INŻYNIERIA INSTALACJI MAGAZYNOWANIA ENERGII CIEPŁA Norweski... · STudIA PRZYPAdku ZASTOSOWANIE SYSTEMóW ... INŻYNIERIA INSTALACJI MAGAZYNOWANIA ENERGII CIEPŁA ... aby poprawić

Tomasz M

ania, Joanna Kaw

a INŻ

YN

IER

IA IN

STAL

AC

JI

MA

GA

ZY

NO

WA

NIA

EN

ER

GII C

IEPŁ

A

Wydawnictwo współfinansowane ze środków funduszy norweskich oraz środków krajowych

INŻYNIERIA INSTALACJI MAGAZYNOWANIA

ENERGII CIEPŁA

ISBN: 978-83-64423-37-6

Monografia pod redakcją Adama MROZIńSKIEGO

1

INŻYNIERIA INSTALACJI MAGAZYNOWANIA ENERGII CIEPŁA


ENERGII CIEPŁA


2

Tomasz MANIA, Joanna KAWA

3



ENERGII CIEPŁA

Monografia pod redakcją Adama MROZIńSkIEGO


4


Autorzy: Mgr inż. Tomasz MANIAMgr Joanna KAWA

Recenzent - Prof. dr hab. inż. Janusz Badur

Redaktor - Dr inż. Adam Mroziński

ISBN: 978-83-64423-37-6

Projekt i opracowanie graficzne, skład, łamanie, druk i oprawa:Grafpol Agnieszka Blicharz-Krupińskaul. Czarnieckiego 153-650 Wrocławtel. 507 096 545fax 71 797 88 80


Bydgoszcz 2016

5


SPIS TREśCI

I. MAGAZYNOWANIE ENERGII CIEPŁA W GRuNCIE ......................................... 9

1. Wprowadzenie .......................................................................................................... 10

2. Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu TTES .................................... 17

3. Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu PTES .................................... 20

4. Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu BTES ................................... 23

5. Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu ATES .................................... 32

6. Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu CTES ................................... 35

II. STudIA PRZYPAdku ZASTOSOWANIE SYSTEMóW MAGAZYNOWANIA CIEPŁA I ChŁOdu W budYNkACh ............................. 37

7. Budynek z pionowymi magazynami energii cieplnej typu VTTES - kampus Denki University Tokio Senju (Japonia) ............................. 38

8. System magazynowania energii ciepła z układem pompy ciepła zasilany energią słoneczną - projekt EINSTEIN - Szpital w Ząbkach .................................................................................................. 50

9. Osiedle budynków jednorodzinnych w Kanadzie Okotoks w Drake Landing Solar .............................................................................. 63

10. Pilotażowa instalacja gruntowego pionowego wymiennika ciepła typu glikol-woda na Wydziale Inżynierii Mechanicznej UTP w Bydgoszczy .......................................................... 81

11. Podsumowanie ........................................................................................................ 108

Literatura do rozdziałów I i II ............................................................................................ 109

III. CERTYfIkACJA INSTALATORóW OZE ...........................................................111

Wprowadzenie ................................................................................................................... 112

1. Prawo Energetyczne ............................................................................................... 112

2. Certyfikacja instalatorów OZE ............................................................................... 112

3. Certyfikat instalatora ............................................................................................... 116

6


4. Instalator OZE ........................................................................................................ 117

5. Rejestr certyfikowanych instalatorów OZE ............................................................ 119

6. Komitet Odwoławczy ............................................................................................. 120

Literatura do rozdziału III .................................................................................................. 120

7


Mgr Joanna Kawa – prawnik, absolwentka Wydziału Prawa Uniwersytetu Gdańskiego i doktorantka na tym Wydziale, oraz menadżer zarządzania projektami badawczo-rozwojowymi jed-nostek naukowych, oraz Doradca Finansowy z uprawnieniami nadanymi przez KNF. Obecnie powołana przez Ministra Piecho-cińskiego na podstawie ustawy Prawo Energetyczne na członka organu ustawowego - Komitetu Odwoławczego w sprawie cer-tyfikacji i akredytacji instalatorów OZE. Zawodowo związana z Polskim Stowarzyszeniem Pomp Ciepła oraz spółkami z obszaru OZE gdzie pełni funkcje Prezesa oraz członka Zarządu zajmując się szeroko rozumianymi technologia-mi OZE oraz szkoleniami związanymi z OZE oraz popularyza-

cją postaw prosumenckich w społeczeństwie. W swoim dorobku naukowym posiada wiele publikacji z zakresu prawa energetycznego, europejskiego oraz OZE. Dydaktykę prowadzi w ramach Studiów Podyplomowych z zakresu OZE na Uniwersytecie Technologiczno – Przy-rodniczym w Bydgoszczy.

Mgr inż. Tomasz Mania – pracownik naukowo-dydaktyczny Uniwersytetu Technologiczno - Przyrodniczego w Bydgoszczy, doktorant (PG /IMP PAN), absolwent Wydziału Oceanotechniki i Okrętownictwa Politechniki Gdańskiej. Menadżer zarządzania projektami badawczo-rozwojowymi jednostek naukowych, Pre-zes Zarządu Polskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła od 20 lat czynny w zawodowo (Budownictwo i Energetyka OZE). Współ-autor wielu koncepcje i projektów oraz wdrożeń takich jak: Cen-trum Badawcze PAN - Konwersja Energii i Źródła Odnawialne (współautor koncepcji budowlano-instalacyjnej), Molo Sopot Budynek Kubaturowy, Akwarium Gdyńskie, SKŻ Sopot Hestia, Muzeum w Biskupinie, Narodowe Centrum Żeglarstwa w Gdań-

sku, Szkoła Podstawowa w Cedrach Wielkich i w Cedrach Małych, Centrum Hewelianum, Muzeum Wraków w Tczewie, Remiza Strażacka w Purdzie, Dom Uphagena w Gdańsku, Cen-trum Kultury w Chojnicach, Budynek NOT w Gdańsku, Instytut Sztuki Wyspa w Gdańsku i wiele innych. Pomysłodawca i realizator unikalnych w skali kraju studiów podyplomowych z pomp ciepła i magazynowania energii ciepła na UTP w Bydgoszczy współfinansowanych z Funduszy Norweskich. Zawodowo związany również z Polskim Stowarzyszeniem Pomp Ciepła (członek założyciel) od 2002 roku do dnia dzisiejszego. W swoim dorobku naukowym posiada około 40 publikacji z zakresu pomp ciepła, magazynowania energii, budownictwa ekoenergetycznego i efektywności energetycznej. Dydaktykę prowadzi w ramach Studiów Podyplomowych z zakresu OZE na Uniwersytecie Technologiczno – Przyrodniczym w Byd-goszczy (pracownik naukowy - asystent), Sopockiej Szkole Wyższej kierunek Architektura i Urbanistyka oraz w IMP PAN w Gdańsk z zakresu OZE w praktyce.

8


Motto

,,Nie sztuką jest wytworzyć energię, sztuką jest sposób na jej zmagazynowania co pozwoli w przyszłości ograniczyć znacząco koszty eksploatacji budynków”.

Tomasz Mania Polskie Stowarzyszenie Pomp Ciepła

9


I. MAGAZYNOWANIE ENERGII CIEPŁA W GRuNCIE

10


1. WprowadzeniePotrzeby energetyczne społeczeństwa stale rosną szczególnie w dużych aglomera-

cjach miejskich, podczas gdy zasoby paliw kopalnych, które są produktem energetycznym dla większości krajowych systemów energetycznych i ciepłowniczych są na wyczerpaniu. Z roku na rok widzimy że cena paliw tradycyjnych (gaz, ropa, węgiel) nieodwracalnie bę-dzie rosła [1]. Zaawansowane technologie krótkoterminowego jak i długoterminowego ma-gazynowania energii cieplnej mogą przyczynić się do znacznego ograniczenia problemów środowiskowych (efekt zmniejszenia emisji CO2) jak i zwiększenie wydajności systemów grzewczych oraz chłodniczych. Najprostszym rozwiązaniem zwiększającym efektywność energetyczną instalacji grzewczych jak i chłodniczych jest zastosowanie Magazynów Ener-gii Cieplnej (MEC).

MEC jest zdefiniowany jako czasowe magazynowanie energii termicznej w postaci go-rącego jak i zimnego czynnika do późniejszego wykorzystania. Istotną rolę w procesie ma-gazynowaniu energii cieplnej odgrywa zależność wykorzystania technologii odnawialnych źródeł energii. Tworzenie hybrydowych systemów magazynowania energii wspomaganych systemami OZE ma na celu optymalne wykorzystanie potencjału wydajnościowego syste-mów grzewczych oraz zminimalizowanie niedoborów energii z jednoczesnym przechowy-waniem nadmiaru ciepła w celu późniejszego wykorzystania w okresach szczytowych. Tech-nologie MEC są wskazane dla bilansowania równowagi między popytem i podażą na rynku energii cieplnej. Zatem możemy stwierdzić, iż MEC odgrywa ważną rolę w zwiększania efektywności energetycznej poszczególnych rodzajów energii odnawialnej w miksie energe-tycznym w skali mikro jak i makro. [1]. Wybór systemu MEC dla konkretnego zastosowania zależy od wielu czynników, w tym od czasu trwania składowania, ekonomii, podaży i wyko-rzystania wymogów temperatury, pojemności, strat ciepła i dostępności miejsca [1].

Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej w skrócie (SMEC) to układy przeznaczone do gromadzenia nadmiaru energii słonecznej lub odpadowej w okresie letnim i przechowy-wanie jej z docelowym zastosowaniem w okresie zimy oraz okresach przejściowych. Maga-zyny energii cieplnej jak i chłodu wymagają dużych pojemności i prawidłowe ich funkcjo-nowanie uzależnione są od wielu parametrów technicznych. Mimo, to technologia inżynierii magazynowania energii jest ciągle udoskonalana i modyfikowana w celu znalezienia opty-malnych rozwiązań. Dobrze zaprojektowane systemy SMEC zwiększają początkowe koszty inwestycyjne ale znacząco obniżają w okresie eksploatacji koszty utrzymania, wytwarzania energii ciepła i chłodu co sprowadza się do poprawy efektywności energetycznej układów ciepłowniczych. Najbardziej opłacalnymi projektami SMEC są projekty uwzględniające ca-łoroczny cykliczny proces (ładowania i rozładowywania) nadwyżek energetycznych w po-łączeniu z hybrydowymi układami wytwarzania energii [2, 3]. Im większy system tym efek-tywność energetyczna jak i cena GJ energii cieplnej staje się bardziej opłacalna dla klienta końcowego.

Największym problemem w racjonalnym zagospodarowaniu wyprodukowanej energii jest zmienne w czasie zapotrzebowanie na nią. Z powodu tej niestałości poboru energii nie-odzowne stało się jej akumulowanie.

