Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach.

Transkrypt

1 Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach. Mariusz Bogacki Fundacja na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii w Katowicach Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady

2 Definicja czystej energii Czyste Technologie Energetyczne Efektywność energetyczna Zużycie mniejszej ilości energii dla zaspokojenia tych samych potrzeb Energia Odnawialna Użycie naturalnych niewyczerpanych (odnawialnych) źródeł energii do zaspokojenia potrzeb energetycznych Zap otrzebowanie energ ii 100% 75% 50% 25% 0% Technologie Konwencjonalne Efektywne Efektywne i odnawialne Ocieplony dom z pasywnym systemem solarnym Zdjęcie : Jerry Shaw Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady

3 Powody stosowania Czystych Technologii Energetycznych Środowiskowe Zmiany klimatu Lokalne zanieczyszczenie Ekonomiczne Koszt w cyklu żywotności Wyczerpujące się zasoby paliw kopalnych Społeczne Stwarzanie nowych miejsc pracy Zmniejszenie lokalnych wydatków Wzrost zapotrzebowania energii (3x w 2050) Energia wiatrowa: Koszt wytwarzania en. el. Koszt en. elektrycznej Lata Źródło: National Laboratory Directors for the U.S. Department of Energy (1997) Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady

4 Powody stosowania Czystych Technologii Energetycznych Prawne Polityka Energetyczna Kraju (7,5% do 2010, 14% do 2020) Dyrektywa Unii Europejskiej 2002/91/WE Prawo budowlane Rozporządzenie w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego ( ) Rozporządzenie w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady

5 Technologie OZE znajdujące zastosowanie w budynkach Ogniwa fotowoltaiczne Biomasa Solarne podgrzewanie powietrza Solarne podgrzewanie wody Pasywne ogrzewanie solarne Gruntowe pompy ciepła Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady

6 Jednostkowe nakłady inwestycyjne Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady

7 Ogniwa fotowoltaiczne

8 Co zapewniają systemy PV? Energia elektryczna (AC/DC) ale także Niezawodność Prostota Modułowość Wygląd (wizerunek) Cicha praca Źródło: Centrum fotowoltaiki

9 Elementy systemów PV Moduły Akumulacja: akumulatory, zbiorniki Zasilacz mocy Falownik Regulator ładowania Prostownik Przetwornica Ogniwo Moduł Układ PV Źródło: Photovoltaics in Cold Climates, Ross & Royer, eds. Inne generatory: olej napędowy/benzyna benzyna, turbina wiatrowa

10 Budynki podłączone do sieci wyposażone w systemy PV Zwykle nieopłacalne bez dofinansowania zewnętrznego Uzasadnione przez: Wygląd System dachów solarnych Zdjęcie: Atlantis Solar Systeme AG Korzyści ekologiczne Stymulowanie rynku Koszt? ok zł za 1 kw (10 m 2 ) Uzysk energii? ok.1250 kwh/rok Oszczędności? 600 zł/rok (0,48 zł/kwh kwh) SPBT = 41,7 lat PV zintegrowane w przeszkleniu Zdjęcie : Solar Design Associates (IEA PVPS)

11 Solarne podgrzewanie wody

12 Co zapewniają systemy SPW? Centrum konferencyjne, Bethel, Lesoto Ciepła woda użytkowa Wspomaganie systemów ogrzewania Ciepło procesowe Podgrzewanie wody basenowej Zdjęcie: Vadim Belotserkovsky Budownictwo mieszkaniowe, Kungsbacka, Sweden ale również Zwiększona rezerwa ciepłej wody Wydłużenie sezonu pływackiego (podgrzewanie basenu) Zdjęcie: Alpo Winberg/ Solar Energy Association of Sweden

13 Elementy systemów SPW Panel PV Kolektory słoneczne Termosyfon Obieg wody podgrzewanej Schemat systemu solarnego podgrzewania wody Ciepła woda dla budynku Obieg glikolowy Pompa glikolu Rozdzielacz Wymiennik ciepła Wstępny zasobnik wody podgrzewanej przez system solarny Woda podgrzewana solarnie Zasobnik c.w.u. Zawór spustowy Zimna woda zasilająca Rysunek: NRCan

14 Kolektory słoneczne odkryte Niska cena Niska temperatura Trwały Lekki Kanały przepływowe powodują równomierny przepływ przez kolektor Kolektor solarny nieoszklony Wlot kanału Szczeliny dozujące przepływ Sezonowe podgrzewanie wody basenowej Niskie ciśnienie Strumień wody basenowej 2 rura zbiorcza Rysunek: NRCan Mała wydajność przy chłodnej i wietrznej pogodzie

