ZASTOSOWANIE KOGENERACJI W BUDYNKACH

Transkrypt

1 ZASTOSOWANIE KOGENERACJI W BUDYNKACH dr inŝ. Andrzej Wiszniewski Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

2 Problemy Proponowane działania Kogeneracja Trigeneracja Globalne ocieplenie OZE Efektywna energetycznie ale kosztowna Wykorzystanie ciepła odpadowego Wzrost Efektywność Wymagane stałe Zwiększenie zapotrzebowania energetyczna zapotrzebowanie na efektywności na energię ciepło kogeneracji Wzrost zapotrzebowania na chłód Promocja kogeneracji Główny problem: Niskie zapotrzebowanie na ciepło latem Redukcja zuŝycia energii pierwotnej do chłodzenia page 2 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

3 Kogeneracja oszczędność energii pierwotnej Kocioł Gaz ziemny konwencjonalny 65 Ciepło 60 Odbiorca energii El. 30 System konwencjonalny η = = 56% Energia pierwotna 95 Sieć energetyczna Gospodarka skojarzona Jednostka Gaz ziemny kogeneracyjna 100 Ciepło 60 Odbiorca energii η = = 90% El. 30 El. 30 Sieć energetyczna page 3 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

4 Trigeneracja wykorzystanie ciepła odpadowego z kogeneracji Jednoczesna produkcja energii elektrycznej, ciepła i chłodu Chłodziarka absorpcyjna Chłód Jednostka Gaz ziemny kogeneracyjna 65 Ciepło 60 CO Odbiorca energii CWU El. 30 El. 30 Sieć energetyczna Produkcja chłodu umoŝliwia efektywniejsze zagospodarowanie ciepła i tym samym zwiększenie ilości godzin pracy systemu page 4 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

5 Kogeneracja -wymiarowanie Aby uzyskać wysoką sprawność układów kogeneracyjnych CO CWU Zapotrzebowanie na energię [GJ] Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień naleŝy wymiarować je ze względu na zapotrzebowanie na ciepło page 5 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

6 Trigeneracja -wymiarowanie Wykorzystanie ciepła odpadowego do produkcji chłodu (trigeneracja) Klimatyzacja CO CWU Zapotrzebowanie na energię [GJ] Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień zwiększa efektywność układów kogeneracyjnych page 6 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

7 Oszczędność energii pierwotnej ZaleŜność PES od wskaźnika energii pierwotnej energii elektrycznej dla: A- układu CHP, B układu CCP ( skojarzonej produkcji energii elektrycznej i chłodu) dla róŝnych wartości COP chłodziarki absorpcyjnej, C układu CCP dla róŝnych wartości sprawności elektrycznej układów CHP, D - dla układu CHCP przy załoŝeniu pracy urządzenia z wydajnością pokrywającą zapotrzebowanie na ciepło page 7 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

8 Schematy źródeł zasilania - System podstawowy Sieć energe - tyczna Układ rozliczeniowy Odbiory en. elektrycznej Źródło ciepła Zasobnik ciepła (opcja) Odbiory ciepła Chodziarka spręŝarkowa Zasobnik chłodu (opcja) Odbiory chłodu page 8 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

9 Schematy źródeł zasilania - System pełny Sieć energe - tyczna Układ rozliczeniowy Odbiory en. elektrycznej Jednostka CHP Zasobnik ciepła Układ oprowadzenia ciepła Odbiory ciepła Chodziarka absorpcyjna Szczytowe źródło ciepła Chodziarka spręŝarkowa Zasobnik chłodu Odbiory chłodu page 9 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

10 Ze spręŝarkowym urządzeniem chłodniczym bez kotła szczytowego Sieć energe - tyczna Układ rozliczeniowy Odbiory en. elektrycznej Jednostka CHP Zasobnik ciepła Układ oprowadzenia ciepła Odbiory ciepła Chodziarka absorpcyjna Chodziarka spręŝarkowa Zasobnik chłodu Odbiory chłodu page 10 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

11 System z kotłem szczytowym bez spręŝarkowego urządzenia chłodniczego Sieć energe - tyczna Układ rozliczeniowy Odbiory en. elektrycznej Jednostka CHP Zasobnik ciepła Układ oprowadzenia ciepła Odbiory ciepła Chodziarka absorpcyjna Szczytowe źródło ciepła Zasobnik chłodu Odbiory chłodu page 11 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

12 Bez szczytowych urządzeń grzewczych i chłodniczych Sieć energe - tyczna Układ rozliczeniowy Odbiory en. elektrycznej Jednostka CHP Zasobnik ciepła Układ oprowadzenia ciepła Odbiory ciepła Chodziarka absorpcyjna Zasobnik chłodu Odbiory chłodu page 12 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

13 System CHP z kotłem szczytowym Sieć energe - tyczna Układ rozliczeniowy Odbiory en. elektrycznej Jednostka CHP Zasobnik ciepła Odbiory ciepła Szczytowe źródło ciepła Chodziarka spręŝarkowa Zasobnik chłodu Odbiory chłodu page 13 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

14 System CHP bez kotła szczytowego Sieć energe - tyczna Układ rozliczeniowy Odbiory en. elektrycznej Jednostka CHP Zasobnik ciepła Odbiory ciepła Chodziarka spręŝarkowa Zasobnik chłodu Odbiory chłodu page 14 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

15 Energetyka rozproszona - zalety Podniesienie efektywności wytwarzania energii Oszczędność paliw pierwotnych Poprawa bezpieczeństwa energetycznego Ograniczenie emisji do atmosfery poprawa jakości powietrza oraz przeciwdziałanie zmianom klimatu Zmniejszenie uciąŝliwości spowodowanych obecnością duŝych przedsiębiorstw energetycznych Ograniczenie strat przesyłowych Ograniczenie kosztów rozbudowy oraz eksploatacji sieci ciepłowniczej Zwiększenie niezawodności zasilania MoŜliwość wykorzystania lokalnych zasobów energetycznych MoŜliwość łatwego i taniego zbilansowania sieci w okresie największych obciąŝeń page 15 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

16 Rodzaje urządzeń i technologii CHCP Urządzenia chłodnicze Chłodziarki spręŝarkowe Chłodziarka absorpcyjna Pompa ciepła, itd. Urządzenia cieplne Kocioł Wymienniki ciepła Pompa ciepła, itd. Urządzenia en. elektr. Turbina gazowa Turbina parowa Silnik tłokowy Ogniwo paliwowe, Silnik Stirlinga, itd. Turbina gazowa Zdjęcie: Rolls-Royce plc Urządzenia chłodnicze Zdjęcie : Urban Ziegler, NRCan page 16 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

17 Rodzaje paliw Paliwa kopalne Gaz ziemny Olej opałowy Węgiel, itd. Paliwa odnawialne Odpady drzewne Biomasa dla CHP Gaz wysypiskowy (GW) Zdjęcie : Warren Gretz, DOE/NREL Biogaz Odpady rolne Wytłoki z trzciny cukrowej Uprawy energetyczne, itd. Energia geotermalna Gejzer geotermalny Wodór, itd. Zdjęcie : Joel Renner, DOE/ NREL PIX page 17 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

18 Aktualny stan technologii Systemy kogeneracyjne (trigeneracyjne) znajdują obecnie powszechne zastosowanie w duŝych obiektach w zakresie średnich (>100kW e ) oraz duŝych mocy (>1000 kw e ) Coraz bardziej powszechne stają się teŝ jednak ostatnio małe systemy kogeneracyjne (<100 kw e ) Wiele europejskich firm rozpoczęło produkcję chłodziarek absorpcyjnych małej mocy (od kilku do 30 kw) Logiczne wydaje się więc połączenie małych jednostek kogeneracyjnych z małymi chłodziarkami absorpcyjnymi Systemy mikrotrigeneracji mogłyby znaleźć powszechne zastosowanie w sektorze komunalnym page 18 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

19 Schemat działania turbiny gazowej E - powietrze zasysane z otoczenia, C - spręŝarka, G - paliwo, Ch - komora spalania, T - turbina, Ec - spaliny, A - wał odprowadzający moc mechaniczną na zewnątrz page 19 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

20 Mikroturbina - budowa Na rysunku mikroturbiny Capstona kolejno strzałkami pokazano obieg czynnika roboczego: kolor niebieski - wlot powietrza zimnego do spręŝarki, kolor Ŝółty - powietrze spręŝone za spręŝarką, kolor pomarańczowy - spręŝone powietrze ogrzane w wymienniku regeneracyjnym (rekuperatorze) przechodzi do komory spalania, kolor czerwony - gorące spaliny z komory spalania przechodzą do turbiny, kolor pomarańczowy - spaliny z turbiny przechodzą do rekuperatora, wylot ochłodzonych spalin do otoczenia page 20 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

21 Układ prosty z regeneracją ciepła page 21 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

22 Obieg termodynamiczny Charakterystyka Cykl otwarty z czynnikiem gazowym Opisywany przez cykl Joula Braytona z wewnetrzym spalaniem i regeneracją 1-2 spręŝanie izentropowe spręŝanie powietrza zewnętrznego 2-3 ogrzewanie izobaryczne przepływ spręŝonego powietrza przez regenerator przejmowanie ciepła ze spalin 3-4 spalanie izobaryczne spalanie paliwa gazowego lub ciekłego 4-5 rozpręŝanie izentropowe część pracy wytworzonej przez turbinę jest uŝywana do napędu spręŝarki izobaryczne chłoczenie część ciepła zuŝywana do podgrzania powietrza za spręŝarką page 22 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

23 Systemy kogeneracyjne z mikroturbinami gazowymi W chwili obecnej jedynie kilku producentów oferuje układy o mocy elektrycznej poniŝej 100 kwel jeden o mocy 30 kwel. Capstone C30 30kW Capstone C65 65kW Turbec T kW Ingersoll Rand MT70 70kW Moc [MW e ] Wskaźnik mocy elektrycznej do mocy cieplnej 0.55 Sprawność elektryczna [%] Sprawność cieplna [%] Sprawność całkowita [%] Rodzaj paliwa Gaz ziemny, oleje lekkie page 23 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

24 Producenci page 24 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

25 Gazowe silniki tłokowe - klasyfikacja Obiegi termodynamiczne: - z zapłonem iskrowym cykl Otto - zapłon samoczynny cykl Diesla Liczba cykli: - dwu-, cztero- i sześciosuwowe Prędkość obrotowa: - wolnoobrotowe ( obr/min) - średnioobrotowe ( obr/min) - szybkoobrotowe (pow obr/min) Paliwo: - benzyna - gaz ziemny - gaz wysypiskowy i biogaz - olej napedowy Najlepsze dla stacjonarnego wytwarzania energii - silniki z zapłonem iskrowym i Diesla opalane gazem ziemnym, silniki dwupaliwowe page 25 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

26 Idealny obieg Otta 1 Wprowadzenie mieszanki paliwo powietrze 2-3 izochoryczne spalanie paliwa 1-2 Izentropowe spręŝanie mieszanki 3-4 izentropowe rozpręŝanie spalin 2 Zapłon iskrowy 4-1 izochoryczne usuwanie spalin page 26 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

27 Idealny obieg Diesla 1 Wprowadzenie powietrza 1-2 Izentropowe spręŝanie powietrza wtrysk paliwa 2 Zapłon mieszanki 2-3 izobaryczne spalanie paliwa 3-4 izentropowe rozpręŝanie spalin 4-1 izochoryczne usuwanie spalin page 27 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

