Część II. Technologie URE, infrastruktura

Transkrypt

1 Część II Technologie URE, infrastruktura

2

3 Adam Minikowski * Pompy ciepła właściwe wymiarowanie instalacji z pompami ciepła 1. Wstęp Rosnące ceny paliw kopalnych i coraz większa świadomość ekologiczna społeczeństwa sprawiaj, że coraz częściej poszukuje się odnawialnych lub alternatywnych źródeł energii. Dodatkowym bodźcem do poszukiwań coraz nowszych technologii w zakresie odnawialnych źródeł energii są porozumienia międzynarodowe oraz wymagające normy w zakresie redukcji emisji gazów cieplarnianych. Okazuje się, że największymi źródłami emisji tych gazów nie są zakłady przemysłowe, lecz domy jedno lub wielorodzinne wyposażone często w przestarzałe lub nieekologiczne systemy grzewcze. Mając na uwadze powyższe argumenty, trudno dziwić się rosnącej modzie na alternatywne źródła energii. Inwestorzy, a także potencjalni klienci coraz częściej wykazują zainteresowanie pompami ciepła nie tylko ze względu na oszczędności, ale także aspekty ekologiczne. 2. Zastosowanie pomp ciepła Pompy ciepła posiadają szerokie zastosowanie w systemach grzewczych. Najczęściej jest to: ogrzewanie domów jednorodzinnych, ogrzewanie budynków wielorodzinnych, przygotowanie ciepłej wody użytkowej, ogrzewanie basenów, osuszanie i chłodzenie, ogrzewanie budynków wielkogabarytowych, na przykład użyteczności publicznej, obiektów przemysłowych, hoteli, szkół Argumenty przemawiające za zastosowaniem pomp ciepła Istnieje wiele argumentów przemawiających za zastosowaniem pomp ciepła. Oczywistym argumentem jest uzyskiwanie energii cieplnej przy najniższych kosztach. Obecnie pompa ciepła uważana jest za najtańsze źródło ogrzewania. Pozostałe argumenty przemawiające za stosowaniem pomp ciepła to: redukcja emisji gazów cieplarnianych ekologiczne źródło ciepła, redukcja kosztów i zużycia energii końcowej o około 75%, uniezależnienie od dostaw i źródeł paliw tradycyjnych, wygodna i bezobsługowa eksploatacja, bezpieczeństwo użytkowania w odróżnieniu od instalacji gazowych lub węglowych oraz ich wielofunkcyjność Koszty eksploatacji Pompa ciepła jest najtańszym źródłem, zapewniającym energię cieplną do ogrzewania budynków lub przygotowania C.W.U. Koszt wyprodukowania 1 GJ energii cieplnej przy pomocy pompy ciepła wynosi około 20 zł, podczas gdy zapewnienie tej samej energii przy pomocy kotła gazowego to wydatek rzędu 60 zł. Dlatego konkurencyjność pomp ciepła jest niepodważalna i trudno jest znaleźć inne źródło ciepła o tak niskich kosztach eksploatacyjnych Zasada działania pompy ciepła Pompa ciepła działa na zasadzie odwróconego obiegu chłodniczego. Podobnie jak każde urządzenie chłodnicze składa się z tych samych * mgr inż. A. Minikowski, spec. z zakresu pomp ciepła, kolektorów słonecznych i technik basenowych, P. W. Ecomotyl Sp. z o. o.