Energię możemy gromadzić w postaci mechanicznej, elektrycznej, chemicznej lub w formie ciepła. Do gromadzenia energii mechanicznej (kinematycznej) wykorzystuje się np. elektrownie szczytowo-pompowe a także bardziej alternatywne metody jak komory sprę-żonego powietrza oraz koła zamachowe. Energię elektryczną gromadzi się dzięki wykorzy-staniu ogniw galwanicznych, akumulatorów oraz magazynowaniu produktów powstałych

11


z elektrolizy wody. Najprostszym sposobem zgromadzenia energii termicznej jest wykorzy-stanie pojemności cieplnej różnorodnych materiałów.

Zasadniczo rozróżniamy dwa sposoby magazynowania energii cieplnej:- jawny - związany z przyrostem temperatury materiału akumulującego ciepło;- utajony - związany ze zmianą stanu skupienia materiału akumulującego ciepło przy

stałej temperaturze [4].

Rysunek 1.1 przedstawia metody gromadzenia energii cieplnej.

Rys. 1.1. Schematyczny podział sposobów akumulacji ciepła [18]

Ciepło można magazynować krótkoterminowo np. w celu wykorzystania, jako ciepłej wody użytkowej, lub do ogrzewania pomieszczeń, bądź długoterminowo, jako sezonowy magazyn ciepła. W obu przypadkach, jako czynnik gromadzący energię najczęściej wyko-rzystuje się wodę, ma to uzasadnienie ekonomiczne [6].

Jednym ze sposobów magazynowania energii cieplnej w ilości mającej znaczenie go-spodarcze są akumulatory gruntowe. Światowe badania i wykonane instalacje demonstra-cyjne wskazują na potencjalność odzyskania nawet do 85 % energii w czasokresie rocznym. Niezależnie od możliwości zastosowania sezonowego magazynowania w systemach wyko-rzystujących energię odnawialną, bardzo ważnym kierunkiem zastosowań jest skorzystanie

12


z energii odpadowej powstającej w niektórych procesach technologicznych. W takich przy-padkach możliwe jest wykorzystanie akumulatora energii w cyklach dostosowanych do cha-rakteru procesu produkcyjnego [16].

W większości klimatów jest różnica czasu pomiędzy podażą a popytem na energię cieplną w tym z OZE (Rys. 1.2), to niedopasowanie można rozwiązać poprzez magazynowanie ener-gii.

Istnieje kilka koncepcji, dla krótkoterminowego i długoterminowego przechowywania ciepła oraz aplikacji jak można wykorzystywać grunt do podziemnego magazynowania ener-gii cieplnej (UTES - Underground Thermal Energy Storage), w zależności od geologicznych, hydro-geologicznych oraz innych warunków lokalnych.

Metody magazynowania ciepła można podzielić (Tabela 1) ze względu na czas akumu-lacji na:

- krótkoterminowe - STTS (ang. Short Term Thermal Storage) zbiorniki pośrednie, bojler elektryczn;

- długoterminowe - STES (ang. Seasonal Thermal Energy Storage) w gruncie, w zbiornikach, w stawach słonecznych.

Kolejnym sposobem klasyfikacji systemów składowania ciepła może być rodzaj ośrod-ka magazynującego:

- w warstwach wodonośnych - ATES (ang. Aquifer Thermal Energy Storage);- w gruncie (otworowo) - BTES (ang. Borehole Thermal Energy Storage); - w naturalnych i sztucznych jamach podziemnych, kawernach, wyrobiskach poko-

palnianych wypełnionych wodą - CTES (ang. Cavity Thermal Energy Storage).

13


Rys. 1.2. Wykres zapotrzebowania na ciepło w ciągu roku [13]

14


Tabela 1.1. Systematyka metod sezonowego magazynowania energii cieplnej

Na rysunku 1.3 przedstawiono schematycznie opcje różnych możliwości magazynowania energii ciepła w gruncie, potraktowanych jako przyszłość systemu energetycznego.

Saving – oszczędność New technology – nowa technologia Local condition – warunki lokalne Storage – magazynowanie

Rys. 1.3. Różne opcje magazynowania energii cieplnej w gruncie [10]

15


W systemie podziemnego magazynowania energii cieplnej (UTES) można przechowywać duże ilości niskotemperaturowego ciepła do ogrzewania i chłodzenia, a także do podgrzewania i wstępnego schładzania. Podziemny magazyn może w trakcie rozładowania dostarczyć energii w całości lub części do ogrzewania lub chłodzenia np. budynków. Dodatkowo można zastosować pompę ciepła w instalacji, aby poprawić efektywność działania układu i zwięk-szyć możliwości zastosowania systemu.

Energia cieplna, którą można gromadzić w magazynie może pochodzić z instalacji solarnej a także z tzw. ciepła odpadowego, które powstaje np. w procesach produkcyjnych. Wtedy efekt ze składowania ciepła będzie dużo większy (nawet i dwukrotnie) i zasadniczo bardziej ekonomiczny. System UTES obejmuje zarówno magazynowanie energii cieplnej w warstwie wodonośnej (ATES) jak i magazynowanie poprzez otwory wywiercone w gruncie (BTES) [2]. Są to dwie najbardziej korzystne opcje składowania ciepła. Projekty te zostały już wpro-wadzone w systemach komercyjnych na rynku energii w wielu krajach. Inną opcją jest uży-cie podziemnych jam skalnych, kawern (CTES), ale koncepcja ta jest rzadko stosowana jak dotąd komercyjnie [10].

W monografii omówiono zastosowanie podziemnego magazynowania energii cieplnej (UTES), skupiając się na sezonowym akumulowaniu ciepła (STES), wynika to bezpośrednio z przyjętego celu w tym studium. Sezonowe gruntowe zbiorniki energii cieplnej umożliwiają składowanie pod ziemią nadmiaru powstającego w okresie letnim ciepła a w dalszej kolej-ności jego odzyskanie i spożytkowanie do ogrzewania zimą. Dzięki temu efektywność wy-korzystania promieniowania słonecznego, które dla elektrowni solarnej stanowi od ok. 7% do maksymalnie 35% przy zastosowaniu sezonowego magazynu ciepła w gruncie może osiągnąć blisko 100% [14].

Systemy magazynowania energii cieplnej można podzielić według:- celu magazynowanie (przeznaczenia) - ogrzewanie, chłodzenie albo ogrzewanie

i chłodzenie łącznie;- temperatury magazynowania - niska < 40÷50oC i wysoka > 50oC;- systemu magazynowania - ATES, BTES, CTES, DTES, Pit/Tank (zbiornik);- zastosowaniu zgromadzonego ciepła (aplikacje) - budownictwo mieszkalne, prze-

znaczenie komercyjne lub przemysłowe. Ilość nakładu energii do SMEC (Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej) zależy

od masy materiału (czynnika), jego zdolność magazynowania ciepła, jak również od różnicy temperatur między czynnika roboczego na początku jak i na końcu procesu przekazywania ciepła i może być wyrażona równaniem wymiany ciepła w postaci Q:

(1)

gdzie: m - oznacza całkowitą masę magazynowanego czynnika,cp - pojemność cieplna czynnika, T1 - początkowa temperatura czynnika, T2 - końcowa temperatura czynnikaΔT - jest różnicą temperatur czynnika.

16


Jeżeli temperatura czynnika jest zbyt mała, aby uwzględnić zmianę cp, równanie (1) może być zapisane jako:

Q = m * cpś * ∆T = m * cpś * (T2 – T1) (2)

gdzie: cpś - to średnia pojemność cieplna od temperatury T 1 i T 2 [4, 5].

Wysoka stabilność termiczna zapewnia niższe zużycie czynnika gromadzącego ciepło nawet po 1000 cyklach pracy tego typu magazynów. Z powyższej definicji jak i równań (1) i (2), można wywnioskować, że najbardziej optymalnym materiałem (czynnikiem roboczym) w SMEC są materiały posiadające następujące cechy:

- wysoka pojemność cieplna,- wysoka stabilność energetyczna (przechowywanej energii cieplnej), - wysoka stabilność chemiczna (w przypadku wody),- niski koszt eksploatacyjny,- neutralność pod względem oddziaływania na środowisko.

Transport ciepła w gruncie może być opisany równaniem różniczkowym nieustalonego przewodzenia ciepła czyli równaniem Fouriera – Kirchhoffa (3).

(3)

Gdzie:ρg – gęstość gruntu [kg/m3],cg – ciepło właściwe gruntu [J/(kg∙K)],λx,y,z = λ – współczynnik przewodzenia ciepła gruntu [W/(m∙K)],

Przepływ płynu roboczego U-rurce- równania ruchu płynu rzeczywistego, zwane równaniami Naviera – Stokesa (4),

(4)

- równanie ciągłości przepływu (5),

(5)

17


- równanie wymiany ciepła dla przepływu płynu (6),

(6)

gdzie:vx, vy, vz – składowe wektora prędkości przepływu [m/s],T=T(x,y,z,t) – temperatura [K],ρw – gęstość czynnika [kg/m3],μ – lepkość dynamiczna czynnika [Pa∙s],cw – ciepło właściwe czynnika [J/(kg∙K)],gx,y,z – składowa przyspieszenia ziemskiego [m/s2],λw – współczynnika przewodzenia ciepła czynnika [W/(m∙K)].

Podsumowując wcześniejsze rozważania, możemy wyróżnić pięć rodzajów podstawo-wych rozwiązań w technologii sezonowego magazynowania energii cieplnej (SMEC):

- Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu TTES (ang. Tank Thermal Energy Storage),- Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu PTES (ang. Pit Thermal Energy Storage),- Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu BTES (ang. Borehol Thermal Energy Storage),- Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu ATES (ang. Aquifer Thermal Energy Storage),- Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu CTES (ang. Cavity Thermal Energy Storage),

W dalszej części monografii zostanie przeprowadzona analiza poszczególnych rodzajów sezonowych magazynów energii ze szczególnym uwzględnieniem magazynów typu BTES wraz z przykładami ich zastosowań.

2. Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu TTESMagazyny typu TTES (ang. Tank Thermal Energy Storage) jest rozwiązaniem konstruk-

cyjnym o tradycyjnych kołowym kształcie. Zbiornik zbudowany od podstaw, najczęściej o konstrukcji żelbetowej lub stalowej, izolowany termicznie zamknięty od góry szczelną po-włoką z doprowadzeniem i odprowadzeniem czynnika grzewczego. W końcowej fazie cały magazyn typu TTES jest pokryty warstwą gruntu w celu zabezpieczenie poszczególnych warstw zbiornika.

18


Rys. 2.1. Przekrój ogólny konstrukcyjny magazynu energii typu TTES z widoczną warstwą izolacyjną wokół zbiornika. Wydajność tego typu zbiorników określona jest na poziomie od 60 do 80 kWh/m3 [4]

Rys. 2.2. Przekrój magazynu energii typu TTES z szczegółami konstrukcyjnymi warstw zbiornika [4]

19


Rys. 2.3. Przykład poszczególnych faz przy budowie zbiornika typu TTES (Tank Thermal Energy Sto-rage) w Monachium 2007 roku o pojemności 5700 m3 [5]

Rys. 2.4. Zbiornik typu TTES (Tank Thermal Energy Storage) fazy ładowania (recharge cycle) oraz faza rozładowywania (discharge cycle) z widoczną cienką warstwą ,,Termoklina”, w której zachodzą gwałtowane zmiany temperaturowe. Cienka warstwa oddzielająca medium robocze o różnych tempe-raturach [9].