28 Sprawność silników tłokowych page 28 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

29 Bilans energii silnika gazowego page 29 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

30 Gazowe silniki tłokowe odzysk ciepła W gazowych silnikach tłokowych praca mechaniczna silnika zamieniana jest na prąd elektryczny, natomiast wytwarzane ciepło odzyskiwane jest na kilku poziomach temperatury. WyróŜnić tu moŝna: niskotemperaturowe źródła ciepła (układ chłodzenia silnika oraz układ chłodzenia oleju t < 90 o C), wysokotemperaturowe źródło ciepła (spaliny wylotowe t = o C) page 30 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

31 Gazowe silniki tłokowe page 31 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

32 Odzysk ciepła z silnika gazowego page 32 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

33 Małe systemy kogeneracyjne z silnikami tłokowymi W chwili obecnej około 80 producentów oferuje moduły o mocy nie przekraczającej 50 kwel, głównie z Niemiec i Japonii. Senertec DACHS 5.5kW ecopower e3.0 3kW Fischer Mini 4kW Tedom S8 8kW Avesco Compact 50kW PowerTherm 5-20kW KW-Energie Technik 8kW Moc [MW e ] (6) Wskaźnik mocy elektrycznej do mocy cieplnej Sprawność elektryczna [%] Sprawność cieplna [%] Sprawność całkowita [%] Rodzaj paliwa RóŜnego rodzaju paliwa gazowe oraz płynne page 33 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

34 Ogniwa paliwowe W ogniwach paliwowych następuje bezpośrednia konwersja energii chemicznej paliw do postaci energii elektrycznej. Do ogniwa doprowadzany jest wodór i tlen, które reagują ze sobą, w obecności elektrolitu. Produktami procesu są woda, prąd stały oraz ciepło. Teoretyczna sprawność konwersji energii chemicznej na elektryczną w ogniwie paliwowym wynosi 100%. W praktyce występujące straty energii (reformer, falownik) pozwalają na uzyskanie sprawności ok. 45% page 34 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

35 Rodzaje ogniw paliwowych page 35 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

36 Systemy kogeneracyjne z ogniwami paliwowymi - PEMFC i SOFC Ogniwa paliwowe osiągają bardzo wysoką sprawność elektryczną rzędu 50%, przy bardzo niskim poziomie emisji. Wadą tych urządzeń jest duŝa wraŝliwość na zanieczyszczenia paliwa wiąŝąca się z koniecznością jego kosztownego uzdatniania. Na obecnym etapie ogniwa paliwowe charakteryzują się bardzo wysokim kosztem inwestycyjnym oraz eksploatacyjnym, związanym z ich awaryjnością. Nadal nie są dostępne układy produkowane seryjnie. UTC PureCell 200kW Electrocell ECOGEM 5 5kW (prototype) Hydrogenics H2X 506 Fuel Cell Stack 8kW 48V DC IdaTech ElectraGen XTR 5kW System (48V DC) Wärtsilä WFC 20kW Ceramic Fuel Cells Ltd. 2kW Hexis Galileo 1000N 1kW Moc [MW e ] Wskaźnik mocy elektrycznej do mocy cieplnej Sprawność elektryczna [%] Sprawność cieplna [%] Sprawność całkowita [%] Rodzaj paliwa Wodór, metanol, metan, gaz ziemny page 36 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

37 Silnik Stirlinga Silnik Stirlinga przetwarza ciepło w energię mechaniczną i jest silnikiem zewnętrznego spalania, dzięki czemu moŝe być zasilany dowolnymi palnymi rodzajami paliw (np. biomasą, biopaliwami). MoŜna tu równieŝ wykorzystać ciepło uzyskane z kolektorów słonecznych, a nawet (w małych modelach, zabawkach) ciepło ludzkiej dłoni. page 37 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