4 62 Adam Minikowski podstawowych elementów. Są to: sprężarka, skraplacz, zawór rozprężny, parowacz. Kompresor spręża czynnik chłodniczy do wysokiego ciśnienia. Sprężony czynnik przetłaczany jest do skraplacza, gdzie wskutek przemian fazowych przechodzi ze stanu gazowego w ciekły. Zmiana stanu czynnika wiąże się z emisją dużych ilości ciepła. To właśnie to ciepło jest wykorzystywane do zasilania systemów C.O. lub C.W.U. Po skropleniu i przekazaniu ciepła, czynnik w stanie ciekłym przepływa do zaworu, gdzie następuje jego rozprężenie, czyli spadek jego ciśnienia. Czynnik o niskim ciśnieniu trafia do parowacza, gdzie przechodzi kolejną przemianę ze stanu ciekłego w gazowy. Parowanie czynnika zachodzi przy niskiej temperaturze. Aby proces parowania zachodził całkowicie, do parowacza dostarcza się ciepło z dolnego źródła ciepła, czyli na przykład z wymiennika gruntowego. Pozornie niewielka ilość ciepłą, jaką uzyskujemy z gruntu, pozwala na intensywne odparowanie czynnika i napędzenie procesów w pompie ciepła. Czynnik po odparowaniu trafia do sprężarki i obieg się zamyka. Znając już zasadę działania pompy ciepła jasno widać że niemal 80% energii napędowej pochodzi z dolnego źródła ciepła, a tylko 20% to moc elektryczna dostarczana do sprężarki. Użytkownik ponosi jedynie koszt energii elektrycznej, gdyż pozostała energia jest pobierana z otoczenia Najważniejszy parametr charakteryzujący pompę ciepła efektywność COP Najczęściej pompa ciepła charakteryzuje się parametrem COP. Wartość ta mówi o efektywności całego obiegu urządzenia. Im wyższy współczynnik COP, tym sprawniejsza pompa ciepła i tym niższe będą koszty energii elektrycznej. Według normy PN EN 255 każdy producent pomp ciepła zobowiązany jest podawać wartość współczynnika COP dla odpowiednich parametrów pracy urządzenia. Najczęściej występują dwa punkty pracy: S0/W35 oraz S0/W50. Opisują one, w jakich warunkach pracować będzie pompa ciepła. S0/W35 oznacza, że temperatura glikolu w wymienniku gruntowym wynosi 0 C, a temperatura wody ciepłej na wyjściu z pompy ciepła wynosi 35 C. Punkt S0/W35 jest charakterystyczny dla układów pomp ciepła współpracujących z ogrzewaniem płaszczyznowym, jak na przykład ogrzewanie podłogowe lub ścienne. Natomiast punkt S0/W50 charakteryzuje pracę pompy ciepła w system ogrzewania domu przy pomocy grzejników albo klimakonwektorów lub ogrzewania ciepłej wody użytkowej. Przy tej samej pompie ciepła współczynnik COP dla S0/W35 będzie wyższy niż dla punktu S0/W50. Oznacza to że układy pomp ciepła z ogrzewaniem płaszczyznowym są najbardziej efektywne. Nie oznacza to, że nie wykonuje się układów pomp ciepła z grzejnikami, wręcz przeciwnie często stosuje się układy mieszane, w których pompa zasila jednocześnie układ grzejników i ogrzewania płaszczyznowego. Podsumowując współczynnik efektywności COP będzie zależał nie tylko od temperatury panującej w gruncie ale także od temperatury wody jaką będziemy dostarczać do instalacji grzewczej Dolne źródło ciepła Pod pojęciem dolne źródło ciepła rozumiemy system, który ma za zadanie dostarczać energię cieplną do parowacza pompy ciepła. Darmowe ciepło jest najczęściej pobierane z otoczenia. Istnieje wiele rozwiązań mających zapewnić dostarczanie energii z otoczenia, Najczęściej wykorzystuje się: ciepło zawarte w gruncie, ciepło z powietrza, ciepło z wody oraz ciepło z procesów technologicznych Najpopularniejszym rozwiązaniem są wymienniki gruntowe. Wykonuje się kilka wersji tych wymienników, w zależności od ich ułożenia. Są to wymienniki poziome w postaci pętli, wymienniki poziome w postaci spiral oraz wymienniki pionowe w postaci sond pionowych. Każde z tych rozwiązań ma swoje wady i zalety, ale właściwe i poprawne wykonanie, zapewni optymalną pracę pompy ciepła oraz niskie rachunki za ogrzewanie. Popełnienie błędu na etapie wykonania wymiennika gruntowego często wiąże się później z niewłaściwą pracą pompy ciepła, dlatego należy przestrzegać pewnych zasad. Instalacja wymiennika poziomego w postaci

