Roman Marx, Dan Bauer

Integracja słonecznych systemów ciepłowniczych i sezonowego magazynowania energii cieplnej (STES) przykłady Europejskich systemów Roman Marx, Dan Bauer Uniwersytet w Sztutgarcie, Instytut Termodynamiki i Inżynierii Cieplnej (ITW), Centrum Badawczo-testowe cieplnych urządzeń solarnych, Pfaffenwaldring 6, 70550 Stuttgart, Niemcy, Telefon: +49 711 685 63229, Fax: +49 711 685 63503, e-mail: marx@itw.uni-stuttgart.de 1 Roman Marx Dateiname.ppt

www w.itw.uni-stuttgart.de Spis treści Słoneczne systemy ciepłownicze System Sezonowego Magazynowania Energii Cieplnej (STES) Przykłady z Europy Podsumowanie i wnioski 2 Roman Marx

Systemy ciepłownicze Energia dostarczona PJ/rok 1.500 1.250 1.000 750 500 250 Scenariusz energetyczny dla Niemiec Scenariusz zrównoważonego rozwoju, Niemcy 172 307 563 844 1.151 1.373 Odzysk energii cieplnej podczas produkcji energii elektrycznej Źródła geotermalne Kolektory słoneczne w systemach ciepłowniczych Kolektory słoneczne bez systemu Ogrzewanie biomasą w systemach ciepłowniczych Ogrzewanie biomasą bez systemu 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 źródło: DLR, ITT 3 Roman Marx

49% Słoneczne systemy ciepłownicze na świecie Działające instalacje słoneczne systemów ciepłowniczych w poszczególnych okresach lat (> 0.5 MW) 6% 6% 17% 21% 1985-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2014 Liczba instalacji: 189 (w 2014) Powierzchnia kolektorów: ~ 6 mln m² 90 % w Europie (60 % w Danii) 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 13% 12% 4% Instalacje słonecznych systemów ciepłowniczych na świecie [%] 26% 5% 5% 6% 4% 4% 1%6% 1%1%1%1%1%1% 11% Austria China Chiny Germany Niemcy Switzerland Szwajcaria Denmark Dania Greece Grecja Netherlands Holandia Norwegia Norway Francja France Poland Polska Arabia Saudi Saudyjska Arabia USA Canada Kanada Finlandia Finnland Słowenia Slovenia Czech Republic Czechy Hiszpania Spain Szwecja Sweden źródło: IEA-SHC Task 45 4 Roman Marx

System ciepłowniczy Kompleksowe podejście do systemu sieci ciepłowniczej ogrzewanie pomocnicze elektrociepłownia np. grunt, woda, morze itp. pompa ciepła podgrzewanie wody i ogrzewanie pomieszczeń Q Q straty ciepła ciepło technologiczne magazynowanie źródła ciepła dystrybucja ciepła energii cieplnej 5 Roman Marx rozproszenie ciepła

Słoneczne systemy ciepłownicze ze STES centralna Heizzentrale instalacja Gas Brennwert- Kessel kolektory Flachkollektoren słoneczne węzeł Wärmeübergabestation cieplny Wärmenetz sieć dystrybucji sezonowy sieć Saisonaler Solarnetz ciepła magazyn Wärmespeicher energii słoneczna cieplnej 6 Roman Marx

Wärmemenge ilość ciepła/ e MWh/rok [MWh/a] 800 700 600 500 400 300 200 100 Dlaczego STES? Zapotrzebowanie na ciepło i uzysk ciepła z nasłonecznienia (projekt pilotażowy w Friedrichshafen) 800 700 600 500 400 300 200 100 Słoneczny system ciepłowniczy wraz z krótkookresowym magazynowaniem ciepła promieniowanie solare Einstrahlung słoneczne(relativ) Solarenergie Wärmebedarf zapotrzebowanie na ciepło 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wärmemenge ilość ciepła/ e MWh/rok [MWh/a] 0 0 0 Jan Sty Lut Feb Mär Mar Apr Kwi Mai Maj Jun Cze Lip Jul Aug Sie Sep Wrz Okt Paź Nov Lis Dez Gru Jahr Rok Słoneczny system Monat ciepłowniczy z zastosowaniem STES month of the year 7 Roman Marx

Rodzaje zbiorników do STES ~70 kwh/m³ 1) ~55 kwh/m³ 2) Zbiornik z wodą do magazynowania energii Basenowy magazyn energii cieplnej cieplnej (HW) (PTES) 15-30 kwh/m³ 30-40 kwh/m³ Odwiertowy magazyn energii cieplnej (BTES) Magazyn energii cieplnej wykorzystujący wodonośne warstwy (ATES) 1) ϑ max =90 C, ϑ min =30 C bez pompy ciepła 2) ϑ max =80 C, ϑ min =10 C żwirowo wodny TES z pompą ciepła 8 Roman Marx

Hamburg (1996) 3.000 m² Instalacja płaskich 4.500 m³ Zbiornik wodny 5.300 m² Instalacja płaskich 63.300 m³ BTES Projekty pilotażowe z STES w Niemczech Friedrichshafen (1996) 4.050 m² Instalacja płaskich 12.000 m³ Zbiornik wodny Neckarsulm (1997) Steinfurt (1998) 510 m² Instalacja płaskich kolektorów 1.500 m³ PTES (piasek/woda) Rostock (2000) Hannover (2000) 1.000 m² Instalacja kolektorów zamontowanych na dachu, 20.000 m³ ATES 1.350 m² Instalacja płaskich 2.750 m³ Zbiornik wodny 9 Roman Marx