38 Silniki Stirlinga Paliwa: dowolne. Temperatura odzyskiwanego ciepła: C Sprawność: elektryczna 20-40%, cieplna 40-60%, całkowita 65-95% ciepło paliwo energia elektryczna page 38 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

39 Cykl cieplny Stirlinga page 39 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

40 Systemy kogeneracyjne z silnikami Stirlinga Na obecnym etapie technologia jest ciągle rozwijana, dlatego jej niezawodność jest bardzo ograniczona. Na rynku dostępnych jest jedynie kilka (5 6 typów urządzeń. Whispergen TM microchp Flexgen G38 38kW Sunmachine Pellets 3kW/10.5kW HRe Boiler: 1kW free piston Stirling (microgen + Dutch consortium) Moc [MW e ] Wskaźnik mocy elektrycznej do mocy cieplnej Sprawność elektryczna [%] Sprawność cieplna [%] Sprawność całkowita [%] >90 Rodzaj paliwa Wszystkie paliwa page 40 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

41 Systemy kogeneracyjne z układami ORC (Organic Rankine Cycle) Systemy kogeneracyjne oparte na procesie ORC działają na tej samej zasadzie co klasyczne obiegi parowe. RóŜnica polega na zastosowaniu innego czynnika roboczego, którym zamiast pary wodnej jest czynnik organiczny (węglowodory, czynniki chłodnicze lub olej silikonowy) charakteryzujące się niŝszą temperaturą parowania. Jako maszyny robocze mogą być uŝywane turbiny osiowe lub odśrodkowe, silniki śrubowe i tłokowe oraz rozpręŝacze spiralne. Enefcogen HT scroll turbine and prototype Enefcogen 30kW System ElectraTherm GreenMachine 50kW Moc [MW e ] pow. 0.4 Wskaźnik mocy elektrycznej do mocy cieplnej Sprawność elektryczna [%] 6-20 Sprawność cieplna [%] Sprawność całkowita [%] Rodzaj paliwa Bez ograniczeń page 41 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

42 Systemy kogeneracyjne z układami ORC (Organic Rankine Cycle) Konwencjonalny kocioł Energia elektryczna Na rynku pojawił się produkt brytyjskiej firmy Enenergetix Group pod nazwą Genlec, o mocy elektrycznej 1 kw el oraz 8 kw th Charakteryzuje się niską wagą, niskimi kosztami eksploatacji, przystosowany do wieszania na ścianie Pompa czynnika Powrót Wymiennik ciepła Moduł ORC Pompa wodna Zasilenie page 42 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

43 Chłodziarki małej mocy zasilane ciepłem absorpcyjne Bromolitowe (czynnik roboczy - woda) DuŜy wybór urządzeń pow. 100 kw Większość urządzeń jednostopniowych PoniŜej 30 kw dostępnych 4 5 urządzeń Niestety Sonnenklima i Rotartica zakończyły produkcję Yazaki WFC-SC kw EAW 15kW Rotartica 4.5kW Moc nominalna 4, kw Współczynnik wydajności 0,70-0,8 chłodniczej Temperatura wody zasilającej C Temperatura wody powrotnej > 70 C Woda chłodząca C Woda lodowa zasilenie 6-7 C Czynnik chłodniczy Woda Czynnik roboczy Bromek Litu Sonnenklima Suninverse 10kW Broad BCT 16kW page 43 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

44 Chłodziarki małej mocy zasilane ciepłem absorpcyjne Amoniakalne (czynnik roboczy - amoniak). Brak ryzyka krystalizacji Wysokie ciśnienie pracy (8 15 bar) MoŜliwe schłodzenie poniŝej O C przy wysokiej temperaturze zasilania Rozpowszechnione duŝe systemy zasilane bezpośrednio gazem Małe urządzenia w fazie prototypów Pink /SolarNext 12kW AoSol 8kW (prototype) Robur 17kW Moc nominalna kw Współczynnik wydajności chłodniczej Woda chłodząca C Woda lodowa zasilenie C Temperatura wody zasilającej C Czynnik chłodniczy Amoniak Czynnik roboczy Woda page 44 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