5 Pompy ciepła właściwe wymiarowanie instalacji z pompami ciepła 63 Rysunek 1. Wymiennik gruntowy w postaci pętli. Źródło: opracowanie własne P. W. Ecomotyl pętli polega na wykonaniu wykopów o średniej głębokości od 1,8 do 2 m poniżej poziomu gruntu. W wykopie układa się rury z tworzywa PE. Ważne jest, aby zachować właściwe odstępu między rurami i poszczególnymi pętlami. Podstawowe wskazówki dotyczące montażu wymiennika poziomego w postaci pętli to: głębokość ułożenia 1,8 2 m poniżej poziomu gruntu, odstęp pomiędzy rurami 1 m, odstęp między osiami pętli 3 m, studzienka zbiorcza w najwyższym punkcie wymiennika, zachowanie poziomego ułożenia, obsypanie rur wymiennika warstwą piasku, zachowanie identycznej długości pętli, właściwa ocena jakości gruntu pod kątem uzysków cieplnych. Rysunek 2. Wymiennik gruntowy w postaci spirali. Źródło: Opracowanie własne P. W. Ecomotyl Wymiennik poziomy w postaci spirali wykonywany jest podobnie jak wymiennik z pętlami. Różnica polega na sposobie układania rur w wykopie. Spirale pozwalają na nieco lepszy odbiór ciepłą z gruntu przy stosunkowo mniejszej powierzchni. Niemniej jednak różnice w wielkości wymiennika nie są duże. Identycznie jak przy wymienniku z pętlami należy kierować się tymi samymi wskazówkami. Wymiennik pionowy w postaci sondy jest coraz częściej stosowany. Zaletą tego rozwiązania jest wyższa sprawność oraz większa ilość ciepła możliwa do uzyskania z gruntu. Przy zastosowaniu wymienników pionowych nie trzeba wykonywać tak wielu wykopów, jak w przypadku wymienników poziomych. Dodatkowo wymienniki pionowe nie zabierają miejsca na działce i można dowolnie zagospodarować jej teren. Uzysk energetyczny przy gruntach ilastych wynosi od 40 do 55 W/mb, co w przypadku wymienników poziomych nie jest możliwe do osiągnięcia. Dodatkowo temperatura w gruncie na poziomie około 120 m jest znacznie wyższa niż przy 2 m z wymiennikiem poziomym. Średnio temperatury na głębokości 120 m wynoszą od 8 do 12 C. Ilość sond oraz ich długość jest ściśle związana z mocą pompy ciepła. Ogólne wskazówki jednak dotyczą każdego urządzenia. Najważniejsze to: ocena właściwości gruntu, właściwe obliczenie ilości i długości pętli, wykonywanie odwiertów głębokich (1x120 m odwiertu zamiast 4x30 m), odpowiednie odstępy między pętlami,

6 64 Adam Minikowski przygotowanie dokumentacji geologicznej. Kolejnym typem pomp ciepła są układy woda woda. Pompa ciepła w tym systemie pobiera ciepło nie z gruntu, ale bezpośrednio z wód gruntowych lub innych źródeł wody. Podstawowe źródło wody to studnia głębinowa wykonana na działce, w której znajduje się pompa zanurzeniowa, mająca za zadanie dostarczać wodę do parowacza pompy ciepła. Wiąże się to także wykonaniem drugiej studni, do której będzie zrzucana woda. Pompa ciepła pracująca w tym układzie osiąga najwyższe współczynniki efektywności COP, gdyż temperatura wody może osiągać nawet do 12 C. Wykonanie takiej instalacji wiąże się jednak z wieloma uwarunkowaniami. Aby wykonać taki układ należy: wykonać dwie studnie głębinowe, uzyskać zezwolenia na wykonanie studni oraz sporządzić operat wodno-prawny, przeprowadzić analizę jakości wody pod kątem zawartości pierwiastków, przeprowadzić próbę tłoczenia wody i ocenić możliwą do uzyskania ilość wody, zainstalować filtry wodne. Zdj. 1. Jednostka zewnętrzna Split powietrze woda. Źródło: Katalog pomp ciepła Ochsner 2010 Często, z powodu nie spełnienia powyższych warunków, odstępuje się od wykonania takiego układu. Zamiennie zamiast studni można wykorzystać wody z rzek lub jezior, o ile pozwalają na to parametry wody oraz lokalne uwarunkowania. Kolejnym dolnym źródłem ciepła, najłatwiejszym do wykorzystania, może być powietrze. Instalacja pompy ciepła typu powietrze woda nie wiąże się z tak dużymi pracami, jak w przypadku pozostałych systemów. Pompy ciepła powietrzne stosowane są w sytuacjach, gdy niemożliwe jest wykonanie wymiennika gruntowego. Idealnie nadają się do termomodernizacji instalacji istniejących. W przypadku, gdy budynek posiada już istniejącą instalację, zastosowanie pompy ciepła powietrze woda pozwala na obniżenie kosztów eksploatacji, przy stosunkowo niższych kosztach instalacji pompy ciepła. Układ z pompą powietrzną składa się z jednostki wewnętrznej pompy ciepła oraz jednostki zewnętrznej parowacza Split. Zalety tych rozwiązań to prostota instalacji, łatwość dostępu do powietrza i możliwość rozbudowy istniejących instalacji. Wadą tych urządzeń jest spadek wydajności przy bardzo niskich temperaturach powietrza. 3. Planowanie instalacji z pompą ciepła Właściwe zaplanowanie instalacji z pompą ciepła pozwala na uniknięcie błędów na etapie wykonawstwa oraz na uzyskanie najlepszego efekty energetycznego. Poprawnie zainstalowana pompa ciepła zapewni najniższe koszty ogrzewania i bezobsługową pracę. Planowanie instalacji można przeprowadzić według następującego schematu: określenie zapotrzebowania na ciepło i C.W.U. dla projektowanego budynku, zaprojektowanie instalacji C.O. z uwzględnieniem zasilania pompą ciepła, ocena możliwości wykonania dolnego źródła ciepła, dobór pompy ciepła, dobór dolnego źródła i jego obliczenia, właściwa instalacja przez autoryzowanych wykonawców, rozruch systemu przez wykwalifikowany serwis. 4. Podsumowanie Mając na uwadze argumenty przemawiające za pompami ciepła trudno się dziwić, że cieszą się one coraz większą popularnością. W dobie wyczerpujących się źródeł paliw kopalnych oraz ro-

7 Pompy ciepła właściwe wymiarowanie instalacji z pompami ciepła 65 snących kosztów paliw, pompa ciepła wydaje się najlepszym rozwiązaniem w zakresie ogrzewanie i przygotowania C.W.U. Aby ocenić atrakcyjność inwestycji w pompę ciepła należy przeanalizować koszty inwestycji i eksploatacji takiego systemu. Przykład 1. Dane podstawowe: Powierzchnia użytkowa domu: 170 m 2 Typ ogrzewania: ogrzewanie podłogowe Ilość mieszkańców: 4 Moc pompy ciepła: 10 kw COP: 4 Dolne źródło: sondy 2x90 m Koszt inwestycji w pompę ciepła: Pompa ciepła: ,00 zł Odwierty: ,00 zł Zbiornik CWU: 5 000,00 zł Materiały i robocizna: 8 000,00 zł RAZEM: ,00 zł Koszt eksploatacji: Czas pracy pompy ciepła: około 1800h/rocznie Moc elektryczna kompresora: 2 kw Zużycie energii: 3600 kwh/rok Koszt energii: 1800,00 zł/rok Koszt inwestycji w instalację gazową: Koszt kotła gazowego: ,00 zł Wykonanie przyłącza gazowego: 7 000,00 zł Wykonanie komina z wkładem: 3 500,00 zł RAZEM: ,00 zł Koszt eksploatacji: Zapotrzebowanie budynku na energię: około kwh/rok Średnia sprawność kotła: 92% Wartość opałowa GZ-50: 9 kwh/ m 3 Roczne zużycie gazu: m 3 /rok Koszt gazu: zł/rok Porównanie pompy ciepła i kotła gazowego: Inwestycja w pompę: ,00 zł Eksploatacja: 1800,00 zł/rok Inwestycja w kocioł: ,00 zł Eksploatacja: 4 764,00 zł/rok Nadwyżka inwestycyjna w pompę ciepła: , ,00 = ,00 zł Oszczędność po zastosowaniu pompy ciepła: 4764, ,00 = 2 964,00 zł rocznie Czas zwrotu inwestycji: ,00/2964,00 PLN = około 10 lat W obliczeniach nie uwzględniono wzrostu cen gazu i energii elektrycznej oraz kosztów przeglądów instalacji gazowej. Pompa ciepła nie wymaga serwisowania. Żywotność sprężarki pompy ciepła wynosi około 40 lat. Wiele krajów Unii Europejskiej dofinansowuje tego typu instalacje, promując jednocześnie ekologiczne rozwiązania. Rosnąca liczba instalacji pomp ciepła jest sygnałem, że również w Polsce program dopłat do tego typu instalacji cieszyłby się dużą popularnością. Streszczenie Wzrost cen paliw, sprawił że inwestorzy poszukują nowych odnawialnych źródeł energii. Dlatego rynek pomp ciepła w Polsce rozwija się bardzo dynamicznie. Główne przyczyny wyboru tych urządzeń to: niskie koszty ogrzewania, czyste i ekologiczne źródło ciepła. Wybór pompy ciepła nie jest zadaniem łatwym. Cały system musi zostać właściwie skonfigurowany. Inwestor musi zwrócić uwagę nie tylko na wybór pompy ciepła, ale także na pozostałe elementy systemu. Najważniejsze wyznaczniki to: rodzaj pompy ciepła, współczynnik efektywności, rodzaj źródła ciepła, rodzaj systemu grzewczego w budynku, właściwa konfiguracja wszystkich elementów instalacji. Najczęściej stosowane w Polsce źródła ciepła to gruntowa wymienniki ciepła. Istnieje wiele typów tych wymienników. Właściwa praca urządzenia zależy od poprawnego doboru i właściwe instalacji tej części systemu. Należy kierować się wytycznymi producentów pomp, ale także uwzględnić uwarunkowania wynikające z miejsca montażu. Podane wskazówki pozwalaja na przybliżenie zagadnienia pomp ciepła. Poza opisami technicznymi przedstawiono także porównanie kosztów eksploatacji pompy ciepła. Summary The increase in fuel prices caused investors to look for new renewable energy sources. Therefore, the heat pump market in Poland is developing very dynamically. The main reasons for choosing these devices are: low heating costs, clean and green source of heat. Selection of heat pump is not an easy task. The entire system must be properly configured. The investor must pay attention not only to select the heat pump, but also on other elements of the system. The most important determinants are: Type of heat pump. Coefficient of performance.

8 66 Adam Minikowski Type of heat source. Type of heating system in the building. Correct configuration of all system components. The most commonly used in Poland heat source is ground heat exchangers. There are many types of heat exchangers. Proper operation of the device depends on the correct selection and proper installation of this part of the system. Please follow the guidelines of pump manufacturers, but also take into account the circumstances arising from the mounting location. This tips allow for an approximation problem of heat pumps. Apart from technical descriptions also compares the costs of operating the heat pump.

9 Ryszard Tytko * Instalacje solarne energia ze Słońca Energia słoneczna ogrzewa kulę ziemską mocą większą o około 10 tysięcy razy niż wynosi światowe zużycie wszystkich postaci energii jest to więc ogromny potencjał energetyczny w bardzo niewielkim stopniu dotychczas wykorzystany. Jedną z form jego wykorzystania jest ogrzewanie wody do celów użytkowych w instalacjach solarnych. Instalacja ta składa się z zespołu urządzeń, dzięki którym z energii słonecznej otrzymujemy energię cieplną. Kolektory słoneczne są to urządzenia absorbujące promienie słoneczne i zamieniające ją w energię cieplną. W Polsce najczęściej wykorzystywanymi kolektorami są: płaskie, rurowe i próżniowe. Kolektory słoneczne montuje się: na dachu budynku lub przed domem od strony południowej. Dwoma izolowanymi rurkami miedzianymi łączy się je z zespołem pompowym i wymiennikiem ciepła, które zamontowane są w kotłowni. Wymiennik ciepła współpracuje również z innymi źródłami ciepła takimi, jak piec gazowy, węglowy i kominek z płaszczem wodnym. Z wymiennika dwuwężownicowego lub płaszczowego, ciepła woda użytkowa dostarczana jest do celów bytowych użytkowników domu oraz wspomagania centralnego ogrzewania. Aby w domu jednorodzinnym zamieszkałym przez 3 5 osób można było korzystać z ciepłej wody w około 60% w skali roku z energii słonecznej, należy zamontować: trzy kolektory płaskie o powierzchni około 6 m 2 lub jeden kolektor próżniowy czterdziestorurowy. Wielkości te zalecają producenci oraz firmy instalacyjne. W celu wykorzystania instalacji solarnej do wspomagania centralnego ogrzewania (około 20%) należy podwoić ilość kolektorów słonecznych oraz zwiększyć wielkość zbiornika. Montaż instalacji solarnej nie wymaga pozwolenia na Założenia: Dom jednorodzinny trzy, pięć osób. Dwa źródła energii dla c.w.u. Kolektory słoneczne 3 panele. Zbiornik c.w.u.z dwiema wężownicami 300 l. Kocioł gazowy (inne źródło ciepła). Rysunek 1. Schemat ogólny działania układu grzewczego c.w.u. dla domu jednorodzinnego [1] budowę. Firma instalacyjna udziela trzyletniej gwarancji na instalację solarną, wykonuje przeglądy gwarancyjne i pogwarancyjne, a producenci kolektorów udzielają gwarancji na nie na okres powyżej 10 lat. Koszt całkowity instalacji solarnej dostarczającej ciepłą wodę użytkową przy w/w założeniach wynosi około zł. Oszczędności wynikające z wykorzystania tej instalacji szacuje się na około zł rocznie. Stopa zwrotu z tej inwestycji wynosi więc około cztery lata. W kraju istnieje kilka form dofinansowania instalacji solarnych dla właścicieli domów prywatnych. * R. Tytko, honorowy prof. Połtawskiej Państwowej Akademii Rolniczej, Ukraina.

10 68 Ryszard Tytko W zależności od regionu kraju mogą być to programy lokalne (gminne) z zakresu ograniczenia niskiej emisji. W ramach tego programu, na przykład w Krakowie dofinansowanie to wynosi 40% kosztów instalacji. Gminy i Związki Gmin występują również z wnioskami o dofinansowanie tych inwestycji z funduszy unijnych, Funduszu Szwajcarskiego. Wcześniej mieszkańcy wypełniają deklarację o chęci przystąpienia do tego programu (przykładowo w Gminie Wieliczka deklaracji tych zebrano kilka tysięcy). Zamierzeniem władz gmin jest, aby dofinansowanie to wynosiło około 50%. Inną formą dofinansowania jest niskooprocentowany kredyt z Banku Ochrony Środowiska (pozostałą część odsetek spłaca WFOŚiGW). W roku 2008 i 2009 obserwuje się dynamiczny wzrost montowania kolektorów słonecznych przez odbiorców indywidualnych (około 500%) w porównaniu z rokiem Należy również zaznaczyć, że w naszym kraju montuje się coraz więcej wielkogabarytowych instalacji solarnych. Dotyczy to szpitali, internatów, akademików, hoteli i pensjonatów. Firmy, w których zużycie ciepłej wody jest duże takie, jak piekarnie, masarnie, mleczarnie, coraz częściej wykorzystują energię słoneczną. O dofinansowanie unijne występują również firmy produkujące kolektory słoneczne, wymienniki ciepła, od ich rozwoju zależy w dużym stopniu wielkość produkcji oraz cena w/w produktów. Ważnym zagadnieniem w skali kraju jest fakt, że wykorzystanie energii słonecznej w instalacjach solarnych wpływa na ochronę klimatu zmniejsza emisję CO 2. Z wyliczeń wykonanych w laboratorium OZE w Zespole Szkół Elektrycznych nr 1 w Krakowie przez autorów publikacji wynika, że instalacja taka wpływa na zmniejszenie ilości spalonego węgla o około 3 t tym samym na zmniejszenie CO 2 o około 6 t rocznie. Na dzień dzisiejszy przepisy dotyczące handlu emisjami CO 2 w Polsce nie przewidują sprzedaży CO 2 zaoszczędzonego z niespalonego węgla przez osoby fizyczne. Cena 1 t CO 2 na Towarowej Giełdzie Energii (TGE) w Warszawie to około 100 zł. Należy jeszcze zaznaczyć, że zmniejszenie emisji substancji szkodliwych w miejscu ich wytwarzania, wiąże się z mniejszymi środkami budżetowymi gminy (kraju) przeznaczonymi na ochronę środowiska i zdrowie. Oprócz dofinansowania instalacji solarnych istotnym czynnikiem, dzięki któremu programy solarne będą miały szanse powodzenia, jest szeroko pojęta edukacja naszego społeczeństwa w zakresie OZE. Jako przykład można podać, że w ZSE nr 1 w Krakowie od sześciu lat kształci się techników elektryków o specjalizacji budowa i eksploatacja urządzeń wykorzystujących OZE. Uczniowie posiadają do dyspozycji nowoczesne laboratoria, wyposażone w urządzenia wykorzystujące OZE. W laboratorium tym, oprócz zajęć dydaktycznych, prowadzi się również analizy pracy w/w urządzeń oraz szkolenia dla studentów, przedstawicieli samorządów, inwestorów oraz instalatorów. Absolwenci szkoły z lat ubiegłych pracują już w firmach instalacyjnych, niektórzy rozpoczęli własną działalność gospodarczą, montując instalacje solarne. Popularyzacją w zakresie pełniejszego wykorzystania OZE w naszym kraju zajmują się również w coraz większym stopniu media, które w wydatny sposób przyczyniają się do większego zainteresowania społeczeństwa, do lepszego wykorzystania czystej energii. Celem naszych wspólnych działań jest zmniejszenie kosztów ogrzewania w naszych domach, nowe miejsca pracy, zmniejszenie emisji CO 2 do atmosfery. Poniżej przedstawiono wybrane wyniki badań wykonane w laboratorium OZE w ZSE nr 1 w Krakowie, świadczące o wysokiej efektywności pracy instalacji solarnych opracowanych przez autorów publikacji: Wykres 1. Temperatura cieczy w kolektorze (kolor czerwony) oraz w zasobniku (kolor niebieski) w dniu [1]

11 Instalacje solarne energia ze Słońca 69 Zdj. 1. Zdjęcie przedstawiające wyposażenie jednej z sal laboratorium w urządzenia OZE [1] Pomiary temperatur wykazały, że od godziny 9:45 do 18:15 woda w zbiorniku została nagrzana z 24,6 C do 43,8 C. Temperatura płynu solarnego w kolektorze o godzinie 9:45 miała 45,1 C nagrzewała się do maksymalnej temperatury 72,6 C, utrzymującej się od 14:45 do 15:15, po czym od 15:45 ochłodziła się do 62,6 C i do 18:15 utrzymywała temperaturę w granicach 60 C. Wykres 2. Energia w MJ uzyskana z instalacji solarnej w dniu r. [1] Pomiędzy godziną 10:00 a 18:00 promienie słoneczne dostarczyły energię równą 13,1 MJ/m 2, uwzględniając czynną powierzchnię absorpcyjną odpowiadającą 4,14 m 2 kolektor otrzymał 54,1 MJ energii. Natomiast instalacja dostarczyła energię 30,8 MJ, co oznacza, iż wydajność instalacji 16 lipca wynosiła 56,9%. Pomiary i ich wyniki zapisywane są w formie elektronicznej w serwerach laboratoryjnych. Należy stwierdzić, że kolektor słoneczny 16 lipca dostarczył wystarczającą ilość energii cieplnej do nagrzania 300 l wody w zasobniku do temperatury 43,8 C. Wartość ta uznawana jest za wystarczającą do pełnego korzystania z ciepłej wody użytkowej w domu lub mieszkaniu. Z dotychczas przeprowadzonych analiz można wysnuć wniosek, że wszystkie typy kolektorów zainstalowanych w laboratorium (próżniowe-rurowe, próżniowe-płaskie, płaskie) posiadają podobne parametry pracy w odniesieniu do wielkości powierzchni kolektora. Wyniki te potwierdzają również fakt, że wszystkie zainstalowane typy kolektorów posiadają parametry pracy, w warunkach krakowskich podobne do tych, jakie zamieszczone są w świadectwach certyfikacyjnych tych kolektorów. Różnice temperatur ciepłej wody użytkowej w 300-litrowych wymiennikach wahają się w granicach 3 5 C. Należy zaznaczyć że firmy, produkujące, importujące oraz instalujące kolektory słoneczne, prowadzą analizy pracy instalacji solarnych do celów komercyjnych w warunkach rzeczywistych, wyniki udostępniają na swych stronach internetowych, w katalogach. Wyniki badań uzyskanych przez te firmy są zbliżone do wyników uzyskanych w laboratorium w ZSE nr 1 w Krakowie. Streszczenie Z dotychczas przeprowadzonych analiz można wysnuć wniosek, że wszystkie typy kolektorów zainstalowanych w laboratorium (próżniowe-rurowe, próżniowe-płaskie, płaskie) posiadają podobne parametry pracy w odniesieniu do wielkości powierzchni kolektora. Wyniki te potwierdzają również fakt, że

12 70 Ryszard Tytko wszystkie zainstalowane typy kolektorów posiadają parametry pracy, w warunkach krakowskich podobne do tych, jakie zamieszczone są w świadectwach certyfikacyjnych tych kolektorów. Różnice temperatur ciepłej wody użytkowej w 300-litrowych wymiennikach wahają się w granicach 3 5 C. Należy zaznaczyć że firmy, produkujące, importujące oraz instalujące kolektory słoneczne, prowadzą analizy pracy instalacji solarnych do celów komercyjnych w warunkach rzeczywistych, wyniki udostępniają na swych stronach internetowych, w katalogach. Wyniki badań uzyskanych przez te firmy są zbliżone do wyników uzyskanych w laboratorium w ZSE nr 1 w Krakowie. Literatura [1] R. Tytko, Odnawialne źródła energii: wybrane zagadnienia, OWG. Warszawa, 2010.

