Wykorzystanie energii słonecznej Instalacje słonecznego ogrzewania Część 3b Zdzisław Kusto Politechnika Gdańska
DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE SŁONECZNE OGRZEWANIE POMIESZCZEŃ Jest możliwe wykorzystanie energii słonecznej do ogrzewania pomieszczeń ale muszą być spełnione warunki techniczne Warunki pozyskania skuteczności: 1) Ograniczenie strat ciepła poprzez przegrody zewnętrzne budynku - dobra izolacja cieplna ścian, -okna z małym współczynnikiem strat ciepła (tendencja: k < 1,0) 2) Rozwiązanie problemu sezonowej akumulacji ciepła -duża pojemność cieplna zasobników, - uzyskanie niskich strat ciepła i stabilnej pracy akumulatorów, - uzyskanie niskich kosztów akumulacji ciepła, -możliwie biwalentna praca akumulatorów ciepła (akumulacja ciepła i zimna) 3) Szczegółowy bilans źródeł i odbiorów ciepła
DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE SZWECJA: Program badawczy w zakresie możliwości pozyskania energii ze źródeł odnawialnych (Początek programu - w latach osiemdziesiątych XX w. (?)) Założenia programu badawczego: 1) Zbadanie możliwości pozyskania energii 2) Ocena przydatności różnych źródeł energii odnawialnej w aspekcie możliwości technologicznych, środowiskowych, jakości energii, akceptacji społecznej,... Oczekiwano odpowiedzi na pytania: Oczekiwano odpowiedzi na pytania: 1) W jakim stopniu źródła energii odnawialnej pokryją bieżące i prognozowane krajowe zapotrzebowanie na energię (energia elektryczna, ciepło) 2) Czy będzie możliwe zamknięcie elektrowni jądrowych (!!!)
SZWECJA: Program badawczy
SZWECJA: Program badawczy Niekonwencjonalne źródła energii objęte programem badawczym: 1. Pompy ciepła indywidualne (małe) i pompy ciepła dużej mocy z uwzględnieniem różnych dolnych źródeł ciepła: grunt, rzeki, jeziora, morze 2. Aktywne systemy ogrzewania słonecznego - lokalne, 3. Pasywne systemy ogrzewania słonecznego - lokalne, 4. Długookresowa akumulacja ciepła w gruncie, w podziemnych zbiornikach wodnych, w rzekach podziemnych, w skałach, 5. Duże systemy ogrzewania słonecznego z sezonową akumulacją ciepła Badaniami objęto obiekty sektora komunalno-bytowego: a) Szpitale, b) Domy spokojnej starości, c) Baseny pływackie, d) Kompleksy sportowe i sportowo-rekreacyjne, rekreacyjne, e) Szkoły, f) Pojedyncze bloki mieszkalne i osiedla mieszkaniowe, g) Budynki jednorodzinne.
SZWECJA: Program badawczy Ponadto uwzględniono: 1. Użytkowanie systemów ciepłowniczych: - dużych (miejskich), - małych (lokalne grupy odbiorców), 2. Racjonalizację użytkowania energii w odbiorach: - oszczędzanie zużycia energii - odzysk ciepła w sektorach: komunalno-bytowym np..: w gospodarstwach domowych (w wentylacji, w ciepłej wodzie - łazienki, kuchnia, spłuczki WC,... ) - zabiegi termomodernizacyjne - izolacja ścian budynków, nowe okna, - poprawa wydajności źródeł ciepła i systemów rozprowadzania ciepła Badania zaprogramowano we wszystkich strefach klimatycznych Szwecji
SZWECJA: DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE Szwecja: Jedna z pierwszych dużych instalacji słonecznych ze sztucznym zbiornikiem akumulacyjnym. Instalacja doświadczalna - w programie badawczym lat osiemdziesiątych
SZWECJA: DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE Rok Kolektory Akumulatory. Ingelstad Ia 1979 1 300 m 2 5 000 m 3 (izolowany zbiornik betonowy) Lambohov 1980 2 700 m 2 10 000 m 3 (izolowany szyb skalny) Torvalla 1982 2 000 m 2 - Lyckebo 1983 4 300 m 2 105 000 m 3 (nieizolowana jaskinia skalna) Ingelstad Ib 1984 1 400 m 2 5 000 m 3 (izolowany zbiornik betonowy) Nykvarn 1985 4 000 m 2 1 500 m 3 (izolowany zbiornik stalowy) Ingelstad II - 6 000 m 2 16 000 m 3 (sztuczny zbiornik izolowany) Kungalv - 120 000 m 2 120 000 m 3 (nieizolowana jaskinia skalna)
SZWECJA: DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE
SZWECJA: DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE
SZWECJA: DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE
SZWECJA: DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE W budowie zbiorników akumulacyjnych w skalnych kawernach wykorzystano doświadczenia nabyte w latach sześćdziesiątych w budowie zbiorników na ropę naftową (rezerwy strategiczne) (technologia wykonawstwa, organizacja pracy, itp.)
SZWECJA: DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE Lyckebo.. Bateria kolektorów słonecznych - widok z lotu ptaka.