20


Rys. 2.5. Wykres rozwarstwienia (tzw. stratyfikacji termicznej) ciepła w zbiorniku typu TTES. Powyż-sza relacja opiera się na związku miedzy gęstością a temperaturą czynnika roboczego [9]

3. Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu PTESMagazyny typu PTES (ang. Pit Thermal Energy Storage) jest rozwiązaniem konstruk-

cyjnym o dowolnym kształcie geometrycznym . Zbiorniki tego typu buduje się wykonując wykop techniczny izolowany i przykrywają go szczelnie powłoką izolacyjną demontowalną, z doprowadzeniem i odprowadzeniem czynnika grzewczego jak w przypadku zbiorników TTES. Rozwiązanie typu PTES nie wymaga szczególnych warunków geotechnicznych jest ekonomiczne i proste do wykonania.

Rys. 3.1. Przekrój ogólny konstrukcyjny magazynu energii typu PTES (Pit Thermal Energy Storage) z widoczną warstwą izolacyjną wokół zbiornika. Wydajność tego typu zbiorników określona jest na poziomie od 30 do 80 kWh/m3 [4]

21


Rys. 3.2. Budowa zbiornika o pojemności 60 000 m3 typu PTES (Pit Thermal Energy Storage) z wi-docznym systemem ładowania i rozładowywania zbiornika – miejscowość Dronninglund Dania [9]

22


Rys. 3.3. Schemat układu hybrydowego wytwarzania ciepła i chłodu, połączenie zbiornika typu PTES (Pit Thermal Energy Storage), absorpcyjnej pompy ciepła ( mocy cieplnej 3,0 MW i mocy chłodniczej 2,1 MW) i układu kolektorów słonecznych 35 000 m2 całość uzupełnia układ CHP oraz kotły na bio olej – miejscowość Dronninglund Dania [9]

23


4. Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu bTESMagazyn typu BTES (ang. Borehol Thermal Energy Storage) jest specyficzną odmianą

magazynów energii. Elementem magazynującym energię cieplną jest grunt. Energia ciepl-na lub energia chłodu przekazywana jest do gruntu za pomocą sond pionowych (gruntowy pionowy wymiennik ciepła). Sondy pionowe połączone są ze sobą w sposób szeregowy lub równoległy w celu uzyskania równomiernego efektu ładowania lub rozładowywania maga-zynu [7][8].

Rys. 4.1. Magazynu energii typu BTES (Borehol Thermal Energy Storage) z układem połączeń między poszczególnymi pionowymi sondami [6]

Rys. 4.2. Przekrój magazynu energii typu BTES (Borehol Thermal Energy Storage) z szczegółami konstrukcyjnymi pionowego wymiennika ciepła. Przykład rozwiązań konstrukcyjnych sond piono-wych w trzech układ: układ pojedynczej U-rury, układ koncentryczny ,,rura w rurze”, układ podwój-nej U-rury [11]

24


Rys. 4.3. Przykład poszczególnych faz budowy zbiornika typu BTES (Borehol Thermal Energy Stora-ge) w Neckarslum Niemcy, 1997-2001 - projekt instalacji [11]

Rys. 4.4. Przykład poszczególnych faz budowy zbiornika typu BTES (Borehol Thermal Energy Stora-ge) w Neckarslum Niemcy, 1997-2001 - projekt instalacji [11]

25


Rys. 4.5. Konstrukcja magazynu ciepła typu BTES (Borehol Thermal Energy Storage) w Okotoks Kanada [10]

Na rysunku 4.6 przedstawiono konstrukcję magazynu ciepła typu BTES (Borehol Ther-mal Energy Storage) w Okotoks w Kanadzie. Sondy pionowe rozmieszczone są bardzo bli-sko siebie w celu lepszego rozkładu temperatury. Magazyn ładowany jest od środka w kie-runku zewnętrznych warstw. W celu utrzymania stabilnej temperatury wierzchnia warstwa jest izolowana termicznie zaś w środku stosuje się metodę stratyfikacji energii od najniższej (powłoka zewnętrzna do najwyższej środek magazynu BTES.

Rys. 4.6. Konstrukcja magazynu ciepła typu BTES w Okotoks Kanada [10]

26


Rys. 4.7. Wykres zmian temperaturowych magazyny ciepła typu BTES (Borehol Thermal Energy Sto-rage) w Okotoks Kanada [10]

Istotnym elementem obliczeniowym w projektowaniu i doborze magazynów energii typu BTES jest wykonaniem symulacji numerycznym metoda elementów skończonych. Symulacja numeryczna pozwala z dużą dokładnością określić pola temperatur, gradienty przepływu ciepła, zwizualizować w siatce trójwymiarowej zachowanie się pola temperatur jaki przepływów w danym okresie czasu. Istotnym elementem w parametryzacji magazy-nów energii jest określenie warunków brzegowych i wprowadzenie parametrów związanych z przepływem wody w warstwach gruntu. Przepływy woda w gruncie w magazynowaniu energii są zjawiskiem niekorzystnym, gdyż zgromadzone ciepło o niskiej egzergii jest roz-praszane co powoduje niekontrolowane upływy ciepła. W gruncie występują zjawiska wy-miany ciepła w postaci konwekcji oraz przewodzenia ciepła co uwidacznia poniższy rysunek [10].

27


Rys. 4.8. Symulacja numeryczna gruntowych magazynów energii metodą elementów skończonych FEM (ang. Finite Element Method) lub metodą obliczeniową mechaniki płynów CFD (ang. Computa-tional Fluid Dynamics) jest jedną z najbardziej efektywnych metod określenia możliwości termicznych magazynów energetycznych ciepła i chłodu. Po lewej stronie symulacja numeryczna magazynu energii i rozkład temperatury tylko z przewodzeniem oraz przewodzenie z konwekcją. Efekt konwekcji oraz przepływu jednokierunkowego wody w gruncie powoduje nierównomierne rozciągnięcie pola tempe-ratur [11]

28


Rys. 4.9. Innowacyjne rozwiązanie łączące dwa typy rozwiązań sondę pionowej typy BTES z wyko-rzystaniem możliwości magazynowania energii z złożu z czynnikiem roboczym (glikolem) powstała sonda akumulacyjna geoKOAX jako alternatywa dla głębokich odwiertów. Wydajność testowa sondy przy przepływie czynnika roboczego na poziomie 0,5 l/s z wynosi około 100 W/m bieżący odwiertu [12]

Inną odmiana magazynu energii typu BTES jest magazyn oparty o żelbetowe pale ener-

getyczne będące trójfunkcyjnym elementem konstrukcji budynku. Prostota rozwiązania jak i możliwości energetyczne wykorzystania tego typu układów powodują iż pale energetyczne (ang. energy pile) idealnie wpisują się w zagadnienia zwiększające efektywność energetycz-ną systemów budowlanych. W Polsce tego typu systemy magazynowania energii w obec-nych rozwiązaniach są w ogóle nie stosowane [8].

Rys. 4.10. Przekrój magazynu energii typu BTES w odmianie konstrukcyjnej z zastosowaniem pala energetycznego montowanego w systemie posadowienia budynku [8]

29


W tym układzie, części U-rurki jest rozmieszczona wokół powierzchni odwiertu w miej-scu fundamentów betonowych – pali żelbetowych, jak pokazano na Rys. 18. Wymiennik gruntowy jest zwykle wykonane z polietylenu sieciowanego o wysokiej jakości. Rury poli-etylenowe gruntowego wymiennika ciepła są bardzo stabilne pod względem chemicznym, a także odporne na wysokie wahania temperatur. Średnice wymiennika w postaci U-rurki zawierają się w przedziale 3/4 lub 1 cala (27 lub 34 mm) średnicy roboczej wymiennika. Typowe średnice pala energetycznego żelbetowego zawierają się od 1500 do 4000 mm. Po-łączenie systemu grzewczo-chłodzącego z konstrukcja żelbetową otwiera nowe możliwo-ści projektowania tzw. fundamentów aktywnych przy zachowaniu podstawowego wymo-gu jakim jest fundamentowanie konstrukcji budowlanej. Wymienniki gruntowe w układzie U-rurki są instalowane do prętów zbrojeniowych. W tym konkretnym przypadku biurowca w Japonii wydajność otworu pala energetycznego waha się w granicach około 180W/m bieżą-cego konstrukcji. Przy głębokości 30 m wydajność magazynowa pala wynosi około 5,4 kW zgromadzonej energii. W tym konkretnym rozwiązaniu chłód zgromadzony w palach ener-getycznych w okresie letnim służy do chłodzenia przez system klimatyzacyjny budynku, zaś zimą przy pomocy pompy ciepła można odbierać ciepło niskotemperaturowe i efektywnie oddawać do pomieszczeń [8].

Rys. 4.11. Przekrój magazynu energii typu BTES w odmianie konstrukcyjnej z zastosowaniem pala energetycznego montowanego w systemie posadowienia budynku wraz z opomiarowaniem. Widoczne na zdjęciach powyżej czujniki temperatury i wilgotności w celu określenia leja temperaturowego pala energetycznego. Wszystkie czujniki są wyprowadzone na zewnątrz pala i podłączone do systemu mo-nitorowania [12]

30


Rys. 4.12. Różne typy konfiguracyjne pali energetycznych - pojedyncza , podwójna, potrójna-U rura [12]

W konstrukcjach pali energetycznych istnieją pewne ograniczenia dotyczące tempera-tury płynu roboczego krążącego w rurach. Podczas pracy latem, gdy ciepło jest pompowane do konstrukcji pala, temperatura czynnika roboczego musi być utrzymywana poniżej 40ºC (wymagania SIA, 2005) zaś w sezonie zimowym, gdy ciepło jest usuwane z pala jak również ochładza się warstwa grunt wokoło pala energetycznego, temperatura nie powinna spaść poniżej 0ºC (Brandl , 2006). Jednakże, najnowsze badania polowe pali energetycznych po-kazały, że spadek temperatury płynu roboczego poniżej 0ºC nie wpływa negatywnie na ota-czający grunt (Loveridge , 2012).

Rys. 4.13. Przykład zastosowania płyt fundamentowych, ścian szczelinowych , pali energetycznych oraz mikropali energetycznych tzw. termopali jako aktywnych magazynów ciepła i chłodu. Rozwiąza-nia tego typu stwarzając nowe możliwości konstruowania budynków a także zagospodarowania ciepła odpadowego jak i odzysku ciepła o niskiej entalpii – materiały firmy TITAN POLSKA [13]

31


Rys. 4.14. Mikropale geotermalne w zastosowaniu konstrukcyjnych. Tabela wydajności typowej po-dwójnej U-rurki, pala TITAN stal 460 oraz TITAN Aluminium wykonanych przy pomocy testu TRT (ang. Thermal Response Test) – materiały firmy TITAN POLSKA [13]

Na rysunku 4.15 przedstawiono wykres nierównomierności obciążenia magazynu ener-gii typu pale energetyczne.