15 Kolektory słoneczne płaskie Umiarkowana cena Szyba solarna Wyższa temperatura pracy Obudowa Może pracować przy ciśnieniu sieciowym wody zasilającej Cięższy i mniej odporny na uszkodzenia Absorber Wężownica Izolacja Rura zbiorcza Rysunek: NRCan

16 Kolektory słoneczne próżniowe Wyższe koszty Kolektor próżniowy Brak strat konwekcyjnych Wysoka temperatura Zimniejsze strefy klimatyczne Mała odporność na uszkodzenia Instalacja może być bardziej skomplikowana Czynnik grzewczy w postaci pary lub cieczy Absorber Przewód cieplny Rysunek: NRCan Opady śniegu stanowią mniejszy problemem Produkcja i rozwój kolektorów próżniowych w Chinach Zdjęcie: Nautilus

17 Uwarunkowania projektu solarnego podgrzewania wody Czynniki wpływające na powodzenie projektu: Duże zapotrzebowanie na ciepłą wodę obniżające udział kosztów stałych Wysokie koszty energii (np. gdy inne tańsze nośniki energii są niedostępne) Niepewność dostaw energii konwencjonalnej Duża korzyść środowiskowa dla właściciela/operatora budynku Zapotrzebowanie na ciepłą wodę w godzinach dziennych wymaga mniejszej akumulacji ciepła (mniej zasobników) Tańsze systemy sezonowe mogą być finansowo korzystniejsze niż bardziej kosztowne systemy całoroczne Wymogi konserwacyjne podobne jak w każdej instalacji hydraulicznej, jednak operator musi dopilnować okresowej konserwacji i napraw

18 Solarne podgrzewanie powietrza

19 Co zapewniają systemy SPP? Ciepłe powietrze wentylacyjne Ciepłe powietrze technologiczne Szkoła, Yellowknife, Kanada ale także Zwiększenie odporności budynku na warunki pogodowe Zmniejszenie strat ciepła przez ściany zewnętrzne Zmniejszenie efektu stratyfikacji Lepsza jakość powietrza Ograniczenie problemów związanych z ciśnieniem Kolektor słoneczny Zdjęcie: Arctic Energy Alliance Zdjęcie: Enermodal Engineering

20 Działanie systemu SPP 1. Ciemny, perforowany absorber pochłania energię słoneczną 2. Wentylator wymusza przepływ powietrza przez kolektor 3. Regulacja temperatury Żaluzje Dogrzewanie 4. Rozprowadzanie powietrza w budynku 5. Odzyskiwanie strat ciepła przez ściany zewnętrzne WENTYLATOR RECYRKULOWANE STARTY CIEPŁA PRZEZ ŚCIANĘ PRZESTRZEŃ POWIETRZNA KANAŁY WENTYLACYJNE 4 6 POWIETRZE ZEWNĘTRZNE JEST PODGRZEWANE PODCZAS PRZEPŁYWU PRZEZ ABSORBER SZCZELINA POWIETRZNA OBSZAR PODCIŚNIENIA 6. Zmniejszenie gradientu temperatur ABSORBER CIEPŁA SŁONECZNEGO PROFILOWANA POWŁOKA STANOWIĄCA WIATROILOZACJĘ 7. Żaluzja obejścia letniego

21 Przykłady: Kanada i USA Podgrzewanie ciepła wentylacyjnego Poprawa jakości powietrza niewielkim kosztem Zakres wielkości od kilku m 2 do o m 2 Kanały powinny być montowane blisko ściany południowej Okres zwrotu wynosi zwykle 2 do 5 lat Zazwyczaj okres zwrotu dla systemów przemysłowych jest krótszy Brązowy kolektor na budynku przemysłowym, Connecticut, USA Budynek mieszkalny, Ontario, Kanada Przenośna sala lekcyjna, Ontario, Kanada Zdjęcie: Conserval Engineering Zdjęcie: Conserval Engineering

22 Pasywne ogrzewanie solarne

23 Co zapewniają systemy POS? od 20 do 50% potrzeb grzewczych Projekt pasywnego systemu solarnego w budynku, Niemcy ale także Zwiększenie komfortu Lepszy dostęp światła dziennego Możliwość zmniejszenia kosztów klimatyzacji Ograniczenie kondensacji pary na szybach okien Możliwość zastosowania urządzeń grzewczych/chłodniczych o mniejszej mocy Zdjęcie: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website) Budynek NREL w Golden, Kolorado Zdjęcie: Warren Gretz (NREL Pix)

