DZIAŁANIA NA RZECZ MULTIGENERACYJNYCH SYSTEMÓW ENERGETYCZNYCH W LOKALNIE ZINTEGROWANYCH ZASTOSOWANIACH

Transkrypt

1 DZIAŁANIA NA RZECZ MULTIGENERACYJNYCH SYSTEMÓW ENERGETYCZNYCH W LOKALNIE ZINTEGROWANYCH ZASTOSOWANIACH BUSKO ZDRÓJ województwo świętokrzyskie Opisywany projekt jest realizowany w ramach specjalnego programu badawczego tj. 6. Programu Ramowego UE, KONTRAKT Nr TREN/04/FP6EN/S / Celem projektu CAMELIA jest przeprowadzenie analizy możliwości zredukowania emisji CO 2 poprzez zastosowanie technologii energetyki odnawialnej w sektorze budownictwa ze szczególnym uwzględnieniem wykorzystania energii słonecznej. Projekt CAMELIA ma za zadanie zebranie i dokonanie przeglądu informacji o obecnym stanie wiedzy w zakresie najnowocześniejszych rozwiązań technologicznych w dziedzinie wykorzystania odnawialnych źródeł energii oraz przeprowadzenie analizy efektywności energetycznej, ekonomicznej i oddziaływania na środowisko różnych systemów energetyki odnawialnej i układów poligeneracyjnych pod kątem ich przyszłego wdrażania w budownictwie. Szczegółowej analizie są poddawane wybrane istniejące przykłady wykorzystania energii słonecznej i układów poligeneracyjnych w budynkach położonych w różnych częściach Europy. Po wstępnej analizie do rozważań szczegółowych tzw. studium przypadków (case studies) wybrano 3 obiekty w Europie, jako te które bardzo dobrze obrazują nowoczesne działania na rzecz wdrażania zastosowań energetyki słonecznej i poligeneracji. Do wybranych obiektów należy sanatorium Włókniarz w Busku-Zdroju, w którym działania na rzecz energooszczędności reprezentują nowoczesne metody modernizacji systemu energetycznego z wykorzystaniem technologii energetyki słonecznej. MIASTO Projekt dotyczy całego kraju, ale wybrany do prezentacji fragment projektu dotyczy miasta Busko- Zdrój. Miasto to leży w odległości 50 km od Kielc, 70 km od Tarnowa, 90 km od Krakowa, 150 km od Katowic i 250 km od Warszawy. Powierzchnia miasta i gminy Busko Zdrój wynosi 236 km 2, w tym samego miasta 12,28 km 2. Teren ten zamieszkuje ogółem osób, przy czym w samym mieście zameldowane jest ok osób, a pozostałe ok mieszka w poszczególnych sołectwach. Busko-Zdrój

2 Działalność gospodarcza w mieście ma związek z jego charakterem uzdrowiskowym, który wpływa korzystnie na rozwój branży handlowej dominującej w mieście. TŁO PRZEDSIĘWZIĘCIA W polityce gospodarczej państw Unii Europejskiej ogromną wagę przywiązuje się do konieczności ochrony środowiska, racjonalnego wykorzystania zasobów naturalnych i zmniejszenia energochłonności gospodarki. Do wyegzekwowania realizacji tych postulatów służą oficjalne dokumenty Unii Europejskiej o charakterze wykonawczym, w tym m.in., dyrektywy unijne. W związku z dużą energochłonnością gospodarki europejskiej i znacznym zanieczyszczeniem środowiska, co w dużej mierze jest związane z wysoką energochłonnością budownictwa, odpowiedzialnego za zużycie około 40% energii finalnej, w 2002 roku została ogłoszona Dyrektywa dotycząca charakterystyki energetycznej budynków. Państwa członkowskie dostosowują swoje prawodawstwo i mechanizmy gospodarcze do wymogów Dyrektywy. Stworzono ogólne ramy wspólnej metodologii do wyznaczania tzw. zintegrowanej charakterystyki energetycznej budynków. W poszczególnych państwach UE na różnym poziomie zaawansowania jest ustalanie i wprowadzanie schematów certyfikacji energetycznej nowych budynków i budynków istniejących. Co ważne, wprowadzona Dyrektywa w sposób bezpośredni promuje rozwiązania związane z wykorzystaniem energii słonecznej i innych energii odnawialnych, podkreślając ich znaczenie w zmniejszeniu zapotrzebowania na energię oraz jej zużycia. Poza realizacją polityki legislacyjnej w zakresie wdrażania efektywności energetycznej i zastosowań energetyki odnawialnej, w tym słonecznej, Unia Europejska wspiera nowoczesne energooszczędne i przyjazne środowisku technologie poprzez odpowiednie instrumenty finansowe oraz programy edukacyjnopromocyjne i naukowo-badawcze. W programach badawczo-rozwojowych Unii nacisk kładzie się na zagadnienia odpowiadające priorytetom polityki Unii, w tym przypadku polityki energetyczno-środowiskowej, do których należą m.in. redukcja emisji gazów cieplarnianych, zgodnie z zobowiązaniami zapisanymi w protokole z Kwoto, i zwiększenie wykorzystania odnawialnych źródeł energii, zgodnie z zapisami w Białej Księdze. Jednym z programów Unii dotyczących tych zagadnień był Program Tematyczny Energia, Środowisko, Zrównoważony Rozwój 6. Programu Ramowego, którego obecnie kontynuacją jest 7. Program Ramowy. Programy te są ukierunkowane na utworzenie Europejskiego Obszaru Badawczego (European Research Area-ERA). Jednym z tematów programu jest Zrównoważony rozwój, zmiany globalne i ekosystemy z podprogramem Zrównoważone systemy energetyczne. W ramach tego obszaru tematycznego Komisja Europejska ogłasza konkursy na realizację projektów naukowo-badawczych i demonstracyjnych, do priorytetów w zakresie: energie odnawialne, eko-budownictwo i poligeneracja. Eko-budownictwo jest rozumiane jako budownictwo energooszczędne i przyjazne człowiekowi oraz środowisku jednocześnie, co jest możliwe do osiągnięcia dzięki skojarzeniu nowoczesnych rozwiązań architektoniczno-budowlanych i instalacyjnych z technologiami umożliwiającymi wykorzystanie odnawialnych źródeł energii. Poligeneracja to jednoczesne skojarzone wytwarzanie ciepła, energii elektrycznej i chłodu. Budownictwo europejskie, i to nie tylko krajów śródziemnomorskich, oprócz zapotrzebowania na ciepło i energię elektryczną w coraz większym stopniu wymaga

