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

2 Środowiskowe Zmiany klimatu Lokalne zanieczyszczenie Ekonomiczne Koszt w cyklu żywotności Wyczerpujące się zasoby paliw kopalnych Powody stosowania Czystych Technologii Energetycznych 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)

3 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

4 Cechy Odnawialnych Źródeł Energii W stosunku do technologii konwencjonalnych: Zwykle wyższy koszt początkowy Niższe koszty eksploatacyjne Przyjazne środowisku Zwykle opłacalne ekonomicznie w oparciu o metodę obliczania kosztu w cyklu żywotności

5 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 Zdjęcie : Jerry Shaw Ocieplony dom z pasywnym systemem solarnym Zap otrzebowanie energ ii 100% 75% 50% 25% 0% Technologie Konwencjonalne Efektywne Efektywne i odnawialne

6 Technologie OZE znajdujące zastosowanie w budynkach Ogniwa fotowoltaiczne Biomasa Solarne podgrzewanie powietrza Solarne podgrzewanie wody Pasywne ogrzewanie solarne Gruntowe pompy ciepła

7 Ogniwa fotowoltaiczne

8 Energia elektryczna (AC/DC) ale także Niezawodność Prostota Modułowość Wygląd (wizerunek) Co zapewniają systemy PV? 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 Zwykle nieopłacalne bez dofinansowania zewnętrznego Koszt? ok zł za 1 kw (10 m 2 ) Uzysk Koszt? energii? ok ok.1250 zł za kwh/rok 1 (10 m 2 ) Oszczędności? Uzysk energii? 600 ok.1250 zł/rok kwh/rok (0,48 zł/kwh) System dachów solarnych Zdjęcie: Atlantis Solar Systeme AG Sprzedaż Oszczędności? zielonych 600 certyfikatów zł/rok (0,48 zł/kwh 587,5 kwh) zł/rok (0,47 zł/kwh) SPBT = 33,3 lata SPBT = 21,1 lat PV zintegrowane w przeszkleniu Zdjęcie : Solar Design Associates (IEA PVPS)

11 Solarne podgrzewanie wody

12 Co zapewniają kolektory słoneczne? Ciepła woda użytkowa Wspomaganie systemów ogrzewania Ciepło procesowe Podgrzewanie wody basenowej ale również Zwiększona rezerwa ciepłej wody Wydłużenie sezonu pływackiego (podgrzewanie basenu)

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. Rysunek: NRCan Zawór spustowy Zimna woda zasilająca

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

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

16 Kolektory słoneczne próżniowe Wyższe koszty Brak strat konwekcyjnych Wysoka temperatura Zimniejsze strefy klimatyczne Mała odporność na uszkodzenia Czynnik grzewczy w postaci pary lub cieczy Absorber Przewód cieplny Rysunek: NRCan Opady śniegu stanowią mniejszy problemem

17 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 Szkoła, Yellowknife, Kanada Ciepłe powietrze technologiczne 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 Powietrzny kolektor słoneczny Zdjęcie: Enermodal Engineering Zdjęcie: Arctic Energy Alliance

20 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 6. Zmniejszenie gradientu temperatur 7. Żaluzja obejścia letniego WENTYLATOR RECYRKULOWANE STARTY CIEPŁA PRZEZ ŚCIANĘ PRZESTRZEŃ POWIETRZNA ABSORBER CIEPŁA SŁONECZNEGO KANAŁY WENTYLACYJNE 4 6 POWIETRZE ZEWNĘTRZNE JEST PODGRZEWANE PODCZAS PRZEPŁYWU PRZEZ ABSORBER SZCZELINA POWIETRZNA OBSZAR PODCIŚNIENIA PROFILOWANA POWŁOKA STANOWIĄCA WIATROILOZACJĘ

21 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 Zdjęcie: Conserval Engineering Budynek mieszkalny, Ontario, Kanada Zazwyczaj okres zwrotu dla systemów przemysłowych jest krótszy Brązowy kolektor na budynku przemysłowym, Connecticut, USA

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: Warren Gretz (NREL Pix) Zdjęcie: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website) Budynek NREL w Golden, Kolorado

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

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

29 Zasada funkcjonowania pompy ciepła Źródło: Samoczynny przepływ ciepła od ciała zimniejszego do cieplejszego nie jest możliwy, dlatego pompie ciepła trzeba dostarczyć energii napędowej

30 Sprawność pomp ciepła COP COP = MOC GRZEWCZA MOC POBRANA Z SIECI Współczynnik efektywności w sprężarkowych pompach ciepła jest tym wyższy, im mniejsza jest różnica temperatur pomiędzy górnym a dolnym źródłem ciepła. Dla sprężarkowych pomp można przyjąć następujące zakresy temperaturowe dolnego i górnego źródła ciepła: dolne źródło ciepła: -7 st.c do 25 st.c górne źródło ciepła: 25 st.c do 60 st.c Parametry techniczne pomp ciepła ograniczają ich przydatność do następujących celów: ogrzewania podłogowego: 45/35 C ogrzewania sufitowego: do 45 C ogrzewania grzejnikowego o obniżonych parametrach: np. 55/40 C podgrzewania ciepłej wody użytkowej: C niskotemperaturowych procesów technologicznych: C

31 Rozmieszczenie wymiennika ciepła, Budynek komercyjny 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 Niepewność co do kosztów wykonania wymiennika Montaż GPC Zdjęcie: Craig Miller Productions and DOE (NREL PIX)

32 Spalanie biomasy

33 Ciepło dla ale również Mieszkalnictwa Co zapewniają systemy spalania biomasy? Budownictwa społecznego Procesów przemysłowych Ciepłownia, dostarczanie ciepła dla Rapeseed, Niemcy 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 Wióry drewna Zerowa emisja gazów cieplarnianych Niska zawartość siarki zmniejsza ilość kwaśnych deszczy Zmniejszenie lokalnej emisji substancji zanieczyszczających powietrze Zdjęcia: Bioenerginovator Zdjęcie: Warren Gretz/NREL Pix Cząstki stałe (sadza) Zanieczyszczenia gazowe Związki kancerogenne Wytłoki trzciny cukrowej

35 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