24 Zasada działania POS Tradycyjnie Lato POS Zima Zacienienie Zawansowane technologicznie okna Akumulacja ciepła

25 Uwarunkowania projektów pasywnego ogrzewania solarnego Najbardziej opłacalne w nowowznoszonych budynkach Brak ograniczeń w lokalizacji okien od strony południowej i unikanie umieszczania okien od strony zachodniej Moc systemów grzewczych i ogrzewania powietrznego może być zmniejszona Opłacalne przy modernizacji, w której planujemy wymianę okien Najbardziej opłacalne gdy zapotrzebowanie na ogrzewanie przewyższa za zapotrzebowanie na chłodzenie W umiarkowanym i zimnym klimacie niskie budownictwo mieszkaniowe jest najlepsze Budynki komercyjne i przemysłowe posiadają duże własne zyski ciepła

26 Gruntowe pompy ciepła

27 Co zapewniają systemy GPC? Ogrzewanie Impact 2000 Home, Massachusetts, USA Chłodzenie Ciepła woda Zdjęcie: Solar Design Associates (NREL PIX) ale również Efektywność Mniejsze potrzeby konserwacji Oszczędność miejsca Niskie koszty eksploatacyjne Pompa ciepła w mieszkalnictwie Stabilna wydajność Komfort i ochrona powietrza Ograniczenie szczytowej mocy elektrycznej dla celów klimatyzacji

28 Elementy systemów GSHP 1. Wymiennik gruntowy Grunt Woda gruntowa Woda powierzchniowa 2. Pompa ciepła 3. Wewnętrzna instalacja grzewcza/chłodnicza Przewody tradycyjne 3 2 1

29 Typy wymienników gruntowych Pionowy Skalisty grunt Duży koszt wykonania Wykorzystuje mniejszą powierzchnię Wysoka sprawność Poziomy Wymagana większa powierzchnia Tańsze wykonanie Mniejsze budynki Zmiany temperatury Studnia głębinowa Ssanie+Zatłaczanie Najmniej kosztowny Regulacje prawne Zanieczyszcza się A także wymienniki ciepła w wodach powierzchniowych oraz studnie kolumnowe

30 Skąd ta energia? Zasada funkcjonowania pompy ciepła Źródło: Samoczynny przepływ ciepła od ciała zimniejszego do cieplejszego nie jest możliwy, dlatego pompie ciepła trzeba dostarczyć energii napędowej

31 Uwarunkowania projektu Gruntowych Pomp Ciepła Najbardziej opłacalne gdy: Zapotrzebowanie na ogrzewanie i chłodzenie Duże sezonowe zmiany temperatury Nowe instalacje lub wymiana systemu HVAC Ogrzewanie: niskie ceny energii elektrycznej a wysokie ceny gazu i oleju opałowego Chłodzenie: wysoka cena energii elektrycznej oraz opłaty za moc szczytową Dostępność sprzętu do wykopów oraz sprzętu wiertniczego Niepewność co do kosztów wykonania wymiennika Oczekiwania inwestora w zakresie efektywności kosztowej Rozmieszczenie wymiennika ciepła, Budynek komercyjny Montaż GPC Zdjęcie: Craig Miller Productions and DOE (NREL PIX)

32 Spalanie biomasy

33 Co zapewniają systemy spalania biomasy? Ciepło dla Mieszkalnictwa Budownictwa społecznego Procesów przemysłowych Ciepłownia, dostarczanie ciepła dla Rapeseed, Niemcy ale również Tworzenie nowych miejsc pracy Wykorzystanie odpadów biomasowych Możliwość zastosowania w sieciowych systemach cieplnych i odzyskiwania ciepła odpadowego Zdjęcie: Centrales Agrar-Rohstoff-Marketing- und Entwicklungs-Netzwork

34 Atrybuty środowiskowe biomasy Zrównoważona zbiórka biomasy: Wióry drewna Zerowa emisja gazów cieplarnianych Niska zawartość siarki zmniejsza ilość kwaśnych deszczy Lokalna emisja substancji zanieczyszczających powietrze Zdjęcia: Bioenerginovator Cząstki stałe (sadza) Zanieczyszczenia gazowe Związki kancerogenne Może być przedmiotem regulacji co do dopuszczalnych wartości emisji substancji szkodliwych do atmosfery Wytłoki trzciny cukrowej Zdjęcie: Warren Gretz/NREL Pix

35 Uwarunkowania projektu spalania biomasy Dostępność, jakość i cena biomasy w stosunku do paliw kopalnych Przyszłe nie-energetyczne wykorzystanie biomasy (np. pulpa) Kontrakty długoterminowe Możliwa powierzchnia pod dostawy, składowanie i duże kotły Wymagana niezawodna i wyspecjalizowana obsługa Zaopatrzenie w paliwo oraz obsługa odpopielania Przepisy środowiskowe dotyczące jakości powietrza i zagospodarowania popiołu Ubezpieczenie i zagadnienia bezpieczeństwa

36 Dziękuję za uwagę Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady