Integracja ciepłownictwa i kogeneracji z KSE, przykłady duńskie Anders Dyrelund, senior market manager, Rambøll Energy Denmark Wiktor

Transkrypt

1 Integracja ciepłownictwa i kogeneracji z KSE, przykłady duńskie Anders Dyrelund, senior market manager, Rambøll Energy Denmark Wiktor Kozłowski, Dyrektor Techniczny, Ramboll Polska

2 RAMBOLL NA ŚWIECIE 2

3 SMART CITY Biomasa dla EC Słoma dla EC Farma wiatrowa Biurowiec Blok mieszkalny Dostawa biomasy Oczyszczalnia ścieków wytwarzająca biogaz Kolektor słoneczny + akumulator Budynek poza siecią, PV Budownictwo podmiejskie, pompa ciepła, PV, wiatrak Wielopaliwowa EC (gaz, słoma, biomasa, odpady komunalne), akumulator Ciepłownia / źródło chłodu +akumulator chłodu Nadwyżka energii z przemysłu 3

4 ROZWIĄZANIA SMART ENERGY Międzynarodowe sieci elektroenergetyczne Międzynarodowe sieci gazowe Sieci cieplne dla całych miast Lokalne układy chłodu sieciowego 100% budynków przyłączona do MSC Instalacje budynkowe zintegrowane z MSC Ogrzewanie niskotemperaturowe Wysoko temperaturowy chłód 4

5 SMART CITY 1. Koncepcja SMART CITY ma na celu stworzenie efektywnej oraz elastycznej współpracy pomiędzy systemami energetycznymi SYNERGIA MIĘDZYSYSTEMOWA - w mieście poprzez współpracę między różnymi systemami energetycznymi można wypracować efektywniejszy sposób pokrywania potrzeb socjalnobytowych w porównaniu z pojedynczym budynkiem, ODLEGŁA PERSPEKTYWA - planowanie inwestycji wymaga nie tylko skupienia się na obecnie zagospodarowanych obszarach, ale również uwzględnieniu przyszłej rozbudowy miasta ASPEKT SPOŁECZNY - inwestycje powinny być analizowane z uwzględnieniem aspektu społecznoekonomicznego, tzn. biorąc pod uwagę czynniki ekonomiczne, społeczne oraz środowiskowe INTELIGENTNE INWESTYCJE stosowanie rozwiązań prostych i charakteryzujących się najwyższą opłacalnością 2. Współpraca między systemami energetycznymi ma na celu m.in.: dostosowanie systemu do zróżnicowanego w czasie zapotrzebowania na energię wykorzystanie potencjału do magazynowania energii wykorzystanie zmienności dobowej i sezonowej kosztów wytwarzania energii 5

6 CENA ENERGII ELEKTRYCZNEJ 6

7 INFORMACJE OGÓLNE 1. W 2012 r. funkcjonowało 466 przedsiębiorstw posiadających koncesje na działalność związaną z zaopatrzeniem w ciepło (URE) 2. 22% wszystkich koncesjonowanych przedsiębiorstw wytwarzało ciepło w kogeneracji (URE) 3. Ciepło w kogeneracji stanowiło ponad 60% ciepła wyprodukowanego w koncesjonowanych przedsiębiorstwach (URE) 4. Miejskie sieci ciepłownicze pokrywają ponad 60% zapotrzebowania na ciepło w obszarach miejskich (IGCP) 5. Warszawski system ciepłowniczy pokrywa 80% potrzeb stolicy (Dalkia Warszawa) 6. W 2012 r. zużycie węgla do produkcji ciepła wytworzonego poza procesem kogeneracji w przedsiębiorstwach koncesjonowanych wynosiło ok. 5 mln ton (URE) 7. W 2012 r. zużycie węgla kamiennego w kotłach ciepłowniczych energetyki zawodowej, ciepłowniach zawodowych i niezawodowych oraz w gospodarstwach domowych wynosiło ok. 15 mln ton (GUS ) 8. Emisje z kotłów ciepłowniczych energetyki zawodowej, ciepłowni zawodowych i niezawodowych, przy założeniu zainstalowania układu odpylania: SO2 45 tys. ton/a NOX 15,5 tys. ton/a pył 6,5 tys. ton/a CO tys. ton/a Potencjał kogeneracji gazowej do 2030 r. 1. Ciepłownie - mała i średnia kogeneracja 7 tys. 35 tys. TJ ciepła 2 tys. 10 tys. GWh en. el mln m3 gazu, 1,5 7 mln ton CO2 (emisja uniknięta) 2. Odbiorcy końcowi - mikrokogeneracja 0-15 tys. TJ ciepła 0 1,5 tys. GWh en. el mln m3 gazu, 0 3 mln ton CO2 (emisja uniknięta) 7

