"Dogrzewanie" sieci ciepłowniczych

Transkrypt

1 "Dogrzewanie" sieci ciepłowniczych Autor: Włodzimierz Kotowski, Eduard Konopka ( Energia Gigawat nr 2-3/2013) W Europie wykorzystuje się już od trzydziestu lat ciepło z baterii słonecznych do wspomagania nim miejskich sieci ciepłowniczych. Wiąże się to często z instalowaniem ogromnych zbiorników buforowych, najczęściej o pojemnościach w granicach metrów sześciennych. Tą drogą ogranicza się zużycie nieodnawialnych nośników energii w lokalnych ciepłowniach, co owocuje nie tylko efektami w ochronie środowiska, ale również znacznym obniżeniem kosztów ogrzewania domów. Źródło: Solar District Heating Rys. 1. Lokalizacje lokalnych sieci grzewczych, sprzężonych z bateriami słonecznymi w miastach Danii. Poniżej nazwy miejscowości podano globalną powierzchnię zainstalowanych baterii słonecznych, m 2. W tym obszarze energetycznym na terenie Europy największe osiągnięcia miały kraje skandynawskie oraz Holandia. Jednak obecnie dzięki silnie rosnącym cenom gazu 1

2 ziemnego i ropy czołową pozycję w rozbudowie sieci ciepłowniczych, wspomaganych bateriami słonecznymi zajmuje Dania, co ilustruje rys. 1 (O. Klempert; Sonne Wind & Wärme). Do roku 2009 zainstalowano w tym kraju metrów kwadratowych baterii słonecznych, kooperujących z sieciami ciepłowniczymi, montując je tak na dachach budynków, jak i na ziemi, (patrz rys. 2). Źródło: Arcon Rys. 2. Pole baterii słonecznych o powierzchni metrów kwadratowych w miejscowości Braedstrup, w Danii, sprzężone z lokalną siecią ciepłowniczą W 2010 roku zainstalowano w tym kraju w miejscowościach Ringkøbing oraz Jægerspirs metrów kwadratowych baterii słonecznych, sprzężonych z sieciami ciepłowniczymi, dzięki którym zmniejszono znacznie przepał nieodnawialnych nośników energii w lokalnych ciepłowniach lub elektrociepłowniach. Koszty ogrzewania domów przez sieci grzewcze wspomagane bateriami słonecznymi kształtują się w Danii na poziomie 3,5 eurocenta za kilowatogodzinę (kwh) i są znacznie niższe od zasilanych wyłącznie przez kotłownie opalane gazem ziemnym lub olejem opałowym. W dodatku sieci ciepłownicze, kooperujące z bateriami słonecznymi amortyzują się w tym kraju w okresie poniżej dziesięciu lat i to bez państwowych dotacji. Dania rozbudowała w ostatnich latach swój system ciepłowni oraz elektrociepłowni do największego w Unii Europejskiej: 665 elektrociepłowni zaopatruje mieszkańców w energię elektryczną oraz ciepło, a 230 ciepłowni lokalnych zasila sieci ciepłownicze. W tym kraju aż 60 procent domów korzysta z sieci ciepłowniczych podczas, gdy w Niemczech ten wskaźnik nie przewyższa 15 procent. 2

3 Kolektory słoneczne bywają w Danii montowane przede wszystkim bezpośrednio na ziemi, co jest szybsze i tańsze od ich instalowania na dachach. W tym kraju roczne nasłonecznienie wynosi godzin. Przy nasłonecznieniu horyzontalnym uzyskuje się rocznie około kilowatogodzin ciepła z metra kwadratowego baterii słonecznych i kilowatogodzin ciepła, gdy baterie słoneczne ustawione są pod kątem 45 stopni oraz w południowym kierunku. Pionierem w wytwarzaniu oraz montowaniu baterii słonecznych w Danii jest firma Arcon Solvarme, utworzona w 1974 roku w miejscowości Skørping. Specjalizuje się w produkcji dużych oraz średniej wielkości baterii słonecznych i w tej dziedzinie zajmuje czołową pozycję w Europie. Ta firma wyprodukowała i zainstalowała w Europie ponad połowę wielkich, liczących ponad metrów kwadratowych kompleksów baterii słonecznych na naszym kontynencie. Każda z tych baterii o powierzchni 13,5 metrów kwadratowych nagrzewa cyrkulujący nośnik ciepła do około 95 stopni Celsjusza, co odpowiada standardowej temperaturze zbiorników buforowych w systemie ogrzewania budynków. Pierwszą instalację ogrzewania budynków siecią ciepłowniczą, zasilaną przez kolektory słoneczne o globalnej powierzchni metrów kwadratowych uruchomiono w Danii w 1988 roku i jest ona w eksploatacji do chwili obecnej. Źródło: Arcon Rys. 3. Największe w świecie pole baterii słonecznych o powierzchni metrów kwadratowych w miejscowości Marstal. 3