45 Chłodziarki małej mocy zasilane ciepłem adsorpcyjne Cykliczna praca Brak ryzyka krystalizacji 4 produkty i 2 prototypy obecne na rynku SorTech 8&15kW Invensor 7&10kW China 10kW Moc nominalna kw Współczynnik wydajności chłodniczej Temperatura czynnika gorącego C Woda chłodząca C Woda lodowa zasilenie 6-7 C Czynnik chłodniczy Woda Adsorbent SilikaŜel ECN 2.5kW (prototype) page 45 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

46 Koszty inwestycyjne TDC CHP page 46 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

47 Koszty inwestycyjne Dla wyznaczenia jednostkowych kosztów inwestycyjny moŝna posłuŝyć się równaniem: I ( P) = k * P 2 + k 1 k 3 gdzie: Koszt k 1 k 2 k 3 Moc P Koszt jedn. Zakres CHP - inwestycyjny ,33 0 kw el EUR/ kw el kw el TDC - inwestycyjny ,459 47,5 kw C EUR/ kw C 7, kw C CHP - eksploatacja 5,88-0,27 0 kw el Cent/ kw el kw el page 47 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

48 Podsumowanie PowaŜną barierą powszechnego stosowania systemów kogeneracji w budynkach w Polsce są skomplikowane procedury związane ze sprzedaŝą nadmiaru wyprodukowanej energii elektrycznej do sieci i uzyskaniem świadectw pochodzenia energii elektrycznej z wysokosprawnej kogeneracji. Technologie trigeneracyjne małej skali są juŝ dostępne na rynku. Jednak ze względu na niewielkie doświadczenia związane przede wszystkim z integracja poszczególnych elementów systemów ich rozpowszechnianie jest ciągle utrudnione. page 48 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

49 . Zastosowanie układów trigeneracyjnych w budynkach biurowych - studium przypadku Nowoczesne budynki biurowe wymagają utrzymania komfortu cieplnego w ich wnętrzach w okresie całego roku - konieczna klimatyzacja. Wymagania zrównowaŝonego rozwoju to minimalizacja zuŝycia energii i wykorzystanie energii odnawialnych. Konkurencja na rynku nieruchomości wymaga minimalizacji łącznych kosztów wszystkich nośników energii dostarczanych do tych budynków. page 49 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

50 Symulacja komputerowa - podstawowe narzędzie przy projektowaniu nowoczesnych systemów zaopatrzenia w energię Podejście tradycyjne - ograniczenie strat energii zimą i zysków latem przez zastosowanie moŝliwie dobrej izolacji i energooszczędnych urządzeń. Obliczenia statyczne dla warunków ekstremalnych. Podejście nowoczesne - całoroczna analiza energetyczna uwzględniająca dynamikę budynku oraz zmienność temperatury zewnętrznej oraz zyski wewnętrzne. page 50 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

51 Budynek Tulipan Budynek składa się z 8 stref, w tym 6 stref o kontrolowanych parametrach wewnętrznych (temperatura i wilgotność). Łączna powierzchnia m 2 Kubatura m 3 Zapotrzebowanie na : ciepło kw chłód kw energię elektryczną kw page 51 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

52 System zaopatrzenia w energię Tradycyjny: Ciepło - sieć miejska lub kotłownia gazowa Chłód - agregaty spręŝarkowe Energia el. - zakład energetyczny. Proponowany: Ciepło - odzysk z silnika gazowego 230 kw, kotłownia gazowa szczytowa, odzysk ciepła z wentylacji, wymiennik gruntowy dla powietrza wentylacyjnego. Chłód - chłodziarka absorbcyjna 140 kw + agregaty spręŝarkowe szczytowe Energia el. - generator elektryczny 150 kw + zakład energetyczny. page 52 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

53 System zaopatrzenia w energię - schemat Sieć elektroenergetyczna Chłodnia w entylatorow a Chłodnia w entylatorow a Chłodnia w entylatorow a G enerator energii elektrycznej Silnik gazow y C hłodziarka absorpcyjna C hłodziarki spręŝarkow e Zasobnik chłodu Sieć gazow a Kotły gazow e szczytow e Zasobnik ciepła Zim na w oda W ym iennik i zasobnik c.w.u. W yrzutnia pow ietrza Instalacja ogrzew cza Instalacja chłodnicza C zerpnia pow ietrza G runtow y w ym iennik ciepła O dzysk ciepła C entrala klim atyzacyjna Instalacja c.w.u. Instalacja elektryczna page 53 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław Strefy budynku

54 Symulacja programem ESPr Profile obciąŝeń: energia elektryczna Tygodniowy profil obciąŝenia energetycznego 1,200 1,000 0,800 0,600 ObciąŜenie 0,400 0,200 0,000 00:00:00 05:00:00 10:00:00 15:00:00 20:00:00 01:00:00 06:00:00 11:00:00 16:00:00 21:00:00 02:00:00 07:00:00 12:00:00 17:00:00 22:00:00 03:00:00 08:00:00 13:00:00 18:00:00 23:00:00 04:00:00 09:00:00 14:00:00 19:00:00 00:00:00 05:00:00 10:00:00 15:00:00 20:00:00 01:00:00 06:00:00 11:00:00 16:00:00 21:00:00 Godziny page 54 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

55 Symulacja programem ESPr Profile obciąŝeń: ciepło/ chłód - zima Zapotrzebowanie na moc cieplną podczas najzimnieszego tygodnia Moc cieplna [kw] Ogrzewanie centrale Ogrzewanie strefy Ogrzewanie całość Czas [h] page 55 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

56 Symulacja programem ESPr Profile obciąŝeń: ciepło/ chłód - lato Zapotrzebowanie na moc chłodniczą / cieplną podczas najcieplejszego tygodnia Moc chłodnicza / cieplna [kw] Ogrzewanie centrale Chłodzenie centrale Chłodzenie strefy Chłodzenie całość Czas [h] page 56 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

57 Symulacja - wymiennik gruntowy Lato Temperaturapowietrzazewnętrznegoi zawymiennikiemgruntowympodczasnajcieplejszego tygodnia 10 Zima Temperaturapowietrzazewnętrznegoi zawymiennikiemgruntowympodczasnajzimniejszego tygodnia 35 Temperaturapowietrzazewnętrznego 5 Temperaturapowietrzazawymiennikiemgruntowym Temperatura[C] 15 Temperatura[C] Temperaturapowietrzazewnętrznego Temperaturapowietrzazawymiennikiemgruntowym Czas[h] Czas[h] page 57 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

58 Symulacja - system energetyczny - zima Zapotrzebowanie na moc cieplną i moc cieplna wymiennika gruntowego podczas najzimnejszego tygodnia 800,0 700,0 Ogrzewanie centrale Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania Moc cieplna kanału wykorzystana do ogrzewania 600,0 Moc cieplna [kw] 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0, Czas [h] page 58 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

59 Symulacja - system energetyczny - zima Zapotrzebowanie na moc cieplną budynku, moc cieplna silnika gazowego i zapotrzebowanie na moc cieplną ze źródła szczytowego podczas najzimniejszego tygodnia 800,0 700,0 600,0 Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania Moc cieplna silnika/turbiny Zapotrzebowanie na ciepło ze źródła szczytowego Moc cieplna [kw] 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0, Czas [h] page 59 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

