wysokiej wartości współczynnika wykorzystania mocy (>0,5) czas ( ) Schemat prezentujący wydzielenie obszarów o wysokiej i niskiej wartości współczynnika wykorzystania mocy (za granicę podziału uznano moc dla której wartość współczynnika wykorzystania mocy zainstalowanej przekracza 0,5) Q Q max P 8760h 0 h max P d 8760 h TEZA dotycząca celowości stosowania źródeł hybrydowych: Stosując różne technologie wykorzystania energii (źródła hybrydowe) w pewnych sytuacjach, osiągnąć można lepsze efekty pracy niż w przypadku stosowania pojedynczego źródła energii. 3

moc (P) obszar o niskiej wartości współczynnika wykorzystania mocy (<0,5) obszar o wysokiej wartości współczynnika wykorzystania mocy (>0,5) czas ( ) Schemat prezentujący wydzielenie obszarów o

4 Przykład oceny efektywności stosowania źródeł hybrydowych moc [W] 6,E+06 5,E+06 4,E+06 3,E+06 2,E+06 1,E+06 0,E+00 gaz ziemny GEOTERMIAgeotermia PODSTAWOWE ŹRÓDŁO ENERGII droga inwestycyjnie, a tania w eksploatacji geotermia pracuje z wyrównaną mocą w czasie produkując dużą ilość energii czas [godz] GAZ ZIEMNY SZCZYTOWE ŹRÓDŁO ENERGII tani inwestycyjnie, a droższy w eksploatacji gaz ziemny pracuje w okresie szczytowego zapotrzebowania na moc w czasie produkując mniejszą ilość energii Harmonogram zabezpieczenia potrzeb odbiorcy energii zapewniający osiągnięcie minimalnych kosztów całkowitych jej wytwarzania 4

czas [godz] GAZ ZIEMNY SZCZYTOWE ŹRÓDŁO ENERGII tani inwestycyjnie, a droższy w eksploatacji gaz ziemny pracuje w okresie szczytowego zapotrzebowania na moc w

5 Dystrybucja energii Dystrybucja energii cieplnej wytwarzanej w źródle z pierwotnych nośników odbywa poprzez ciepłociągi, w których medium pośredniczącym w wymianie ciepła jest woda obiegowa (uzdatniona) naziemne Konsekwencją ruchu wody obiegowej są nieodwracalne straty energii objawiające się spadkiem ciśnienia i temperatury układane w ziemi (preizolowane lub w kanałach) 5

obiegowa (uzdatniona) naziemne Konsekwencją ruchu wody obiegowej są nieodwracalne straty

Schemat systemu energetycznego na przykładzie ciepłowni geotermalnej Strefy A, B i C stanowią również naturalne granice podziału kompetencji i odpowiedzialności poszczególnych podmiotów nadzorujących

6 Schemat systemu energetycznego na przykładzie ciepłowni geotermalnej Strefy A, B i C stanowią również naturalne granice podziału kompetencji i odpowiedzialności poszczególnych podmiotów nadzorujących pracę dużych systemów ciepłowniczych. Strefa A to strefa źródła energii (ciepłownia, kotłowania), strefa B to strefa przedsiębiorstwa zajmującego się dystrybucją energii (często tzw. MPEC), a strefa C to instalacje odbiorców energii. 6

7 Sterowanie mocą dostarczoną P V c t t zasilania powrotu Sterowanie ilościowe, zmienia się strumień czynnika zależenie od potrzeb odbiorcy Sterowanie jakościowe, zmienia się temperatura czynnika zależenie od potrzeb odbiorcy Sterowanie pełne ilościowo-jakościowe, zmienia się strumień czynnika i jego temperatura zależenie od potrzeb odbiorcy Regulowanie czasem pracy V=const lub V=f( ), t zasilania =const lub t zasilania =f( ), zmienia się czas pracy. Bywa często stosowany lokalnie, np. grzeniki elektryczne lub głowice termostatyczne. W przypadku dużych instalacji może być wykorzystywany w przypadku wysokich temperatur zewnętrznych. 7

temperatura zależenie od potrzeb odbiorcy Regulowanie czasem pracy V=const lub V=f( ), t zasilania =const lub t zasilania =f( ), zmienia się czas pracy.