8 MIASTA SZANSA NA OSZCZĘDNE ROZWIĄZANIA W ZAKRESIE SPRAWNOŚCI ENERGETYCZNEJ I ENERGII ODNAWIALNEJ Rozwój miast Możliwości rozwoju miejskich sieci ciepłowniczych i chłodu sieciowego MSC warunkiem wydajnej energetycznie i kosztowo integracji energii odnawialnej (energia wiatru, energia słoneczna, biomasowa, geotermalna) Efektywne energetycznie niskoparametrowe instalacje w budynkach istotną częścią rozwoju miejskiej infrastruktury sieci cieplnych 8

9 PROGNOZA ZAPOTRZEBOWANIA NA CIEPŁO Jest duży potencjał możliwości zwiększenia udziału ciepłownictwa - Warszawa około 80% - udział może być jeszcze większy. Zapotrzebowanie na ciepło w budownictwie - dalsza termomodernizacja, rewitalizacja, rosnący udział nowego budownictwa, malejący wskaźnik zużycia ciepła dla budynków wielorodzinnych: kwh/(m 2 *rok) - istniejące budynki, 95 kwh/(m 2 *rok) - nowe budynki, 85 kwh/(m 2 *rok) lata , 75 kwh/(m 2 *rok) lata Szansą może być chłód sieciowy Zapotrzebowanie ciepła z systemu ciepłowniczego wzrośnie albo spadnie zależy od: konkurencyjności, uwarunkowań prawnych i formalnych, marketingu, akceptacji społecznej dla ciepłownictwa itd. 9

10 PODSTAWY MODELU DUŃSKIEGO Długoterminowa polityka energetyczna uzgodniona na poziomie parlamentarnym Optymalizacja w celu najniższego kosztu dla społeczeństwa przy uwzględnieniu kosztów środowiskowych Gminy biorą odpowiedzialność za infrastrukturę, aby kreować korzyść społeczeństwu i przemysłowi Gminy współpracują i organizują spółdzielnie, które są właścicielami i eksploatują duże instalacje (np.ec, EfW, sieci itd.) Konsumenci współpracują w celu tworzenia spółdzielni Właściciele budynków współpracują w celu tworzenia stowarzyszeń wspólnot mieszkaniowych i spółdzielni mieszkaniowych Powyższe daje podstawy do: Efektywności energetycznej w długiej perspektywie Efektywność na poziomie instytucjonalnym (wypracowanie rozwiązania z najniższym kosztem dla społeczeństwa) Efektywnego finasowania (najniższy koszt finasowania) Beneficjenci Konsumenci energii Społeczeństwo jako całość (w tym kreowanie zdolności eksportowej przemysłu duńskiego) 10

11 Net heat demand in TWh Curve: Average net heat demand in kwh/m2 ZAPOTRZEBOWANIE NA CIEPŁO (DANIA) 70 Net heat demand Modest development Historical Projection New buildings Existing buildings Average per unit

12 Floor area in million m2 Curve: CO2-emission kg. per MWh heating at end-user POWIERZCHNIA OGRZEWANA Historical Heat supply of the building stock Modest development Projection Individuel solar heating Individuel heat pump Individuel biomass Individuel electric heating Individuel gas boilers Individuel oil boilers Small scale district heating District heating CO2-emission total

13 Heat Production in TWh Curve: share of CHP ZAPOTRZEBOWANIE NA CIEPŁO I STRUKTURA WYTWARZANIA District heating load dispatch Modest development Historical Projection Boilers, fossil fuels Boilers, biomass Large-scale solar heating Geothermal Electric boiler Large heat pumps Biogas CHP, engine Biomass CHP, steam turb. Dec. CHP natural gas Central CHP, fossil fuels Waste-to-energy CHP Industrial surplus heat Share of CHP 100% 90% 80% 70% 60% 50% 30 40% 20 30% 20% 10 10% % 13

14 MWh Resource per MWh heating to end-user Curve: CO2-emission kg. per MWh heating to end-users STRUKTURA POKRYCIA ZAPOTRZEBOWANIA NA CIEPŁO 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 Resources for district heating Modest development Historical Projection Large-scale solar Geothermal heat Electricity, boilers Electricity, large heat pumps Waste Biomass boilers Biomass CHP Biogas Natural gas Coal Oil CO2-emission , , ,2 50 0,

15 KOGENERACJA 15

16 SYSTEM AKUMULACJI CIEPŁA 16

17 SYSTEM AKUMULACJI CIEPŁA Przykładowy tydzień letni pracy EC Lublin Wariant m Przykładowy tydzień letni pracy EC Lublin Wariant m Moc [MW] Naładowanie akumulatora [MWh] Moc [MW] Naładowanie akumulatora [MWh] Czas [h] Moc cieplna BGP Zapotrzebowanie na ciepło Moc elektryczna bloku Ładowanie/Rozładowywanie akumulatora Naładowanie akumulatora Czas [h] Moc cieplna BGP Zapotrzebowanie na ciepło Moc elektryczna bloku Ładowanie/Rozładowywanie akumulatora Naładowanie akumulatora -500 Pojemność zbiornika m MWh Minimalny czas rozładowania/ładowania akumulatora h ,5 Przepływ maksymalny m 3 /h Średnice rurociągów łączących mm DN700 DN600 DN600 Maksymalny efekt ładowania i rozładowania(moc cieplna UAC) MW