60 Symulacja - system energetyczny - lato Zapotrzebowanie na chłód budynku i moc chłodnicza wymiennika gruntowego podczas najcieplejszego tygodnia 800,0 700,0 600,0 500,0 Chłodzenie centrale Chłodzenie strefy Zapotrzebowanie na chłód do klimatyzacji Moc chłodnicza kanału wykorzystana do chłodzenia Moc chłodnicza [kw] 400,0 300,0 200,0 100,0 0, ,0-200,0 Czas [h] page 60 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

61 Symulacja - system energetyczny - lato Moc chłodnicza silnika gazowego, szczytowego źródła chłodu oraz wymiennika gruntowego i moc cieplna szczytowego źródła ciepła podczas najcieplejszego tygodnia 600 Moc chłodnicza kanału wykorzystana do chłodzenia Moc chłodnicza / cieplna [kw] Zapotrzebowanie na ciepło ze źródła szczytowego Moc chłodnicza silnika gazowego Zapotrzebowanie na chłód ze źródła szczytowego Czas [h] page 61 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

62 Symulacja - system energetyczny - lato Zapotrzebowanie na moc elektryczną budynku podczas najcieplejszego tygodnia Moc elektryczna generatora Zapotrzebowanie na energię elektryczną budynku Moc elektryczna pobierana (oddawana) z (do) sieci Moc elektryczna napędu źródła szczytowego chłodu 400 Moc elektryczna [kw] Czas [h] page 62 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

63 Bilans energii elektrycznej Energia elektryczna wytworzona, zakupiona i sprzedana w układach z zastosowanym silnikiem gazowym i bez niego 2000 Ilość energii elektrycznej w ciągu roku [MWh/rok] Zapotrzebowanie na energię elektryczną 1456 MWh/rok Zapotrzebowanie na energię elektryczną 1591 MWh/rok Sprzedana energia elektryczna do sieci MWh/rok Zakupiona energia elektryczna MWh/rok Produkcja własna energii elektrycznej MWh/rok Moc elektryczna silnika gazowego [kw] page 63 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

64 Bilans ciepła Zapotrzebowanie na energię cieplną w ciągu roku Ilość energii cieplnej [GJ/rok] Energia cieplna źródła szczytowego GJ/rok Energia cieplna wymiennika gruntowego GJ/rok Energia cieplna silnika gazowego GJ/rok Moc elektryczna silnika gazowego [kw] page 64 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

65 Bilans chłodu Zapotrzebowanie na energię chłodniczą Energia chłodnicza źródła szczytowego GJ/rok Energia chłodnicza wymiennika gruntowego GJ/rok Energia chłodnicza silnika gazowego GJ/rok Ilość energii chłodniczej [GJ/rok] Moc elektryczna silnika gazowego [kw] page 65 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

66 Zestawienie wyników Wyszczególnienie Jednostka Stan wyjściowy - msc Stan wyjściowy - gaz Odzysk ciepła - gaz Odzysk ciepła tunel - gaz Trigeneracja Zapotrzebowanie na ciepło, w tym: kw Zapotrzebowanie na chłód kw Zapotrzebowanie na energię elektryczną kw ZuŜycie ciepła GJ/rok Zapotrzebowanie na chłód GJ/rok Zapotrzebowanie na energię elektryczną MWh/rok Dodatkowe nakłady inwestycyjne zł Dodatkowe koszty eksploatacyjne zł/rok Koszty paliwa i energii elektrycznej zł/rok Razem zł/rok Obnizenie kosztów eksploatacyjnych zł/rok SPTB lata x x 1,3 5,7 6,4 IRR 74,2% 15,4% 13,3% page 66 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

67 Zestawienie wyników - emisja msc CO2 tys. t/rok NOx t/rok SO2 t/rok Pył t/rok Trigeneracja page 67 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław

68 Dziękuję za uwagę page 68 Dni Oszczędzania Energii, 3-4 Listopada 2010, Wrocław