SZWECJA: DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE LYCKEBO. DANE EKONOMICZNE 1) Nakłady inwestycyjne - w 1982 roku - 39 mln SEK - w tym: akumulator - 17,5 mln SEK - docelowo - 83 mln SEK (wg 1982) 2) Rata stałych kosztów eksploatacyjnych - dla akumulatora - 0,5%/a - wartości nakładów inwestycyjnych - dla pozostałych urządzeń - 1%/a - wartości nakładów inwestycyjnych 3) Rata kapitałowa - p = 4% 4) Okres ekonomicznej żywotności - akumulator - 40 lat - kolektory słoneczne - 20 lat - pozostałe urządzenia - 30 lat 5) Roczna produkcja ciepła (co + cwu) - zapotrzebowanie (100% rocznego zapotrzebowania) - 8 000 MWh - uzyskana (SOL!!) - około 15% rocznego zapotrzebowania na co + cwu 6) Docelowy koszt ciepła - 0,8 SEK/kWh (w tym: akumulator - 0,45 SEK/kWh)
SZWECJA: DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE Dane ekonomiczne dużych instalacji ogrzewania słonecznego z sezonową akumulacją ciepła
DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE Akumulator ciepła - praca biwalentna LATO: Ochładzanie pomieszczeń i gromadzenie ciepła w akumulatorze ziemnym ZIMA: Odbiór ciepła z akumulatora, ogrzewanie pomieszczeń oraz akumulacja chłodu w akumulatorze ziemnym Możliwości: pracy samodzielnej, współpracy z dużą instalacją słoneczną oraz z pompą ciepła
DUŻE INSTALACJE SŁONECZNE W dużych instalacjach słonecznych jest łatwiej osiągalny poliwalentny system pracy instalacji. Wyżej opisana biwalentna praca ziemnego zasobnika ciepła i zimna (na przemian w kolejnych sezonach roku) wydłuża czas pracy całej instalacji i wydłuża czas użytkowania mocy szczytowej urządzenia. Wzrost czasu użytkowania mocy szczytowej obniża koszty wytwarzanej energii (ciepła i zimna - jednocześnie)
ELEKTROWNIE SŁONECZNE ODEILLO. Pierwsza elektrownia słoneczna. Pireneje Francuskie Wybudowana w 1977 roku
ELEKTROWNIE SŁONECZNE ODEILLO. Pierwsza elektrownia słoneczna. Pireneje Francuskie Schemat funkcjonalny: obiegi cieplne
ELEKTROWNIE SŁONECZNE ODEILLO. Pierwsza elektrownia słoneczna. Pireneje Francuskie HELIOSTATY Są to ruchome zwierciadła słoneczne o dobrym współczynniku odbicia promieniowania słonecznego, nakierowujące bezpośrednie promieniowanie słoneczne na zwierciadło paraboliczne. Ruch heliostatów jest sterowany nadążnie za pozornym ruchem Słońca. Pole heliostatów: 63 zwierciadła Zapotrzebowanie terenu: 3 hektary na 1 MW mocy cieplnej
ELEKTROWNIE SŁONECZNE ODEILLO. Pierwsza elektrownia słoneczna. Pireneje Francuskie Zasobnik ciepła Stacja wymienników
ELEKTROWNIE SŁONECZNE Elektrownia słoneczna THEMIS. Pireneje Francuskie Widok ogólny: pole heliostatów i wieża słoneczna Wysokość wieży - 80 m 350 heliostatów o łącznej powierzchni 17 500 m 2 rozmieszczonych na terenie 5 ha Moc znamionowa uzyskana z pola heliostatów - 13 MW
ELEKTROWNIE SŁONECZNE Elektrownia słoneczna THEMIS. Pireneje Francuskie HELIOSTAT: - powierzchnia zwierciadeł - 50 m 2, - dokładność kąta ustawienia lustra za ruchem Słońca - 4*10-3 rad
ELEKTROWNIE SŁONECZNE Elektrownia słoneczna THEMIS. Pireneje Francuskie Schemat funkcjonalny obiegów termodynamicznych
ELEKTROWNIE SŁONECZNE Elektrownia słoneczna THEMIS. Pireneje Francuskie Odbiornik ciepła słonecznego Powierzchnia wymienników ciepła - 40 m 2 Temperatura czynnika obiegowego - na wlocie do wymiennika - 285 O C - na wylocie z wymiennika - 430 O C Wydajność - 180 t/godz. Zasobniki akumulacyjne Medium akumulacyjne: mieszanina eutektyczna - 600 ton (53% NO 3 K + 40% NO 2 Na + 7% NO 3 Na) Temperatura w zasobnikach: 250 O C i 425 O C Cykl termodynamiczny Parametry pary świeżej: 50 bar (5 MPa), 410 O C Parametry w skraplaczu: 0,15 bar (0,015 MPa), 54 O C Znamionowa moc turbiny: 2 MW Pobór mocy na potrzeby własne: 0,2 MW
ELEKTROWNIE SŁONECZNE Elektrownia słoneczna THEMIS. Pireneje Francuskie Szczegółowy schemat cieplny elektrowni