Chemnitz, 1. faza (2000) 540 m² Kolektory rurowo próżniowe, 8.000 m³ PTES (piasek/woda) Munich (2007) Projekty pilotażowe z STES w Niemczech 2.900 m² Instalacja płaskich 5.700 m³ Zbiornik wodny Eggenstein (2008) 1.600 m² Instalacja płaskich 4.500 m³ PTES (piasek/woda) Attenkirchen (2002) 800 m² Instalacja kolektorów zamontowanych na dachu, 9.850 m³ Zbiornik wodny i BTES Crailsheim (2007) 7.500 m² Instalacja płaskich 37.500 m³ BTES 10 Roman Marx

Graz (2006) 4.960 m² Instalacja płaskich, wysokotemperaturowych powiększona do 7.450 m² w 2015 Projekty w Austrii (bez STES) Graz, Andritz (2010) 3.855 m² Instalacja płaskich, wysokotemperaturowych cała energia cieplna wprowadzona do sieci ciepłowniczej Graz bez zastosowania STES UPC-Arena, Graz (2002) 1.407 m² Instalacja płaskich, Lienz (2001) 11 Roman Marx 690 m² Instalacja płaskich, źródło: S.O.L.I.D.

Słoneczne systemy ciepłownicze w Danii Istniejące Planowane Jednostka: m 2 12 Roman Marx

www w.itw.uni-stuttgart.de Słoneczne systemy ciepłownicze w Danii Słoneczne systemy ciepłownicze w Danii jako konkurencyjne, ekonomiczne technologie, zapewniają ciągłość dostaw energii cieplnej Inteligentne sieci ( Smart Grid ) z wykorzystaniem energii słonecznej są istotne dla bilansowania energii odnawialnej, także elektrycznej Adaptacje doświadczeń duńskich pozwolą na zwiększenie zużycia energii odnawialnej w całej Europie 13 Roman Marx

Definicja: Inteligentne sieci wykorzystujące energie słoneczną Systemy ciepłownicze Zintegrowane główne elementy poprzez zaawansowaną strategię sterowania: Farmy kolektorów słonecznych Duże sezonowe magazyny energii cieplnej Połączone ciepłownie i elektrownie Inteligentne wykorzystywanie pomp ciepła Cele: Wysoka wydajność kolektorów słonecznych oraz ich wysoki udział w całkowitym zapotrzebowaniu na energie. Niskie koszty ogrzewania (< 40 /MWh) Równoważenie wahań mocy pochodzących z OZE 14 Roman Marx

Sprzyjające warunki brzegowe Dania Systemy ciepłownicze (budynki mieszkalne) > 60 % Połączone ciepłownie i elektrownie (udział w całkowitej produkcji energii elektrycznej) Udział źródeł odnawialnych w całkowitej produkcji energii elektrycznej (2012) 50 % 33 % (30 % wiatr) 80 % Koszt powierzchni kolektorów słonecznych [ /m²] Decyzje polityczne 200 (zainstalowanych) -Zakaz stosowania kotłów gazowych i olejowych w nowych budynkach mieszkalnych (2013) - Wysokie podatki nałożone na gaz ziemny 15 Roman Marx

EC Projekt: Sunstore IV Koncepcja SANSTORE integruje produkcję ciepła z produkcją energii elektrycznej pochodzącą ze źródeł odnawialnych na przykładzie Braedstrup i Marstal 50-100 000 m³ Bardzo ekonomicznie wydajny magazyn ciepła (demonstrator) 16 Roman Marx

EC Projekt: Sunstore IV w Marstal Pole kolektorów słonecznych: 33 000 m² Zbiornik typu PTES o pojemności: 75 000 m³ Pompa ciepła: 1.5 MW th (CO 2 ) Kocioł na zrębki drzewne: 4 MW ORC: 750 kw el Zapasowe wspomaganie ogrzewania: 18.3 MWth (kocioł olejowy) Roczne zapotrzebowanie na ciepło: 28 GWh Planowany udział energii słonecznej: 55 % Planowany udział energii ze źródeł odnawialnych: 100 % 17 Roman Marx

www w.itw.uni-stuttgart.de EC Projekt: Sunstore IV w Marstal 18 Roman Marx

Podsumowanie i wnioski Systemy SDH i STES są technologiami wpasowującymi się w koncepcje źrodel odnawialnych. Obserwowany wzrost systemów SDH w obszarze Europy Lokalne warunki brzegowe wpływają na rozmiar i rodzaj stosowanego systemu Dzięki wprowadzeniu systemów słonecznych uzyskano konkurencje ekonomiczną w niektórych regionach Konieczna jest większa liczba badań i demonstracji dla głębszej penetracji rynku 19 Roman Marx

www w.itw.uni-stuttgart.de Dziękuję za uwagę! Realizacja projektu i badań jest finansowana przez Unię Europejską, grant numer FP7-2011-NMP-ENVENERGY-ICT-EaB. Autorzy pragną podziękować za to wsparcie oraz ponoszą pełną odpowiedzialność za zawartość niniejszej prezentacji. 20 Roman Marx