Rys. 4.15. Wykres spadku temperatury przepływającego płynu roboczego w magazynie typu pale ener-getyczne w okresie 15 lat eksploatacji w dużej instalacji centralnego ogrzewania [12]

32


Na rysunku 4.16 przedstawiono wykres zbilansowanego ładowania magazynu energii typu pale energetyczne.

Rys. 4.16. Wykres pokazujący (pole zakreślone) wydzielony obszar będący w równowadze w procesie ładowania magazynów energii przy zastosowaniu pomp ciepła [12]

5. Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu ATESMagazyny typu ATES (ang. Aquifer Thermal Energy Storage) jest rozwiązaniem kon-

strukcyjnym wykorzystującym naturalne lub sztuczne warstwy wodonośne. Wykonanie tego typu zbiorników musi być poprzedzone szczegółowymi badaniami hydrogeologicznymi, które mają za zadanie wyeliminować zagrożenie w postaci zakłócenia przepływów w war-stwach wodonośnych. Systemy tego typu wykorzystują naturalne możliwości temperaturowe warstw wodonośnych i są czynnikiem podnoszących efektywność systemów grzewczych jak i chłodzących. Należy też wziąć pod uwagę skład chemicznych takich złóż, gdyż wysoka zawartość związku soli lub wysoki stopień zawartości żelaza w wodzie może doprowadzić w krótkim okresie czasu do uszkodzenia instalacji. W tym celu należy zastosować wymien-niki ciepła oraz rurociągi przesyłowe z materiałów kompozytowych lub ze stali nierdzewnej tytanowej lub molibdenowej [8].

33


Rys. 5.1. Magazynu energii typu ATES (ang. Aquifer Thermal Energy Storage) z układem połączeń między warstwami wodonośnymi

Rys. 5.2. Przykład budowy zbiornika typu ATES (Aquifer Thermal Energy Storage) na warstwie wodo-nośnej w Lotnisko Arlanda w Sztokholmie [12]

System magazynowania energii ciepła i chłodu typu ATES na lotnisku Arlanda koło Sztokholmu składa się z 11 studni, z przepływem wody na poziomie 720 m3/h. Pojem-ność cieplna wynosi około 10 MWh/rok (objętość 3 mln m3). Analiza projektowa pokazała oszczędności energii na poziomie 4 GWh/rok energii elektrycznej i 10 GWh/rok ciepła. Do-datkowo magazyn żwirowo-wodny lotniska w Arlandzie spowodował ograniczenie emisji SOx i NOx oraz CO2. Rozwiązanie tego typu również wykorzystywane jest do topienia warstwy śniegu i lodu na obszarze technicznym lotniska.

34


Rys. 5.3. Przekrój magazynu energii typu ATES z pokazanym rozwarstwieniem temperaturowym oraz systemem równoważenia sezonowych wahań temperatury SWECO na lotnisku Arlandzie [12].

Podsumowanie ekonomiczne magazynów energii typu ATES lotniska ARLANDA

Zaoszczędzona energia:- energia cieplna – 25 GWh/rok- energia chłodu – 5 GWh/rok- energia elektryczna - 4 GWh/rok

- koszt operacyjny < 1Euro /kWh- redukcja emisji CO2 – 7000 ton/rok- koszty inwestycji – 5 mln euro- okres zwrotu inwestycji – 5 lat !!!

Rys. 5.4. Przykład budowy zbiornika typu ATES (Aquifer Thermal Energy Storage) dwu stopniowy (chłodu i ciepła) na warstwach wodonośnych w Berlinie (Parlament) – Niemcy [12]

35


6. Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu CTESMagazyny typu CTES (ang. Cavity Thermal Energy Storage) jest rozwiązaniem kon-

strukcyjnym wykorzystującym istniejące podziemne wyrobiska. W ten sposób można za-gospodarować do celów grzewczych istniejące ale nie eksploatowane kawerny, w których z powodzeniem można przechowywać czynnik grzewczy dla istniejących systemów cie-płowniczych. Przystosowanie techniczne czyli uszczelnienie kawerny jest największym pro-blemem w tego typu systemach.

Rys. 6.1. Magazynu energii typu CTES (Cavity Thermal Energy Storage) z układem połączeń sta-nowiącymi naturalne korytarze, przez które doprowadzane jak i odprowadzane jest energia cieplna. Pojemność magazynu to około 105 000 m3 [8]

Rys. 6.2. Przykład budowy zbiornika typu CTES (Cavity Thermal Energy Storage) na warstwie wodo-nośnej w miejscowości Lyckebo projekt w Uppsala - Szwecja 1982 rok [8]

36


System magazynowania energii typu CTES (Rys. 6.2) przeznaczony jest do obsługi w energię ciepła około 550 budynków jednorodzinnych. Magazyn ten realizuje funkcje ogrzewania pomieszczeń oraz zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową, całość dodatkowo wspomagana jest energią z instalacji kolektorów słonecznych o powierzchni 4320 m2. Woda grzewcza transportowana jest do komór zbiornika magazynowego oraz eksploatowana przez system dwóch teleskopowych rurociągów, co zapewnia jej optymalny rozkład temperaturo-wy tzn. stratyfikację pola temperatury w poszczególnych warstwach roboczych na poziomie od 900C do 400C poczynając od warstwy górnej i przechodząc do warstwy dolnej.

37


II. STudIA PRZYPAdku ZASTOSOWANIE SYSTEMóW MAGAZYNOWANIA CIEPŁA I ChŁOdu

W budYNkACh

38


7. budynek z pionowymi magazynami energii cieplnej typu VTTES - kampus denki university Tokio Senju (Japonia)

Rys. 7.1. Budynek kampus Denki University Tokio Senju (Japonia) jako pierwszy na świecie układ ma-gazynowania energii z pionowo ustawionymi zbiornikami w budynku. Vertical Tank Thermal Energy Storage (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

Budowa i zastosowanie innowacyjnego systemu VTTES (ang. Vertical Tank Thermal

Energy Storage) przyczynia się do poprawy efektywności energetycznej budynków i obiek-tów i pozwala zrównoważyć obciążenia cieplne lub chłodnicze budynku.

Obciążenie energetyczne układu klimatyzacji w obiektach jest największe między go-dziną l3 a 17 po południu w okresie letnim, brak rozwiązań z magazynowanie energii po-woduje wzrost zapotrzebowania na moc elektryczną do urządzeń chłodniczych szczególnie jeżeli chłodzenie pozyskiwane jest z energii elektrycznej. Opracowanie skutecznej metody magazynowanie energii cieplnej (chłodu) dla wspomagania systemów klimatyzacji w tym konkretnym obiekcie pozwoli na ograniczenie szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną zasilających układy chłodzenia i wymiernie przełoży się na koszty eksploatacji.

Medium roboczym w układzie magazynów energii typu VTTES jest woda, ale można w tego typu zbiornikach akumulować lód lub materiały zmiennowofazowe typu PCM (ang. Phase Change Materials). Produkowanie czynnika o wskazanych parametrach temperaturo-wych odbywa się w okresie nocnym jak i w okresach gdzie budynek nie wykazuje nadmier-nego zapotrzebowania na ciepło i chłód. Przy dynamicznie zmieniających sie warunkach pogodowych szczególnie w okresie letnim jak i w okresach przejściowych, rozwiązanie ma-gazynu energii typu VTTES powoduje optymalne rozłożenie obciążenia termicznego budyn-ku i możliwość magazynowania nadwyżek.

39


Podziemny magazyn energii typu PTES Pionowy układ magazynów energii woda jako medium robocze

Rys. 7.2. Budynek kamapus Denki University Tokio Senju (Japonia) jako pierwszy na świecie układ magazynowania energii z pionowo ustawionymi zbiornikami typu VTTES (ang. Vertical Tank Thermal Energy Storage) w budynku w porównaniu z tradycyjnym układem PTES. (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

Możliwości technologii do magazynowania energii typu STESNajbardziej rozpowszechniony systemem magazynowania energii ciepła jak i chłodu

są różnego rodzaju konstrukcje zbiorników akumulacyjnych podziemnych lub naziemnych określanych jako STES (ang. seasonal thermal energy storage) czyli sezonowy zbiornik ma-gazynowania energii. Budowa STES wiąże się z pozyskaniem pod jego budowę terenu, wy-braniu ziemi po konstrukcję oraz wymaga likwidacji urobku, wywiezienia go z placu budowy co jest dodatkowym kosztem wykonania inwestycji. Z drugiej strony magazynowanie energii w postaci wolnostojących magazynów energii typu STES nie wpływa na proces budowy samego obiektu i są elementem niezależnej instalacji jak również mogą podlegać w okresie

40


eksploatacji rozbudowie. W celu zwiększenia zdolności akumulacyjnych systemu do ma-gazynowania energii cieplnej typu VTTES konstrukcje zbiorników muszą być wyższe, co z kolei wymaga większej powierzchni, i prowadzi do problemów z uzyskaniem odpowied-niej przestrzeni technicznej w budynku (zbiornik akumulacyjny nie może być wolnostojący). Wolnostojące zbiorniki akumulacyjne o płaskiej konstrukcji dna zintegrowane z budynkiem maja uzasadnienie budowania przy inwestycjach gdzie mamy dostępność terenu oraz możli-wości zagłębienia w gruncie. Z kolei w mocno zurbanizowanych terenach miejskich, gdzie jest problem z wygospodarowaniem dodatkowych przestrzeni na systemy akumulacji ener-gii, idealnym rozwiązaniem wydaje się system pionowych sezonowym magazynów ener-gii. Rozwiązanie tego typu łączy w sobie zalety systemu STES poprzez połączenie zbiorni-ków między sobą przez co uzyskujemy skumulowaną objętość roboczą i nie potrzebujemy przestrzeni na posadowienie zbiorników. Pierwsze tego typu rozwiązanie typu VTTES na świecie zastosowano w kampusie uniwersyteckim w Senju Tokyo Denki University.

Zalety związane z systemem pionowych zbiornikach magazynowania energii typu VTTES

System pionowych akumulatorów energii ciepła i chłodu typu VTTES niesie za sobą szereg zalet. Przede wszystkim podstawową zaletą jest skrócenie czasu budowy i praktycz-nie nie ograniczone możliwości wykorzystania VTTES. Od systemów do akumulacji ciepła i chłodu po wykorzystanie jako dodatkowe zbiorniki wodne w czasie pożarów. Prefabrykacja i przygotowanie zbiorników magazynu VTTES poza obszarem budowy dodatkowo wpływa na optymalizację samego procesu montażu.

Poszczególne fazy przy budowie tradycyjnych zbiorników do magazynowania energii typu STES

Wykonanie wykopu - Transport urobku - utylizacja nadmiaru gruntuRozwiązanie tego typu powoduje większe koszty środowiskowe oraz energetyczne

Rys. 7.3. Proces budowy tradycyjnych zbiorników do magazynowania energii typu VTTES [26]

41


korzyści wynikające ze stosowania technologii VTTESPierwszą zaletą zastosowania technologii pionowych magazynów energii jest :• zmniejszenie objętości wykopu → redukcji miejscu i czas budowy • redukcja usuwania nadmiaru gruntu → redukcja kosztów, i ochrona środowiska natu-

ralnego.Przy budowie magazynu energii typy VTTES następuje znaczna redukcja kosztów

związanych z pracami ziemnymi jak i usunięciem zbędnego urobku. Również koszty degra-dacji środowiska naturalnego są ograniczone do zera. Kolejnym kosztem są prace związane wykonaniem hydroizolacji oraz izolacji termicznej zbiorników co w rzeczywistości stanowi znaczące koszty inwestycyjne.

Produkcja zbiorników w fabryce dostawa i montaż na placu budowy

Rys. 7.4. Proces produkcji zbiorników pionowego magazynu energii wraz z transportem na plac budo-wy i montażem [26]

drugą zaletą zastosowania technologii pionowych magazynów energii :• Wysoka jakość zbiorników akumulacyjnych → Prefabrykacja poza terenem budowy • Ograniczenie czasu budowy i montażu → Optymalizacja kosztów procesu produkcji Pionowe zbiorniki typu VTTES, są produkowane bezpośrednio w fabryce co powoduje,

iż proces ich produkcji nie wpływa bezpośrednio na harmonogram budowy obiektu. Kom-pletny zbiornik z nałożoną warstwą izolacji zewnętrznej jak i wewnętrznej jest następnie przewieziony na plac budowy, gdzie następuje faza montażu w gotowych przestrzeniach technologicznych budynku - szachtach. Systemowe podejście do produkcji jaki montażu skraca bezpośrednio koszty pracy i tym samym redukuje czas montażu.

42


Rys. 7.5. Schemat porównawczy dwóch rozwiązań technicznych do magazynowania energii. Po prawej stronie system centralny z układem pomp obiegowych obsługujących cały system zadawania ciepła i chłodu typu TTES lub PTES. Po lewej stronie układ zdecentralizowany oparty o pionowe zbiorniki do magazynowania energii typu VTTES [26]

Trzecią zaletą zastosowania technologii pionowych magazynów energii : • Układ rozproszone z małymi pompami obiegowymi → Redukcja mocy elektrycz-

nej Istotnym elementem a zarazem kolejna zaletą magazynów energii typu VTTES jest decentralizacja układu zasilania dystrybucji czynnika roboczego. W układzie typy VTTES redystrybucja czynnika odbywa się przez zastosowanie pojedynczych pompy obiegowych zamontowanych do każdego elementu instalacji. Pionowe usy-tuowanie zbiorników pozwala również wykorzystać ciśnienie hydrostatyczne pa-nujące w układzie jako dodatkowy element wspomagający dystrybucje czynnika. Z kolei przy systemie STES ze zbiornikami umieszczonymi pod budynkiem mu-simy zaprojektować instalację i dobrać pompy obiegowe o takiej mocy aby poko-nała opory przepływu instalacji i przepompowały czynnik roboczy na poszczegól-ne kondygnacje. Centralny układ pomp obiegowych w układzie magazynów typu STES lub TTES przy awarii systemu powoduje wyłączenie obiektu z prawidłowego eksploatacji.

43


Rys. 7.6. Schemat budynku z pionowymi zbiornikami do magazynowania energii (lewa strona) oraz budynek z układem zasilania w media ciepła i chłód (prawa strona) [26]

Czwartą zaletą zastosowania technologii pionowych magazynów energii : • Zaopatrzenie budynku w wodę bytową do celów sanitarnych z wykorzystaniem

wody opadowej → wykorzystanie wody opadowej do celów sanitarnych np: spłu-kiwania toalet lub celów technologicznych → Używanie wody jako medium w in-stalacji przeciwpożarowej.

W okresie katastrof lub pożarów na dużą skalę, awarii energetyczne czy uszkodzenia sieci wodociągowych gdzie mogą wystąpić problemy z ciągłością dostawa wody do budyn-ku. Zbiorniki pionowe systemu VTTES pozwalają wykorzystać zgromadzoną wodę do spłu-kiwania toalet oraz jako źródło wody do celów technologicznych np: instalacja gaszenia pożaru. Rozwiązanie jest o tyle korzystne że w momencie braku zasilania elektrycznego do pomp obiegowych, wysokość słupa wody (ciśnienie hydrostatyczny) może być wykorzysta-ne jako „pompa grawitacyjna,, i wykorzystywana do celów technologicznych.

44


Rys. 7.7. Analiza numeryczna rozkładu temperatury w czasie CFD (ang. Computational Fluid Dyna-mics) w zbiornikach do magazynowania energii typu VTTES [26]

Piątą zaletą zastosowania technologii pionowych magazynów energii : Kształt pojedynczego elementu w postaci pionowego cylindrycznego zbiornika pozwa-

la optymalnie kształtować rozwarstwienie temperaturowe medium roboczego (wody) bez obawy powstawania tzw. martwych stref temperaturowych. Cała objętość robocza jest opty-malnie wykorzystywana. Przeprowadzone analizy CFD (ang. Computational Fluid Dyna-mics) pokazuje zmianę rozkładu temperatury w zbiorniku przy parametrach zasilania wodą o temperaturze 80C przy powolnym podwyższaniu do temperatury 150 C. Uwarstwienie jest równomierne i nie wprowadza zakłóceń termicznych. Specjalnie ukształtowany prostownik w górnej części zbiornika ukierunkowuje równomiernie strumień ciepła co umożliwia two-rzenie się kontrolowanego uwarstwienia.

Poszczególne fazy budowy i montażu pionowych zbiorników do magazynowania energii:

Pojedynczy pionowe zbiorniki VTTES zainstalowane w Denki Uniwersytetu w Tokio zostały wykonane w fabryce a następnie jako gotowe elementy przetransportowane na plac budowy.

45


Rys. 7.8. Widok stalowego zbiornika systemu VTTES do magazynowania energii bez izolacji. Widocz-ne króćce przyłączeniowe oraz systemy montażowe (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

Rys. 7.9. Wykonanie pokrycia epoksydowego na zewnętrznej stalowej powłoce zbiornika, w celu za-bezpieczenia antykorozyjnego. (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

46


Rys. 7.10. Wykonanie pokrycia epoksydowego na wewnętrznej stalowej powłoce zbiornika, w celu zabezpieczenia antykorozyjnego. (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

Rys. 7.11. Wykonanie pokrycia izolacyjnego powłoki zewnętrznej zbiornika stalowego. Izolacja zbior-nika jest najistotniejszym elementem pozwalającym optymalnie ograniczyć straty energii przez ściany magazynu. (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

47


Rys. 7.12. W kolejnym etapie zbiornik magazynu energii jest pokrywany płaszczem zewnętrznym z blachy stalowej zabezpieczonej antykorozyjne. Zabezpieczenie stalowym płaszczem zewnętrznym i uszczelnienie króćców zewnętrznych ma zabezpieczyć izolację zbiornika. (Fot: Archi zdjęcie Toshi-haru Kitajima) [26]

Rys. 7.13 Faza załadunku i transport na plac budowy. (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

48


Rys. 7.14. Proces montażu pionowego magazynu energii typu VTTES w budynku. Faza montażu poje-dynczego elementu w szachcie technicznym. (Fot:Toshiharu Kitajima) [26]

budynek z pionowymi magazynami energii cieplnej - instalacja układu Zbiorniki systemu VTTES są umieszczone w układzie pionowym połączone między sobą

odcinkami rur co pozwala równomiernie rozłożyć obciążenie energetycznego w układzie.

Etykieta informacyjna układumagazynowania energii w budynku

Rys. 7.15. Umiejscowienie zbiornika w szachcie technicznych w centralnych punkcie budynku pozwa-la zoptymalizować drogi rozdziału ciepła i chłodu. Rozmieszczenie magazynów energii typu VTTES ma również istotny wpływ na pracę całego systemu. (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

49


Rys. 7.16. Etykieta informacyjna układu magazynowania energii przedstawia schemat połączeń 5 zbiorników o łącznej pojemności 218,1 m3. Pokazowy system do magazynowania energii ma pro-mować tego typu rozwiązania w budownictwie mieszkalnym, biurowym, przemysłowym w Japonii (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

Rys. 7.17. Zbiorniki pionowe VTTES zainstalowany w szachcie technicznym budynku (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

50


Rys. 1.18. Widok z dołu konstrukcja wsporcza systemu zbiorników VTTES. (Fot: Toshiharu Kitajima) [26]

8. System magazynowania energii ciepła z układem pompy ciepła zasilany energią słoneczną - projekt EINSTEIN - Szpital w ZąbkachProjekt EINSTEIN został wygenerowany w celu sprawdzenia możliwości magazyno-

wania energii ciepła w warunkach Polskich. Technologie zaprojektowane i wykorzystywane w projekcie pozwalają magazynować energię cieplną pozyskiwaną ze źródeł odnawialnych i przetwarzać ją z wysoką wydajnością przy pomocy pompy ciepła do celów grzewczych.

Sezonowy magazyn ciepła (ang. STTES – Seasonal Tank Thermal Energy Storage) zo-stał wybudowany w Ząbkach, jako innowacyjne rozwiązanie, zrealizowane w ramach współ-finansowanego przez Komisję Europejską projektu EINSTEIN (numer grantu z Siódmego Programu Ramowego Komisji Europejskiej „umowa nr 284932”). Medium magazynującym energię ciepła jest woda zgromadzona w zbiorniku stalowym izolowanym o pojemności ro-boczej 800 m3. Za jej podgrzewanie odpowiedzialna jest instalacja kolektorów słonecznych o łącznej powierzchni roboczej 150 m2 (65 kolektorów płaskich). Tym co odróżnia sezono-wy magazyn ciepła w Ząbkach od tego typu magazynów ciepła pilotażowych funkcjonują-cych w Europie jest jego połączenie ze sprężarkową pompą ciepła (Rys. 8.1). Zastosowanie innowacyjnego rozwiązania w postaci sprężarkowej elektrycznej pompy ciepła jednoczyn-nikowej umożliwiło podniesienie efektywności energetycznej całego układu. Z uwagi na wykorzystanie odnawialnych źródeł energii (płaskie kolektory słoneczne + pompa ciepła) i zbiornik magazynujący energię STTES system grzewczy w szpitalu charakteryzuje się bar-dzo niskim nakładem energii pierwotnej do zasilania systemu pompy ciepła i systemu pomp obiegowych systemu solarnego.

W długoterminowym sezonowym magazynowaniu ciepła, tkwi duży potencjał energe-tyczny jaki egzergetyczny pod względem przekształcania wysokotemperaturowej energii na średnio i niskotemperaturową. Wiele istniejących obiektów zabytkowych jak i nie podlega-

51


jących ochronnie konserwatorskiej mogło by uzyskać statut budynków nisko energetycznych (duży stopień redukcja energii pierwotnej do zasilania budynków). W omawianym systemie grzewczym szpitala zastosowano prototypową układ pompy ciepła wyprodukowaną przez polskiego producenta pomp ciepła zgodnie z projektem opracowanym przez University of Ulster. Pompa ciepła o mocy grzewczej Qgrzew. = 120 kW (moc chłodnicza Qchł = 90 kW) została złożona z dostępnych na rynku podzespołów.

Rys. 8.1. Schemat instalacji pompy ciepła z magazynem energii typu STTES w Ząbkach [27]

52


Głównym powodem wybranej technologii była konieczność dostosowania parametrów pracy do istniejącej wysokotemperaturowej instalacji odbiorczej w szpitalu, gdyż nie było możliwości jej modernizacji. W instalacji z pompą ciepła nie można było zastosować żad-nego ze stosowanych powszechnie czynników chłodniczych, ze względu na stosunkowo wysoką temperaturę dolnego źródła (Magazyn energii typu STTES). Zastosowano czynnik chłodniczy R245fa, którego właściwości powodują, że temperatura wody w zbiorniku musi osiągać co najmniej 35°C.

Zgromadzona woda w zbiorniku STTES podgrzewana jest przez instalację kolektorów słonecznych i tłoczona jest ze zbiornika do pompy ciepła, która z dolnego źródła o tempera-turze 35-55ºC, przekazuje wodę o temperaturze zasilania 70-80°C. Taki rozkład temperatur powoduje że pompa ciepła może pracować z sezonowym współczynnikiem efektywności SCOP na poziomie zbliżonym do wartości 5. Oznacza to że dostarczając jedną jednostkę energii elektrycznej do napędu sprężarki otrzymujemy 5 jednostek ciepła do instalacji. Je-śli temperatura zładu wody w STTES przekroczy 55°C, woda kierowana jest bezpośrednio do węzła ciepła w szpitalu w celu bezpośredniego wykorzystania. W zakresie temperatur 30°-55°C pracuje pompa ciepła. Dalsze obniżenie temperatury wody powoduje wyłączenie systemu, wówczas automatycznie załącza się kocioł gazowy. Szacuje się, że STTES w połą-czeniu z pompą ciepła może pokryć nawet 60% zapotrzebowania obiektu na cele grzewcze. Zastosowane połączenie powoduje, że aż 80% ciepła wyprodukowanego przez pompę ciepła pochodzi z OZE. W skali roku z odnawialnych źródeł energii pochodzi aż 50% ciepła wy-korzystywanego w budynku szpitala. Parametry zbiornika STTES wraz z izolacją wynosi 14 m, a wysokość 8 m. Grubość izolacji to około 700 mm płaszcza z wełny mineralnej. Dno zbiornika oddzielone jest od gruntu warstwą szkła piankowego, eliminującego straty ciepła do gruntu. Głównym i jedynym układem pozyskiwania czystej energii jest układ płaskich kolektorów słonecznych o łącznej powierzchni ponad 150 m², energia cieplna pozyskiwana jest z natury, w sposób bezemisyjny. Zbiornik jest w stanie zgromadzić w przeciągu okresu wiosenno-letniego około 167,6 GJ (46 559,28 kWh) energii. Dla porównania czteroosobowe gospodarstwo domowe w Polsce zużywa rocznie od 10 GJ (2778 kWh) do 30 GJ (8334 kWh) energii na cele c.o. i c.w.u. i jest to w dużej mierze uzależnione od wielu czynników technicz-nych budynków. W sumie system magazynowania energii STTES jest w stanie zgromadzić energię potrzebną do całorocznego zapotrzebowania energetycznego dla 16 lub 6 czterooso-bowych gospodarstw domowych.

Cała instalacja wyposażona jest w rozbudowany system monitoringu, który pozwoli na pełną i wnikliwą analizę sprawności energetycznej instalacji.

53


Rys. 8.2. Widok z dołu systemu zbiorników [27]

Rys. 8.3. System sterujący innowacyjną instalacją ogrzewania wykorzystującą energię słoneczną [30]

54


Rys. 8.4. Wnętrze zbiornika magazynu energii typu TTES (ang. Tank Thermal Energy Storage) wi-doczne rury zasilające zbiornik oraz rury dobierające ciepło. Całość wyłożona uszczelniona specjalną powłoką wodoodporną [27]

55


Rys. 8.5. Schemat ideowy układu wraz z widocznymi temperaturami w poszczególnych punktach sys-temu [30]

56


Rys. 8.6. Schemat podziału energii w układzie magazynowania energii w Szpitalu w Ząbkach [27]

57


Rys. 8.7. Widok płaskiego kolektora słonecznego w układzie zasilania zbiornika magazynu energii [28]

Rys. 8.8. Widok stacji rozdziału ciepła między kolektorami słonecznymi a magazynem energii [28]

58


Rys. 8.9. Widok stacji rozdziału wnętrze wraz z wymiennikami ciepła [28]

Rys. 8.10. Pompa ciepła o mocy 120 kW - widok sprężarki semihermetycznej firmy Copeland [28]

59


Rys. 8.11. Widok sprężarki wraz z parownikiem pompy ciepła w systemie rozłożonym bez obudowy co pozwala na montaż czujników w różnych miejscach systemu [28]

Rys. 8.12. Widok orurowania w izolacji wraz z pompami obiegowymi i systemem czujników do po-miaru parametrów systemu [28]

60


Rys. 8.13. Widok wymiennika ciepła w izolacji termicznej [28]

Rys. 8.15. Rzeczywiste wartości temperatury zmierzone w zbiorniku magazynu energii STTES (punk-ty) w stosunku do symulacji obliczeniowej (linia ciągła) - podczas procesu ładowania [29]

61


Rys. 8.16. Rzeczywiste wartości temperatury zmierzone w zbiorniku magazynu energii STTES (punk-ty) w stosunku do symulacji obliczeniowej (linia ciągła) - podczas procesu rozładowania [29]

Rys. 8.17. Wyniki z pomiarów dokonanych w instalacji magazynu STTES i kolektorów słonecznych. Widoczna zwiększona produkcja energii solarnej (słupki niebieskie) , zaś starty do otoczenia (czarne słupki) pokazują skuteczność izolacji magazynu energii [29]

62


Rys. 2.18. Wyniki z pomiarów dokonanych w instalacji magazynu STTES i kolektorów słonecznych. Widoczna zwiększona produkcja energii solarnej (słupki niebieskie), zaś starty do otoczenia (czarne słupki) pokazują skuteczność izolacji magazynu energii [29]

Wyniki symulacji pokazuję niewielkie odchylenia od rzeczywistych warunków pracy magazynu energii.

Rys. 8.19. Zestawienie możliwości energetycznych magazynu energii w Ząbkach w okresie od 7.04.2015 roku do 5.11.2015 roku [29]

W rozpatrywanym sezonie pracy magazynu STTES stary ciepła do otoczenia oraz starty ciepła w obiegu wodnym wynosiły około 51% w stosunku do energii uzyskanej z kolektorów słonecznych przez wymiennik pośredni. W trakcie sezonu grzewczego udział energii pocho-dzącej z magazynu ciepła typy STTES na potrzeby ogrzewania wyniósł 89%. Średnioroczne zużycie gazu w ogrzewanym budynku wynosiło 585 GJ (162 513 kWh) energii w paliwie pierwotnym.

63


Innowacyjne rozwiązania w postaci magazynów energii typu STTES zbudowane w Szpitalu z Ząbkach pokazują kierunek rozwoju nowoczesnych systemów grzewczych i zwiększają potencjał energetyczny układów OZE. Stosowanie tego typu rozwiązań powin-no zostać upowszechnione przez wprowadzenie odpowiednich przepisów z zakresu prawa budowlanego jak i norm wykonawczych instalacyjnych, które wręcz promują długotermino-we magazynowanie energii do celów grzewczych jak i chłodniczych. W bilansie energetycz-nych rozwiązania magazynów energii powodują znaczące oszczędności w zużyciu energii pierwotnej oraz redukcji emisji CO2.

9. Osiedle budynków jednorodzinnych w kanadzie Okotoks w drake Landing Solar

W 2005 rok w Kanadzie wybudowano scentralizowaną instalację solarną na 52 budyn-kach jednorodzinnych z wykorzystaniem montowanych na dachach garażów płaskich kolek-torów słonecznych z jednoczesnym magazynowaniem energii termicznej w systemie BTES (ang. Borehole Thermal Energy Storage). Układ tego typu pozwolił zmniejszyć zapotrzebo-wanie na cele ogrzewania i ciepłej wody użytkowej na poziomie 90%.

64


Rys. 9.1. Uproszczony schemat ideowy systemu odwiertu do magazynowania energii cieplnej w czasie (a) przechowywania latem ciepła energii słonecznej (proces ładowanie) i (b) ekstrakcja ciepła zimą (proces rozładowanie) [32]

65


dane techniczne odwiertu bTES:

- średnica odwiertu: 144 - 150mm,

- głębokość: 35m,

- rozstaw między odwiertami: 2,25m od środka,

- średnica rury pionowej: 25mm PEX U-rurki,

- średnica rury zasilającej: 40mm PEX - układane poziomo,

- parametry zaczynu wypełnienie techniczne otworu: - 9% Blast Furnace Cement, 9%

cementu portlandzkiego, 32% piasku drobna krzemionka, 50% wody

- podział : 24 odcinki, 6 odwiertów połączonych szeregowo,

- Podzielony na cztery obwody i dystrybuowane za pośrednictwem czterech ćwiartek tak,

że utrata pojedynczego odcinka lub obwodu ma minimalny wpływ na pojemność ciepl-

ną i cały system,

- Wszystkie obwody i odcinki rozpoczynają się od środka BTES i przesuwają się w kie-

runku zewnętrznym, aby zmaksymalizować stratyfikacji temperatury,

Zaprojektowany i wykonany układ odwiertów pionowych do przechowywania ener-gii cieplnej typu BTES oparty jest o podziemna konstrukcję do przechowywania dużych ilości ciepła słonecznego gromadzonego w okresie letnim oraz w okresach przejściowych a wykorzystywanych w okresie zimowym. Magazyn energii typu BTES składa się z szeregu otworów przypominających standardowe wierci odwiertów dolnego źródła do pomp cie-pła. Różnica polega na rozmieszczeniu ich w takiej odległości od siebie aby tworzyły zwartą siatkę gruntowego wymiennika ciepła który gromadzi energię słoneczną w dłuższym okre-sie czasu, wykorzystując dużą bezwładność gruntu. Po wykonaniu odwiertu, wprowadza się rury z tworzywa sztucznego zakończonego kolankiem w kształcie litery „U” na dole. W celu zapewnienia optymalnego współczynnika przewodzenia ciepła między rurą a gruntem nale-ży wypełnić otwór szczelnie materiałem o wysokiej przewodności cieplnej - np: bentonitem.

66


Schemat magazynu energii typ bTES (ang. borehole Thermal Energy Storage):Hot water : woda zasilająca Cool water: woda powrotna

Rys. 9.2. Schemat magazynu energii typu BTES w Okotoks w Drake Landing Solar [31]

Zewnętrzna warstwa magazynu energii jest izolowana warstwą izolacji termicznej prze-ciwwodnej oraz izolacja z warstwy polietylenu (membrana), która ma za zadanie nie prze-puszczać wody, migrującej w gruncie. Przepływ wody w gruncie przy tego typu magazynach energii jest zjawiskiem niekorzystnym gdyż przepływająca woda w strukturze gruntu obniża potencjał energetyczny i następuje ,,rozmywanie,, efektu magazynowania energii ciepła jak i chłodu. Głębokość warstwy izolacji w gruncie uzależniona jest od wielu czynników ze-wnętrznych. Generalnie przyjmuje się optymalnie głębokość około 5 m p.p.t. w celu wyeli-minowania efektu strefy przemarzania oraz wpływu wód powierzchniowych (wody opadowe i wody przypowierzchniowe) na pracę magazynu energii. Całe obszar roboczy przykrycia BTES jest zabezpieczony warstwą izolacji termicznej i przeciwwodnej w celu maksymalne-go ograniczenia start do górnej warstwy gruntu. Co pokazana na przekroju sondy pionowej poniżej.

67


Rys. 3.3. Widok pola roboczego magazynu energii typu BTES - wrzesień 2005 roku. Wiertnice w układzie roboczym z postawionymi kolumnami dokonują odwiertów. Na dalszym planie widoczne wyprowadzenia odwiertów i przygotowanie do próby szczelności przed podłączeniem całego układu [31]

Rys. 3.4. Widok pola roboczego magazynu energii typu BTES - październik 2005 roku. Widoczny rozstaw poszczególnych odwiertów oraz obszar roboczy całego magazynu energii [31]

68


Rys. 3.5. Schemat rozprowadzenia systemu dystrybucji ciepła rurami preizolowanymi do poszczegól-nych budynków [31]

69


Rys. 3.6. Przekrój sondy pionowej na głębokości 35 m. Widoczna izolacja XPS (polistyren ekstru-dowany) grubości 200 mm w celu ograniczenia start ciepła do gruntu. Przewody zasilania i powrotu magazynu energii typu BTES powinny być ułożone 20% głębiej niż wymagania dotyczące stref prze-marzania dla warunków polskich [31]

70


Rys. 3.7. a) Obraz symulowanego obszarze otworu roboczego pokazano rozmieszczenie czujników temperatury i rurociągów w modelu roboczym; (b) Przekrój pionowy i pokazanie rozmieszczenie czuj-ników temperatury wzdłuż jednej z szeregu przewodów z U-rurką [32]

Rys. 3.8. a) Model numeryczny magazynu energii typu BTES w Drake Landing wymiary, temperatury graniczne (T), ciśnienie hydrostatyczne (P) ; (b) rozmieszczenie i wymiary pionowego gruntowego wymiennika ciepła wraz z temperatury w obrębie symulowanego obszaru. Żółte i niebieskie linie wska-zują przekroje dla których są widoczne wyniki [32]

71


Rys. 3.9. Wykres obrazujący proces zasilania magazynu energii czynnikiem o temperaturze od 400 C do 800 C . Temperatura powrotu waha się na poziomie od 300 do 400 C [32]

Rys. 3.10. Symulowany rozkład temperatury na głębokości 17,5 m (u góry) i przekroju poprzecznym 6,5 m znajduje się z centrum systemu (niższa). Wyniki przedstawiono na końcach ładowania (a, b, e, f, i, j) i rozładowania (c, d, g, h, k i l) . Okres symulacji obejmuje okres września 2007 do marca 2013 roku [32]

72


Rys. 3.11. Porównanie symulowanych i dziennych średnich zmierzonych profili temperaturowych w kluczowych lokalizacjach w tym uśrednionej (a) centrum i (b) zewnętrznych otworów (c, d) czujni-ków bocznych w pobliżu powierzchni, i (e, f) czujniki głębokości blisko centrum magazynu. Lokaliza-cje czujniki temperatury są pokazane w postaci żółtych okręgów, czerwone ,,kółka” wskazują odwierty w centrum magazynu i niebieskie ,,kółka” oznaczają otwory zewnętrzne [3B].

Czułość magazynu energii typu BTES czyli skuteczności wymiany ciepła uzależniona jest od parametrów cieplnych i hydrologicznych gruntu badano za pomocą uproszczonego modelu wydajności obliczeniowej. Uproszczony model zawierał dwa odwierty i corocznie powtarzający się schemat ładowania i rozładowania systemu akumulacji energii. Tempera-tura gruntu została ustawiona na 15°C. Wszystkie pozostałe parametry zostały zaczerpnięte z danych gruntu DLSC (ang. Drake Landing Solar Community). Dwa otwory gruntowe-go pionowego wymiennika ciepła symulowano w płaszczyźnie symetrii obok środkowego otworu. Zakres obszaru pomiarowego obejmował wymiary 100 m długości i 50 m szerokości

73


i głębokości 50 m. Każda rura wymiennika U-rurka była posadowiona na głębokości 30 m, z odległością między odwiertami 5 m. Symulowana obszar roboczy był dyskretyzowane na 38 różnych sieci przestrzennych w kierunku x, 43 w kierunku Y, i 41 w kierunku z. Dyskrety-zacji obszaru i narzucone warunki brzegowe są pokazane na rysunku 3.12.a. Umiejscowienie przewodów gruntowego wymiennika ciepła w stosunku do obszaru badanego są przedsta-wione na rysunku 3.12.b.

Rys. 3.12. Zmniejsz wymiary modelu i temperatury granicznej (T) i ciśnienie hydrostatyczne (P) wa-runków; (b) rozmieszczenie i wymiary rur i temperatury w obrębie domeny modelu [3B].

Pełna zdolność akumulacji energii magazynu typu BTES w Albercie waha się na pozio-mie 3 lat. W pierwszych latach eksploatacji, zakres pracy przy względnie niskich temperatu-rach i odzysku energii będzie w dużym stopniu warunkowany rozładowywaniem przed koń-cem sezonu grzewczego. Jednak po kilku latach eksploatacji, temperatura rdzenia magazynu energii będzie wynosiła około 80°C pod koniec okresu letniego. Ilość zmagazynowanej ener-gii jest wystarczającą ilością ciepła, którą można wykorzystać przez cały sezon grzewczy.

Stacja zarządzania energią - SZE W stacji zarządzania energią (SZE) znajduje się układ wymiennikowi oraz układ dwóch

zbiorników do krótkoterminowego magazynowania energii o łącznej pojemności 125 000 litrów.

74


Rys. 9.16. Stacja zarządzania energią - układ pośredni w przekazywaniu energii zgromadzonej w głów-nym magazynie energii typu BTES [31]

Budynku Stacji Zarządzania Energią dla DLSC (ang. Drake Landing Solar Community) jest sercem systemu ciepłowniczego. W skład systemu wchodzą krótkoterminowy zbiorniki do magazynowania ciepła urządzenia pomiarowe, pompy obiegowe, wymienniki ciepła itp. Budynek SZE jest optymalnym rozwiązaniem do stratyfikacji temperaturowej poprzez roz-dział ciepła przez dwa izolowane krótkoterminowe magazyny energii.

75


dane techniczne zbiorników krótkoterminowego magazynowania energii:

• dwa stalowe zbiorniki izolowane o pojemności - 120 m3,

• zabezpieczone powłoką epoksydową wytrzymującą do 100 °C temp. wody,

• Konstrukcja zbiornika posiada przegrody poziome w celu lepszego rozwarstwienie

i przepływu przez górne i dolne komory.

• Nośnikiem energii jest woda.

Rys. 3.17. Sieć ciepłownicza rozprowadza czynnik grzewczy do każdego budynku. Rury są w systemie rur preizolowanych z tworzyw sztucznych [31]

Temperatura wody w obiegu zdalaczynnym w rurach preizolowanych kształtuje się na poziomie 45°-55°C. Efektywność energetyczna budynków będzie uzależniona od rozkładu temperatury w ciągu roku, który z kolei będzie się wahał w zależności od temperatury po-wietrza zewnętrznego jak i regulacji przepływu, który wynika z indywidualnych zachowań użytkowników osiedla. Obniżenie temperatura zasilania zmniejsza straty z systemie rozpro-wadzenia ciepła i lepiej wpływa na współpracę z wysokotemperaturowym źródłem energii słonecznej jakim są kolektory słoneczne. Utrzymanie odpowiedniej temperatury pracy sys-temu na jak najniższym poziomie powoduje, że system kolektorów słonecznych jest wstanie działać bardziej efektywnie, zwiększając tym samym wolumen energii możliwej do zmaga-

76


zynowania i wykorzystania w perspektywie wielomiesięcznej. Niższa temperatura czynni-ka zasilającego w sieci ciepłowniczej to możliwość efektywniejszego zarządzania energia w budynkach. Każdy z budynków został wyposażony w specjalny układ wentylacyjno grzewczy z układem rekuperacji.

dane techniczne płaskich kolektorów słonecznych

• ilość - 800 szt,

• wymiary kolektora słonecznego: 2.45 m x 1.18m,

• medium robocze : roztwór wodny 50% udziałem glikolu propylenowego,

• montaż w czterech rzędach na budynkach garaży,

• położenie azymut - południe;

• kąt nachylenia połaci dachowej - 45 °,

System kolektorów słonecznych płaskich rozmieszczony na budynkach garaży produkuje energię cieplną i dostarcza ją przez układ sieciowy do stacji zarządzania energią SZE a na-stępnie przez wymienniki do magazynu energii typu BTES. Układ składa się z 800 szt. paneli słonecznych zorganizowanych w czterech rzędach zamontowanych na garażach . Zabezpiecze-niem przeciw zamarzaniu jest mieszanina robocza wody i nietoksycznego glikolu w proporcji 50% / 50% Natomiast natężenie przepływu w kolektorach słonecznych jest stała, zaś prędkość przepływu po stronie wodnej do wymiennika ciepła jest regulowana automatycznie.

Rys. 3.18. Budowa kolektora słonecznego płaskiego zamontowanego w systemie zdawania ciepła na budynkach garaży [31]

77


Rys. 3.19. Widok kolektorów słonecznych zamontowanych na dachach garaży. Rozwiązanie tego typu pokazuje optymalne wykorzystanie powierzchni dachowych do rozmieszczenie urządzeń produkują-cych czystą energię [31]

78


Rys. 3.20. Widok urządzenia grzewczo-wentylacyjnego z układem rekuperacji. Widoczny po prawej stronie wymiennik krzyżowy wewnątrz urządzenia [31]

Rys. 3.21. Schemat instalacji z jednostka centralną i rekuperatorem. Widoczny przepływ i parametry czynnika grzewczego dostarczanego z sieci oraz układ odzysku ciepła z powietrza wentylacyjnego [31]

79


Zespół wentylacyjno-grzewczy zasilany jest sieci centralnej Drake Landing Solar Com-munity (DLSC). Hybrydowe urządzenia grzewczo-wentylacyjne z systemem odzysku ener-gii z powietrza wentylacyjnego z powodzeniem są w stanie zastąpić tradycyjne piece opalane paliwem konwencjonalnym. Urządzenie w DLSC zostało specjalnie zaprojektowane do sto-sowania przy ogrzewaniu niskotemperaturowym. W skład urządzenia wchodzi wymiennik ciepła się o dużej powierzchni wymiany, ze zintegrowanym wentylator (HRV) o wysokiej wydajność i płynnej regulacji prędkości obrotowej silnika. Parametry sieci zasilającej są na poziomie 550C zaś powrót to 320C. Wykorzystanie ciepła z powietrza wentylacyjnego do-datkowo zwiększa efektywność energetyczna układu i obniża koszty eksploatacji systemu w poszczególnych budynkach.