8 MODEL - Schemat obliczeń opis

9 Przykład zastosowania systemu instalacja geotermalna na Podhalu (PEC Geotermia Podhalańska) przykład wykorzystania wód średniotemperaturowych o temp. ok. 90 o C w zintegrowaniu z kotłami gazowymi i olejowymi oraz z agregatami kogeneracyjnymi gazowymi

10 - Dysponując ekologicznym i tanim na etapie eksploatacji źródłem głównym w postaci źródła odnawialnego lub odpadowego zastanowić się można czy opłacalne będzie wprowadzanie do systemu dystrybucji nadmiarowej energii cieplnej, której obecnie nie zużywają odbiorcy a która może być wytwarzana. - Nadmiarowa energia zakumulowana w rurociągach może być wykorzystana jeżeli wzrośnie zapotrzebowanie na moc powyżej mocy głównego źródła energii. - Wzrosną straty mocy cieplnej - bo wzrośnie średnia temperatura wody w rurociągu. - Mogą wzrosnąć straty na przesyle bo rośnie strumień. powstaje pytanie: Czy to się opłaci?

- Nadmiarowa energia zakumulowana w rurociągach może być wykorzystana jeżeli wzrośnie zapotrzebowanie na moc powyżej mocy głównego źródła energii.

11 Co uwzględnia model: Straty mocy cieplnej na przesyle

12 Opory przypływu

13 Własności czynnika roboczego woda sieciowa systemu dystrybucji Zmiany lepkości Zmiany ciepła właściwego Zmiany gęstości W funkcji ciśnienia i temperatury

14 Sterowanie dostarczoną mocą cieplną najczęściej jakościowe, przy korekcie strumienia SIEĆ Zaleca się by wartości wynosiła ok. 0,33 W niniejszych rozważaniach wartość ta ulegała zmianie w celu przeanalizowania wpływu strumienia czynnika roboczego na efekty pracy systemu energetycznego. Zakładano, że b może mieć inną wartość dla wody sieciowej (b=b s ) i wody krążącej w instalacji odbiorców (b=b o ). INSTALACJA

0,33 W niniejszych rozważaniach wartość ta ulegała zmianie w celu przeanalizowania wpływu strumienia

15 Analizowany przykład definicja odbiorcy

16 Analizowano instalację analogiczną do PEC Geotermia Podhalańska Zakładano stałą w czasie wydajność źródła geotermalnego Odległość źródła szczytowego od odbiorcy ok. 2 km

18 Analizowano dwa źródła energii pierwotnej: geotermię i gaz ziemny geotermia strumień wody 670 m 3 /h, temperatura 86 C (b=0,33) gaz ziemny sieciowy

19 długość rurociągu powrotnego 14 km (b=0,33) długość rurociągu zasilającego (z1) 12 km długość rurociągu zasilającego (z2) 2 km

20 (b=0,33)

21 (b=0,33)

22 Analizowane warianty obliczeń

23 Wariant najbardziej opłacalny zakłada podwyższony strumień wody w sieci dystrybucji energii przy standarotwych wartościach strumienia w instalacjach odbiorców

24 Wariant dla którego założono podwyższony strumień wody sieciowej i podwyżoną jej temperaturę cechował się mniejszymi oporami przepływu od wariantu bazowego.

25 Przyczyną mniejszych oporów przepływu przy podwyższonym strumieniu i temperaturze był spadek lepkości wody Dp=f(t)

26 Podsumowanie Sugerowane rozwiązanie ma sens w przypadku dostępu do źródeł energii odnawialnej lub odpadowej. Może być ona pozyskiwana i magazynowana przy niewielkich kosztach dodatkowych (związanych najczęściej ze zwiększoną konsumpcją energii elektrycznej). Można wówczas bez szkody dla środowiska zakumulować chwilowy nadmiar energii cieplnej w systemie przesyłowym i wykorzystać ją w sytuacji zwiększonego zapotrzebowania na moc. Przeprowadzone obliczenia potwierdzają możliwość osiągnięcia pozytywnych efektów wynikających z odpowiedniego sterowania mocą dostarczoną odbiorcy, a konkretnie ze sterowania strumieniem czynnika roboczego w rurociągach przesyłowych - wykorzystując efekt akumulacji energii cieplnej w wodzie obiegowej. Wykorzystanie tego efektu pozwala redukować: koszty wytwarzania energii cieplnej i konsumpcję nośników energii konwencjonalnej zużywanej przez źródła szczytowe w hybrydowych systemach ciepłowniczych wykorzystujących odpadowe i niektóre odnawialne źródła energii.

27 Dziękuję za uwagę Leszek Pająk, Antoni Barbacki AGH WGGiIŚ, IGSMiE PAN

Podobne dokumenty

Wpływ sposobu ogrzewania na efektywność energetyczną budynku

Wpływ sposobu ogrzewania na efektywność energetyczną budynku dr inż. Adrian Trząski MURATOR 2015, JAKOŚĆ BUDYNKU: ENERGIA * KLIMAT * KOMFORT Warszawa 4-5 Listopada 2015 Charakterystyka energetyczna budynku