18 SYSTEM CHŁODU SYSTEMOWEGO Z AKUMULATOREM CHŁODU Zredukowanie fluktuacji mocy do poziomu 80%? Akumulator chłodu (dla dobowej zmienności ) obniża moc do poziomu 70%? CAPEX agregatów chłodniczych spada do 50-90% Optymalizacja zużycia energii elektrycznej przy wykorzystaniu akumulatora chłodu Właściwa lokalizacja agregatów chłodniczych na planie miasta Wykorzystanie ciepła z agregatów chłodniczych na potrzeby ciepłownicze Wykorzystanie akumulatora gruntowego do magazynowania ciepła i chłodu (sezonowo) Wykorzystanie pompy ciepła do wytwarzania chłodu i ciepła Wykorzystanie agregatów chłodniczych absorpcyjnych i zagospodarowanie nadwyżek ciepła Wykorzystanie agregatów chłodniczych absorpcyjnych obniża chwilowe zużycie energii elektrycznej Dostawa komfortu cieplnego do budynku (ciepło i chłód) Zmniejszenie kubatury pomieszczeń serwisowej w budynkach (piwnica/poddasze) Wykorzystanie instalacji klimatyzacji i ogrzewania podłogowego do ogrzewania alternatywnie chłodzenia Synergie ciepłownictwa i chłodu systemowego 18

19 MAGAZYNOWANIE ENERGII CIEPLNEJ W WARSTWACH WODONOŚNYCH / W PODZIEMNYCH ZBIORNIKACH WODNYCH Sezonowe magazynowanie chłodu Sezonowe magazynowanie ciepła Pompa ciepła wykorzystywana na potrzeby szczytowo-rezerwowe do chłodzenia latem Pompa ciepła generuje ciepło zimą 19

20 PRZYKŁAD CHŁODU SYSTEMOWEGO CARLSBERG Głównie nowe budynki m 2 powierzchni razem m 2 potrzebuje chłodu 20

21 OPTYMALNE OGRZEWANIE NISKOTEMPERATUROWE I CHŁÓD WYSOKOTEMPERATUROWY Para Woda przegrzana 160 Woda 110 Woda 95 Lód Zimna woda 4 Zimna woda 10 Zimna woda 20 Max. temp. zasilania wody na cele grzewcze dla budynku 60 o C Max. temp. wody powrotnej z budynku 35 o C Min. temp. zasilania wody do chłodzenia dla budynku 10 o C / 20 o C Max. temp. obliczeniowa zasilania wody z sieci ciepłowniczej 95 o C Normalna temperatura pracy MSC 65 o C- 80 o C Normalna temperatura pracy sieci chłodu 4 o C - 10 o C 21

22 NOWOCZESNE BUDYNKI MOGĄ BYĆ WYPOSAŻONE W SZEREG INDYWIDUALNYCH URZĄDZEŃ GRZEWCZYCH/CHŁODZĄCYCH Wszystkie urządzenia zasilane są zimą przez sieć ciepłej wody użytkowej Wszystkie urządzenia zasilane są latem przez sieć zimnej wody użytkowej Ciepła woda w kranie dostępna jest przez cały rok Gorąca woda dla utrzymania wilgotności Ciepła i zimna woda użytkowa produkowane są centralnie: MSC i chłód sieciowy, bezpośrednio lub przez wymienniki 22

23 AKUMULATORY CIEPŁA I GRUNTOWE ZBIORNIKI CIEPŁA Największe zbiorniki akumulacyjne ciepła w Danii: m 3, 95 o C, Odense 3 x m 3, 120 o C m 3, 85 o C, Vojens m 3, 85 o C, Gram Szereg projektów aktualnie w fazie projektowania lub realizacji. 23

24 WIRTUALNY MAGAZYN ENERGII ELEKTRYCZNEJ(1) Magazynowanie energii elektrycznej jest drogie Rozwiązanie alternatywne: Zastąpienie wielu małych pomp ciepła pracujących dla celów grzewczych i chłodniczych bez zasobników - przez Zintegrowany system obejmujący: Systemy ciepłownicze i chłodnicze Duże pompy ciepła pracujących dla celów grzewczych i chłodniczych (uniknięcie nagłych wzrostów zapotrzebowania en. El.) Kotły elektryczne ( pracujące przy niskich cenach, z szybka regulacyjnością) EC z szybką regulacyjnością Akumulator ciepła Akumulator chłodu 24

25 WIRTUALNY MAGAZYN ENERGII ELEKTRYCZNEJ (2) 25

26 DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ Anders Dyrelund Wiktor Kozłowski