4 W latach 1995/96 w miejscowości Marstal wybudowano sieć ciepłowniczą, sprzężoną z bateriami słonecznymi o powierzchni metrów kwadratowych oraz wyposażono ją w zbiornik buforowy gorącej wody o pojemności metrów sześciennych. W okresie letnim ta sieć ciepłownicza bywa zasilana wyłącznie energią solarną. W roku 2000 rozbudowano te baterie słoneczne do powierzchni metrów kwadratowych, a dwa lata później podczas kolejnej intensyfikacji ich powierzchnię zwiększono aż do metrów kwadratowych, (patrz rys. 3), osiągając moc grzewczą w wysokości 13,5 megawatów (MW). Ta sieć ciepłownicza pokrywa 30 procent rocznych potrzeb energetycznych miasta przez baterie słoneczne. Dziś jest to największa sieć ciepłownicza, sprzężona z bateriami słonecznymi w Europie. W niniejszej tabeli zestawiono wszystkie sieci ciepłownicze wybudowane w Danii do 2010 roku wraz z zasilaniem energią solarną. Zestawienie miejskich sieci ciepłowniczych, sprzężonych z bateriami słonecznymi na terenie Danii Miejscowość Moc grzewcza [MW] Powierzchnia baterii słoneczn. [m 2 ] Ilość podłączonych mieszkań Pojemność zb. bufor. [m 3 ] Medium grzewcze kotłowni Tistrup Gaz ziemny Ringkøbing , Gaz ziemny Jægerspirs , x 750 Gaz ziemny Kopenhagen , b.d.*) - Odpady Senderborg Biodiesel Tørring , Gaz ziemny Broager x 960 Gaz ziemny Gram Gaz ziemny Strandby x Gaz ziemny Hillerød , Gaz ziemny Brædstrup Gaz ziemny Ulsted , Pelety Marstal 2002/1996/ , Biodiesel Rise b.d Pelety Rok uruchomienia Nordby- Mårup , Olej opałowy/ pelety Ærøskøbing 2010/2000/1998 3, Słoma/pelety Ottrupgårg , b.d. Ry , b.d Saltum , b.d. *) b.d. - brak danych 4

5 Większość dużych baterii słonecznych bywa sprzęganych z lokalnymi sieciami grzewczymi według następujących wariantowych rozwiązań procesowo-technicznych: - Według pierwszego wariantu, który bywa najczęściej stosowany w Danii i Szwecji, baterie słoneczne są wyposażone w krótkoterminowe zbiorniki buforowe, skąd ciepło jest dostarczane do lokalnej sieci grzewczej. W tym rozwiązaniu technologicznym baterie słoneczne można instalować na dachach budynków lub na ziemi. Jest to relatywnie termicznie najefektywniejsze rozwiązanie i zapewnia najniższe koszty eksploatacyjne. - Według drugiego rozwiązania procesowo-technicznego, baterie słoneczne przekazują wytwarzane ciepło wprost do lokalnej sieci grzewczej. To rozwiązanie bywa często stosowane w Niemczech i Austrii. Bywa technicznie proste w realizacji, ale termicznie jest mniej sprawne od pierwszego wariantu. - Według trzeciego wariantu, baterie słoneczne bywają rozdzielone na dachy poszczególnych budynków i stąd ich ciepło dopływa do krótkich sieci ciepłowniczych, będących odnogami centralnych kolektorów rurowych głównej arterii grzewczej. W sytuacji, gdy nieodnawialne nośniki energii stają się nie tylko coraz droższe, ale bywają w dodatku coraz silniej uciążliwe dla środowiska, to oczywiste jest również dla naszego kraju, że lokalne sieci grzewcze należy jak najszybciej sprzęgać z relatywnie tanimi i prostymi w montażu bateriami słonecznymi. Jest to najważniejsze i najpilniejsze zadanie inwestycyjne spośród wszystkich gałęzi krajowej energetyki. 5