Magazynowanie energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia - przykłady rozwiązań

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Magazynowanie energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia - przykłady rozwiązań"

Juliusz Nawrocki
8 lat temu
Przeglądów:

1 Magazynowanie energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia - przykłady rozwiązań dr hab. inż. Brunon J. Grochal, prof. IMP PAN/prof. WSB Instytut Maszyn Przepływowych PAN mgr inż. Tomasz Mania PSPC/NEXUM doktorant Politechniki Gdańskiej / IMP PAN POLSKIE STOWARZYSZENIE POMP CIEPŁA CZŁONEK EUROPEJSKIEGO STOWARZYSZENIA POMP CIEPŁA

Tomasz Mania PSPC/NEXUM doktorant Politechniki Gdańskiej / IMP PAN 2002-2012 POLSKIE

2 Plan prezentacji 1. Wstęp 2. Rodzaje magazynów energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia 3. Budowa i konstrukcje magazynów energii - ciepła/chłodu 4. Przykłady instalacji z pompami ciepła współpracujących z magazynami ciepła/chłodu 5. Podsumowanie

Budowa i konstrukcje magazynów energii - ciepła/chłodu 4.

3 Wstęp W energetyce na skalę techniczną opanowane jest magazynowanie ciepła. W rocznym cyklu pracy systemu magazynowania energii można wyróżnić dwie zasadnicze fazy: - akumulowanie energii (ładowanie magazynu) - odzyskiwanie energii (rozładowanie magazynu) PROBLEMY DO ROZWIĄZANIA PRZY MAGAZYNOWANIU WYTWORZONEJ ENERGII CIEPŁA/CHŁODU : - Konieczność akumulacji energii w postaci ciepła i chłodu - Sposoby akumulacji ciepła/chłodu - Magazynowanie ciepła w budownictwie - Wpływ pojemności cieplnej na efektywność energetyczną - Sposoby wkomponowania magazynów energii w strukturę budynku Przykładowe układy rozwiązań są pokazane poniżej :

(rozładowanie magazynu) PROBLEMY DO ROZWIĄZANIA PRZY MAGAZYNOWANIU WYTWORZONEJ ENERGII CIEPŁA/CHŁODU : - Konieczność akumulacji energii w postaci ciepła i

4 Od wieków próbujemy zakumulować ciepło Zamek w Malborku - przykład - ogrzewanie podłogowe z akumulacją ciepła Największy piec znajdował się pod Wielkim Refektarzem. Składał się z dolnej, przesklepionej komory paleniska, nad którą leżała komora akumulacyjna (ok. 6 m 3 ) wypełniona do połowy swej wysokości kamieniami.

5 Magazyny energii TES - Thermal Energy Storage - rodzaje STES - Seasonal Thermal Energy Storage Cavity thermal energy storage ( CTES)

6 Wariant TTES (Tank Thermal Energy StorgeTES)

7 Wariant PTES (Pit Thermal Energy Storge)

8 Wariant BTES (Borehole Thermal Energy Storge)

10 Grunt to dobre dolne źródło ciepła oraz magazyn ciepła/chłodu Liczby i głębokości otworów mogą być znaczne m sondy pionowe - Magazyn o pojemności m3 - zmiana temperatury o 1 st. K wymaga pobrania lub dostarczenia energii w ilość 600 MWh

pionowe - Magazyn o pojemności 1000000 m3 - zmiana temperatury

11 BTES in ITT Flygt Emmaboda, Szwecja (fabryka pomp) Wykorzystanie energii odpadowej, głównie z odlewni, System wykorzystuje również naturalne źródła energii (woda z rzeki, powietrze, akumulacja śniegu) BTES system niskotemperaturowy 0-20 C, pompy ciepła ogrzewanie + chłodzenie energia wody z rzeki wykorzystywana do stabilizacji temperatury złoża (pod koniec sezonu letniego) 40 odwiertów, 200 m głębokości Potencjał: 1500 MWh (ogrzewanie), 800 MWh (chłodzenie), zużycie energii elektrycznej 1/10 BTES wysokotemperaturowy C, ciepło odpadowe z procesu technologicznego, odwierty m, akumulacja 5000 MWh energii, sprawność wykorzystania 70-80% (szacunki)

temperatury złoża (pod koniec sezonu letniego) 40 odwiertów, 200 m głębokości Potencjał: 1500 MWh (ogrzewanie), 800 MWh (chłodzenie), zużycie energii elektrycznej

12 ENERGY PILE PALE ENERGETYCZNE KONSTRUKCJA BUDYNKU SYSTEM OGRZEWANIA SYSTEM CHŁODZENIA Wymiennik ciepła konstrukcyjne wkomponowany w rdzeń pala energetycznego

13 BTES wykorzystanie fundamentów budynków

15 Wariant BTES Bloki energetyczne wbijane w grunt

16 Stosowanie tego rodzaju zaawansowanych technologii ogrzewania, przygotowania ciepłej wody i chłodzenia jest możliwe tylko przy wykorzystaniu pomp ciepła

18 Wspomaganie komputerowe programami do symulacji pracy magazynów energii

19 Ciepło z drogi

21 Centrum - Oostelijke Handelskade Holandia - wytwarzanie oraz dystrybucja ciepła i chłodu powiązana z efektywnością energetyczną - mniej więcej 55% zaoszczędzonego paliwa (nieodnawialnych kopalnin) - Powierzchnia budynku : m2 ( biuro, sklepy, mieszkania ) - Moc grzewcza systemu : 8,2 MW - Moc chłodnicza systemu : 8,3 MW - Niezależny system pomp ciepła do ogrzewania/chłodzenia w połączeniu z magazynem energii typu ATES w gruncie oraz wykorzystaniem kanału żeglugowego jak dodatkowego źródła energii

22 W formacjach wodonośnych; (ATES, aqufier thermal energy storage), Dwie oddzielne warstwy wodonośne: Górna: magazyn chłodu 5-19 C, źródło chłodu powietrze + pompa ciepła (w okresie zimowym) Dolna (głębokość ok. 320 m): magazyn ciepła 70 C. Odległość między studniami 300 m, wydatek wody 100 m 3 /h Potrzeby energetyczne budynku: Energia elektryczna: 8600 kw; 9500 MWh/a Ciepło: kw; MWh/a Chłód: 6200 kw; 2800 MWh/a

23 Aquifer Solar Heat Storage at Rostock-Brinckmanshöhe Obiekt: Źródło ciepła: kompleks mieszkalny HELIOS mieszkań, 1000 m 2 kolektorów słonecznych (50% rocznego zapotrzebowania), Ilość ciepła z kolektorów: 400 MWh/a, zużycie w sezonie letnim 159 MWh/a, reszta magazynowana w gruncie aquifer. Odzyskuje się 148 MWh/a Aquifer(warstwa wodonośna): dwie studnie w odległości 55 m od siebie; możliwy wydatek wody 15 m 3 /h; temperatura ładowania ograniczona do 50 C

25 Największy na świecie magazyn energii - warstwa wodonośna wraz ze złożem kamiennym, która magazynuje energię do chłodzenia pomieszczeń jak i ogrzewania Lotnisko Arlanda w Sztokholmie Magazyn ciepła i chłodu daje roczne oszczędności w zużyciu energii elektrycznej w stosunku do tradycyjnych rozwiązań na poziomie: - 4 GWh/rok energii elektrycznej na potrzeby chłodzenia, - 15 GWh/rok energii cieplnej na potrzeby ogrzewania. Zaoszczędzono więc około 19 GW energii elektrycznej w skali roku, co odpowiada energii zużywanej przez 2000 domów jednorodzinnych.

26 Magazyn ciepła w budynku jednorodzinnym

27 Krótkoterminowy magazyn energii ciepła / chłodu Zintegrowany system dla domów niezależnych energetycznie- zbiornik akumulacyjny połączony z baterią słoneczną, małą elektrownią wiatrową jest w stanie przy odpowiednim doborze pokrywa % potrzebnej energii w twoim domu. Od dwóch lat nasza firma zajmuje się produkcją dużych, zewnętrznych (naziemnych i podziemnych) akumulatorów ciepła w pojemnościach od 2000 do litrów. Akumulatory te umożliwiają gromadzenie letnich nadwyżek energii solarnej, która później zostanie oddana do ciepłej wody lub ogrzewania niskotemperaturowego- ścienno podłogowego o parametrze na zasilaniu nie przekraczającym stopni Celsjusza. W niedalekiej przyszłości tego typu rozwiązania przejmą całkowite pokrycie energii w budownictwie jednorodzinnym i nie tylko.

28 Nowoczesne rozwiązania w budownictwie jednorodzinnym z wodnym magazynem energii ciepła umieszczonym w centralnym punkcie budynku

29 Pierwszy ogrzewany most z magazynem energii Lubeck Niemcy- 2011

31 Przykład CTES (Cavity Thermal Energy Storage) Lyckebo project in Uppsala, Sweden Seasonal storage for a district heating system with solar collectors. The underground excavation has a volume of m 3. The system is designed to supply 550 families with space heating and domestic hot water from a solar collector installation with an area of 4320 m 2. The water in the cavern is inserted and extracted by two telescopic pipes, and this helps to ensure a very good temperature stratification with top and bottom temperatures of 90 C and 40 C respectively.

32 Magazynowanie chłodu historia Sezonowy magazyn chłodu na rzece Hudson Wycinanie bloków lodowych jak wsad do magazynów chłodu

33 Magazyny ciepła mogą być wykorzystywane do topienia śniegu oraz zabezpieczania dróg przed zamarzaniem

34 Porównanie możliwości energetycznych lodowego TES w stosunku do wodnego TES

35 Przykłady magazynowania chłodu pod postacią bloków lodu, śniegu Magazyn w budynku 2.Magazyn z warstwą izolacyjną 3.Magazyn z warstwą izolacyjną i zagłębiony w gruncie 4.Magazyn pod ziemią 1 2 snow storage(sundsvall Hospital)

36 Podsumowanie przeglądu rozwiązań technicznych MAGAZYNÓW ENERGII CIEPŁA/CHŁODU wady /zalety - zwiększone koszty inwestycyjne, - efektywniejsze wykorzystanie energii ciepła / chłodu, - rosnące ceny energii przekładają się na szybszą stopę zwrotu budowanych magazynów energii oraz inwestycji z nimi związane - brak świadomości technicznej i energetycznej wśród inwestorów i wykonawców, - brak wytycznych branżowych oraz ujednoliconych przepisów wykonawczych, CZY MUSIMY BYĆ NA TO SKAZANI?

37 Dziękujemy za uwagę WYBÓR NALEŻY DO NAS POLSKIE STOWARZYSZENIE POMP CIEPŁA

Podobne dokumenty

Magazynowanie energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia przykłady rozwiązań

Magazynowanie energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia przykłady rozwiązań mgr inż. Tomasz Mania NEXUM / V-prezes P.S.P.C. doktorant Politechniki Gdańskiej / IMP PAN 2002-2012 dr hab. inż. Brunon J. Grochal,