3 energii niezbędnej do zaspokojenia potrzeb klimatyzacyjnych. W celu zapewnienia odpowiedniej efektywności energetycznej i wysokiej sprawności pozyskiwania i przetwarzania energii dla potrzeb budownictwa celowe jest stworzenie odpowiednich warunków do realizacji procesu poligeneracji (kogeneracja + generacja chłodu) oraz wykorzystania energii słonecznej i innych energii ze źródeł odnawialnych. W celu realizacji zadań badawczych, jakie stawiał 6. Program Ramowy UE, powstała inicjatywa opracowania propozycji projektu CAMELIA, ukierunkowanego na analizę możliwości stosowania rozwiązań energetyki odnawialnej, w tym energetyki słonecznej i układów poligeneracyjnych w budownictwie, aby zmniejszyć jego energochłonność i zredukować emisję CO2. Koordynatorem projektu został francuski instytut naukowy CNAM - Conservatoire national des arts et métiers. Projekt skupia 16 partnerów europejskich z 8 państw. Partnerem z Polski jest Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk. CAMELIA jest projektem 36 miesięcznym, którego termin realizacji zawiera się pomiędzy 1 lipca 2004 a 30 czerwca OPIS PRZEDSIĘWZIĘCIA Projekt obejmuje rozpoznanie stanu budownictwa i jego energochłonności oraz poziomu wykorzystania energii słonecznej i innych energii z odnawialnych źródeł w różnych krajach europejskich. Dotyczy także przeprowadzenia analizy możliwości uzyskiwania energii elektrycznej, cieplnej i chłodniczej z odnawialnych źródeł energii w poszczególnych państwach oraz oszacowania możliwości wdrażania poligeneracji. Jednym z istotnych elementów projektu jest rozpowszechnianie wiedzy w formie publikacji szkoleniowych, poradnika oraz poprzez organizowanie warsztatów. Rozpowszechnianie uzyskanych informacji dotyczy m.in. prezentacji najlepszych przykładów studium przypadku związanych z zastosowaniem nowoczesnych systemów zarządzania i gospodarki energetycznej z wykorzystaniem energii słonecznej. Jednym z trzech pokazowych przykładów jest system w sanatorium Włókniarz w Busku-Zdroju. Rys.1. Zakład Przyrodoleczniczy sanatorium z kolektorami słonecznymi na dachu W ramach projektu zbierano informacje o działaniach termomodernizacyjnych w budynkach sanatorium, aktualnym stanie instalacji grzewczych i wentylacyjnych, stosowanych i modernizowanych technologiach generacji, dystrybucji i

4 magazynowania ciepła, chłodu i energii elektrycznej. Przeprowadzono obliczenia zużycia energii w całym obiekcie i w poszczególnych jego budynkach. Oszacowano oddziaływanie na środowisko nowych rozwiązań technologicznych pod kątem ich wpływu na zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych. Zebrane dane i informacje mają służyć promocji innowacyjnych rozwiązań technologicznych zastosowanych w sanatorium. Charakterystyczną cechą obiektu sanatoryjnego jest znaczne zużycie ciepła na podgrzewanie wody użytkowej, wody zabiegowej i wody technologicznej. W wyniku przeprowadzonych działań termomodernizacyjnych wszystkich obiektów udział energii do ogrzewania pomieszczeń został zmniejszony do 35-40% całkowitych potrzeb grzewczych, a zapotrzebowanie na ciepło do podgrzewania wody użytkowej i zabiegowej stanowi przeszło 60% i jest dominującym elementem bilansu grzewczego sanatorium, co więcej zapotrzebowanie to jest stałe w ciągu roku. Dlatego też tak istotne stały się działania zmierzające do oszczędności zużycia energii niezbędnej do przygotowania ciepłej wody i wody zabiegowej. W 2005 r. w ramach modernizacji systemu grzewczego zastosowano słoneczną instalację grzewczą z płaskimi kolektorami cieczowymi. Na rysunku 2 widać cały kompleks sanatoryjny z różnie zlokalizowanymi kolektorami słonecznymi, część z nich jest umieszczona bezpośrednio na ziemi. Całkowita powierzchnia kolektorów słonecznych wynosi 515 m2, a ich moc grzewcza jest rzędu 250 kw. Ze względu na duże rozmiary całego systemu instalacja słoneczna składa się z dwóch oddzielnych zamkniętych pętli kolektorów słonecz- Rys.2 Widok całego kompleksu sanatoryjnego z różnie nych, w których krąży mieszanka niezamarzająca. Obie pętle oddają pozyskane ciepło w wymienniku ciepła w zbiorniku buforowym (na rys. 3 oznaczony cyfrą 3), o pojemności 10 m3 w lokalnej kotłowni. W kotłowni znajdują się też trzy kotły wodne opalane gazem ziemnym lub olejem opałowym lekkim jako paliwem rezerwowym. W okresie lata występują nadwyżki ciepła pozyskiwanego z kolektorów słonecznego (pojemność zbiornika magazynującego powinna być większa), a zatem w celu zabezpieczenia przed zbytnim przegrzewaniem czynnika grzewczego wprowadzono zawór mieszający (oznaczony numerem 2 na rys.3). W okresie zimy konieczne jest dogrzewanie wody przez ciepło z kotłów gazowych poprzez drugi wymiennik ciepła (na rys. 3 oznaczony cyfrą 4). Latem w ciągu jednego dnia maksymalna energia cieplna uzyskiwana dzięki pracy kolektorów słonecznych wynosi 5GJ/dzień.