13 Barbara Kaszowska *, Andrzej Włóczyk ** Techniczne aspekty przyłączania rozproszonych źródeł energii do systemu elektroenergetycznego 1. Wstęp Generacja rozproszona obejmuje źródła o małych mocach jednostkowych, przyłączanych najczęściej do sieci rozdzielczych krajowego systemu elektroenergetycznego (KSE). Źródła te nie są traktowane jako zasilanie podstawowe odbiorców, natomiast ich przyłączenie stanowi problem w hierarchicznej i scentralizowanej strukturze kierowania pracą sieci elektroenergetycznej. Przyłączenie tych źródeł może powodować przede wszystkim zmiany w lokalnych rozpływach mocy, a także zmiany poziomów napięć, warunków zwarciowych, może również zmieniać warunki stabilności pracy systemu. 2. Klasyfikacja źródeł generacji rozproszonej Generacja rozproszona obejmuje bardzo zróżnicowane źródła energii. Przykładowo, klasyfikację tych źródeł można przeprowadzić w zależności od mocy (tabela 1), ze względu na ich rolę w zasilaniu odbiorców (tabela 2) lub też ze względu na technologię wytwarzania energii [1]. Klasyfikacja generacji rozproszonej ze względu na technologię wytwarzania energii: elektrownie wiatrowe, małe elektrownie wodne, ogniwa fotowoltaiczne, ogniwa paliwowe, małe elektrownie geotermalne, Tabela 1. Klasyfikacja źródeł generacji rozproszonej ze względu na wielkość mocy zainstalowanej [1] Rodzaj źródła Źródła bardzo małej mocy (mikrogeneracja) Źródła małej mocy Źródła średniej mocy Źródła dużej mocy Zakres mocy do 5 kw od 5 kw do 5 MW od 5 MW do 50 MW powyżej 50 MW generatory napędzane silnikami spalinowymi lub małymi turbinami, małe i bardzo małe bloki skojarzone. 3. Warunki przyłączenia źródła generacji rozproszonej do KSE 3.1. Podstawy prawne przyłączenia do systemu elektroenergetycznego Przyłączenie źródeł generacji rozproszonej do sieci elektroenergetycznej wymaga przeprowadzenia analizy technicznej i ekonomicznej, która określa wpływ tych źródeł na funkcjonowanie systemu. Pozytywny wynik takiej analizy warunkuje wydanie przez operatora systemu warunków przyłączenia. Wymagania, jakie muszą być spełnione przez przyłączane do sieci rozproszone źródła energii w zakresie współpracy z KSE, wynikają między innymi z następujących aktów prawnych i dokumentów: * prof. dr hab. inż. B. Kaszowska, Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki, Politechnika Opolska. ** dr inż. Andrzej Włóczyk, Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki, Politechnika Opolska.

14 72 Barbara Kaszowska, Andrzej Włóczyk Tabela 2. Klasyfikacja generacji rozproszonej ze względu na rolę w zasilaniu odbiorców [1] Rodzaj pracy Praca podstawowa Praca szczytowa Praca wyspowa Źródła rezerwowe Praca w skojarzeniu Właściwości Maksymalizacja czasu wykorzystania mocy, praca przy mało zmiennych obciążeniach, poprawa jakości energii w pobliżu odbiorców, zmniejszenie strat przesyłowych. Załączane do pracy w okresach największego zapotrzebowania, praca przy większej zmienności obciążeń. Zasilanie wydzielonych obszarów nie połączonych z systemem, zasilanie niewielkich odbiorców. Układy rezerwowego zasilania wrażliwych odbiorców. Jednoczesna produkcja energii elektrycznej i ciepła, uwzględnienie zmienności zapotrzebowania na oba czynniki, współpraca z systemem elektroenergetycznym, praca wymuszona przez zmienność zapotrzebowania na ciepło. Ustawa Prawo energetyczne, Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej, zakupu energii elektrycznej i ciepła, wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źródle energii elektrycznej, Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Przesyłowej, Warunki korzystania, prowadzenia ruchu, eksploatacji i planowania rozwoju sieci, PSE Operator S.A. 2007, Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej, Rozdział III, Wymagania techniczne dla urządzeń wytwórczych, sieci, urządzeń odbiorców, połączeń międzysystemowych oraz linii bezpośrednich Wymagania techniczne i eksploatacyjne urządzeń przyłączanych do sieci elektroenergetycznej Urządzenia, instalacje i sieci podmiotów, ubiegających się o przyłączenie oraz podmiotów przyłączonych do sieci dystrybucyjnej, muszą spełniać wymagania techniczne i eksploatacyjne, zapewniające [3, 4]: bezpieczeństwo funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, zabezpieczenie systemu elektroenergetycznego przed uszkodzeniami spowodowanymi niewłaściwą praca przyłączonych urządzeń, instalacji i sieci, zabezpieczenie przyłączonych urządzeń, instalacji i sieci przed uszkodzeniami w przypadku awarii lub wprowadzenia ograniczeń w poborze, lub dostarczaniu energii, dotrzymanie w miejscu przyłączenia urządzeń, instalacji i sieci parametrów jakościowych energii, spełnienie wymagań w zakresie ochrony środowiska, określonych w odrębnych przepisach, możliwość dokonywania pomiarów wielkości i parametrów niezbędnych do prowadzenia ruchu sieci oraz rozliczeń Podział na grupy podmiotów ubiegających się o przyłączenie oraz warunki przyłączenia do sieci Podmioty przyłączane do sieci dzieli się na następujące grupy przyłączeniowe [2]: grupa I podmioty przyłączane bezpośrednio do sieci przesyłowej, grupa II podmioty przyłączane bezpośrednio do sieci rozdzielczej, o napięciu znamionowym 110 kv oraz podmioty przyłączane do sieci rozdzielczej, które wymagają dostaw energii elektrycznej o parametrach innych niż standardowe albo podmioty posiadające jednostki wytwórcze współpracujące z siecią,