5 Natomiast średnio uzyskuje się 2,9 3,5 GJ/dzień. W skali całego roku uzyskuje 460 kwh z 1 m 2 kolektorów słonecznych, ich średnia roczna sprawność wynosi 51%. Obliczono, że w wyniku pracy instalacji słonecznej oszczędza się około 997,6 GJ energii pierwotnej rocznie, w wyniku zmniejszenia zużycia gazu o m 3, co daje redukcję około 55 ton CO 2 rocznie. Należy zaznaczyć, że instalacja słoneczna jest jedną z innowacyjnych energooszczędnych technologii, która została zastosowana w czasie modernizacji systemu energetycznego sanatorium. 2 Gorąca woda z kotłów Ciepła woda użytkowa i zabiegowa 1 kolektory słoneczne Woda sieciowa. 2 zawór mieszający 3 wymiennik ciepła i zbiornik buforowy exchanger 4 zbiornik magazynujący zasilany dodatkowym ciepłem z kotłów gazowych Rys.3. Ideowy schemat instalacji słonecznej w sanatorium Włókniarz w Busko Zdroju ŹRÓDŁA FINANSOWANIA Projekt CAMELIA jest projektem 6. Programu Ramowego UE klasyfikowanym jako CA Działania Koordynacyjne. Jest finansowany w 90% przez Komisję Europejską z budżetu DG TREN, pozostała część jest finansowana przez Ministerstwo Nauki. OCENA I PERSPEKTYWY ROZWOJU Projekt CAMELIA jest projektem, który ma na celu poszerzanie wiedzy odnośnie najnowszych rozwiązań technologicznych służących oszczędzaniu energii, a przez to poszanowaniu środowiska. Jego zadaniem jest także promocja dobrych praktyk i efektywnych w sensie energetycznym i środowiskowym rozwiązań technicznych z wykorzystaniem energii odnawialnych, w tym energii słonecznej. Efektem projektu będzie przygotowanie i opublikowanie przewodnika zawierającego opisy najnowszych technologii energetycznych, w tym technologii energetyki słonecznej, oraz prezentacje najlepszych europejskich inwestycji związanych z wykorzystaniem energii odnawialnych i poligeneracji w postaci studium przypadku (case study), w tym przykład modernizacji sanatorium Włókniarz z Buska-Zdroju. Przewodnik będzie opublikowany zarówno w formie elektronicznej (w Internecie), jak i w postaci

6 publikacji wydanej przez specjalistyczne wydawnictwo naukowo-techniczne. Przewodnik zostanie rozesłany nieodpłatnie do europejskich, krajowych i regionalnych towarzystw i odpowiednich organizacji w celu promocji i wprowadzania racjonalnej polityki w zakresie gospodarowania energią, wykorzystania odnawialnych źródeł energii, w tym energii słonecznej oraz zmniejszania emisji szkodliwych gazów do atmosfery. Na uwagę zasługuje fakt, że przewodnik będzie zawierał wiele danych, informacji i przykładów z Polski, która jest jedynym nowym krajem członkowskim biorącym udział w przedstawionym projekcie. KONTAKT dr inż. Dorota Chwieduk Adiunkt Instytucja IPPT PAN Warszawa, ul. Świętokrzyska 21, Tel/fax.: dchwied@ippt.gov.pl Przykład ten został opracowany przez dr Dorotę Chwieduk. Niniejsze opracowanie zostało przygotowane w ramach projektu Fundusze strukturalne dla rozwoju najlepsze praktyki współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Pomoc Techniczna.