Rys. 3.22. Symulacja możliwości uzyskania frakcji słonecznej w okresie 50 lat. Frakcja słoneczna to stosunek ilości energii wejściowej uzyskanej przez system słoneczny do całkowitej energii wejściowej wymagane dla określonego zastosowania [31]

80


Rys. 3.23. Symulacja kluczowych parametrów systemu przez okres 50 lat w stosunku możliwości uzy-skania optymalnych parametrów energetycznych [3A]

PodsumowanieRozwiązanie systemu magazynowania energii w Kanadzie w Okotoks w (ang. Drake

Landing Solar Community) jest bardzo prostym a zarazem wysokoefektywnym rozwiąza-niem wykorzystania układów OZE do zaspokojenia potrzeb bytowych małych i średnich osiedli mieszkalnych w ciepło. Racjonalne wykorzystanie przestrzeni jak i dachów bu-dynków pozwoliło wykorzystać technologię kolektorów słonecznych do produkcji ciepła a w połączeniu z magazynem energii typu BTES dało możliwość racjonalnego zagospo-darowania nadwyżek ciepła i wykorzystania w okresie zimowym. W Polskich warunkach klimatycznych tego typu rozwiązania bardzo dobrze sprawdzałby w połączeniu z pompami ciepła i ogniwami PV w systemie on-grid z magazynem energii elektrycznej tworząc tzw. ,,wyspy energetyczne” produkujące energię na własne potrzeby np.: osiedla lub poszczegól-nych budynkach.

81


10. Pilotażowa instalacja gruntowego pionowego wymiennika ciepła typu glikol-woda na Wydziale Inżynierii Mechanicznej uTP w bydgoszczyCelem działań było wykonanie opomiarowania gruntowego pionowego wymiennika

ciepła jako dolnego źródła układu pompy ciepła w układzie (glikol - woda) w celu badań możliwości termicznego wykorzystania gruntu do celów magazynowania energii oraz jej wykorzystania i porównanie z numerycznymi metodami obliczeniowymi.

Rozmieszczenie czujników - widok ogólny Zdjęcie sondy pionowej przekrój rury gruntowego pionowego wymiennika ciepła: Turbo® 40x3,0 PN12,5 2x100m 9kg PN12,5 PE100 SdR13,6

82


83


dane czujnika kAb-dS18b20-IP65

Termometr Cyfrowy DS18B20, 1-Wire, Zasilanie 3V-5.5V, kabel 1m, wodoodporny. Sygnały: VCC (czerwony), GND(czarny), DATA (żółty). Czujnik ma tylko 3 wyprowadze-nia. Znaczenie nóżek:

• GND - masa zasilania• DQ - sygnał do komunikacji z kontrolerem (wyjście typu otwarty dren)• VDD - zasilanie od 3 do 5,5 V

Schemat podłączenia dwóch czujników termicznych

Każdy czujnik ma indywidualny 64-bitowy numer seryjny. Numer jest unikalny dla każ-dego wyprodukowanego czujnika.

Magistrala 1-Wire pozwala podłączyć czujniki do przewodu o długości nawet 100m. Jednak już przy kilku metrach mogą zacząć się kłopoty z transmisją. Jeśli masz kłopoty z odebraniem prawidłowej temperatury lub nawet połączeniem się z czujnikiem - musisz dobrać wartość rezystora podciągającego. Domyślnie ma on wartość 4,7 kΩ. Wynika ona z 2 rzeczy. Gdy czujnik wymusza stan niski w przewodzie, prąd nie powinien przekraczać 4 mA. Gdy czujnik potrzebuje zasilania, obwód powinien dostarczyć mu około 1 mA. Zatem między zaciskami DQ i GND powinien być prąd o wartości od 1 do 4 mA.

Gdy przewód jest dłuższy, to zaczyna nabierać cech rezystora i kondensatora. Rezy-stancja przewodu połączona z rezystorem podciągającym zmniejsza prąd jaki może dojść do czujnika. Cechy kondensatora powodują, że przewód ma opóźnienia w zmienianiu stanu z LOW na HIGH i odwrotnie. Zatem gdy występują problemy z transmisją danych z czujnika należy zmniejszać wartość rezystora podciągającego do takiej aż transmisja zadziała. Mając oczywiście na uwadze wyżej określone granice.

84


http://akademia.nettigo.pl/ds18b20/- Czujnik można zasilać napięciem od 3 do 5,5 V- Czujnik może mierzyć temperatury od -55 do 125 °C- Czujnik ma cyfrową rozdzielczość od 9 do 12 bitów- Co się przekłada na rozdzielczość w stopniach od 0,5 do 0,0625 °C- Dokładność pomiaru to +/- 0,5 °C dla zakresu od -10 do 85 °C- Dokładność pomiaru to +/- 2 °C dla zakresu od -55 do 125 °C- Dryf pomiaru +/- 0,2 °C

Rozdzielczość pomiaruRozdzielczość wybiera się za pomocą liczby bitów. Zakres wyboru jest od 9 do 12 bitów.

Wybór rozdzielczości pociąga też za sobą pewne konsekwencje. Im wyższa rozdzielczość tym dłużej trzeba czekać na wynik pomiaru.

dokładność pomiaruW zakresie od -10 do 85 °C ma on dokładność na poziomie +/- 0,5 °C. To znaczy, że gdy

w pokoju masz 22,5 °C, to czujnik może zwrócić ci wynik od 22 do 23 °C. Czyli może pokazać 0,5 °C za mało, albo za dużo. Wszystko to zależy od indywidualnej charakterystyki czujnika.

błąd pomiaru względem temperatury rzeczywistejDryf pomiaru jest nieco gorszą formą niedokładności. Polega on na tym, że przy tej

samej mierzonej temperaturze, termometr w jednym czasie może wskazywać jedną tempera-turę, a w innym czasie inną.

85


Dryf czujnika DS18B20 to +/- 0.2 °C. Czyli gdy w pokoju termometr wskazuje nam 24 °C to za jakiś czas mimo tej samej temperatury może pokazywać wynik z zakresu od 23,8 °C do 24,2 °C.

dane Techniczne ŻELOWANY kabel SkRĘTkA uTP/RJ45/CAT/kat/5e/LAN/ŻEL

Nazwa NETSET BOX U/UTP 5e żelowany

Kod E1410_305Budowa

Żyłyjednodrutowe miedziane o średnicy Ø 0,50 mm

(wg 24 AWG)Izolacja żył PE, żel

Powłoka czarny PEŚrednica zewnętrzna [mm] 6,0

Wskaźnik miedziowy [kg/km] 14,2Masa gotowego kabla [kg/km] 33

Parametry elektryczneImpedancja falowa [Ω] 100 ±15

Pojemność skuteczna dla dowolnego toru transmisyjnego przy częstotl. 1KHz [nF/km] ≤56

Prędkość propagacji NVP [%] 67Rezystancja torów transmisyjnych [Ω/km] ≤ 188

Asymetria pojemności torów transmisyjnych względem ziemi [pF/km] ≤ 1600Rezystancja izolacji [MΩ/km] > 1000

Układanie i użytkowanieTemperatura pracy [°C] -20...+50

Wilgotność powietrza pracy [%] 0...100Temperatura układania [°C] -30...+50

Min promień gięcia dla instalacji wewnętrznych [śred. Kabla] >8

86


Turbo® 40x3,0 PN12,5 2x100m 9kg PN12,5 PE100 SdR13,6

Widok sondy pionowej nawiniętej na bęben

87


Poziom uzysku ciepła dla określonych wielkości przepływu cieczy w rożnych kolek-torach pionowych

http://schematy.info/pliki/PARTNER_W_BRANZY/001_Dolne_zrodla_ciepla/02_Mu-oviTech/03_Prezentacja_MuoviTech_2012.pdf

88


Poziom spadku ciśnień wewnętrznych w sondzie pionowej dla określonych wielko-ści przepływu cieczy


Opór termiczny odwiertu ( temperatura ścianki odwiertu 7,20 C)


89


W celu podłączenia czujników cyfrowych do układu pomiarowego należy podłączyć układ do wejść cyfrowych karty pomiarowej (4 wejścia pomiarowe cyfrowe) , każdy z czuj-ników temperaturowych posiada niepowtarzalny kod (zamieszczony w tabeli). W celu wizu-alizacji oraz archiwizacji danych pomiarowych należy napisać oprogramowanie i zrównowa-żyć sygnały czujników przez wstawienie odpowiednich kondensatorów i oporników.

Przykład wizualizacji układu pompy ciepła - Euro Centrum w katowicach - La-boratorium

90


Przykład wizualizacji parametrów pracy układu pompy ciepła - materiały Vies-smann

91


RAPORT ZdJĘCIOWY Z PRAC MONTAŻOWYCh

92


1) Widok kręgu sondy pionowej z częściowym opomiarowaniem - zdjęcia autora

2) Widok czujnika temperatury - po montażu - zdjęcia autora

93


3) Widok czujników zamontowanych przylgowo do rury sondy pionowej - zdjęcia autora

4) Widok przygotowanych do montażu czujników temperatury - zdjęcia autora

94


5) Widok rozwiniętego kręgu sondy pionowej z zamontowanymi czujnikami temperatury - zdjęcia autora

6) Widok zwiniętego kręgu sondy pionowej w trakcie montażu - zdjęcia autora

95


7) Widok montażu (lutowania) przewodów czujnika z przewodem teletechnicznym - zdjęcia autora

8) Widok kabla przesyłowego przed podłączeniem czujników temperatury - zdjęcia autora

96


9) Widok prac montażowych i etap sprawdzania działania zamontowanych czujników tem-peratury - zdjęcia autora

97


10) Widok komputera przenośnego i programu do sprawdzania sygnałów wysłanych przez czujniki temperatury - zdjęcia autora

11) Widok montaż i sprawdzanie czujników temperatury - zdjęcia autora

98


12) Widok montaż kołnierzy termokurczliwych na czujnikach temperatury - zdjęcia autora

13) Widok początku sondy pionowej z zamontowanymi czujnikami temperatury na poziomie nr 12 - zdjęcia autora

99




100


16) Widok zwiniętego kręgu sondy pionowej dolnego źródła przygotowany do nałożenia kołnierzy termokurczliwych na poszczególne punkty pomiarowe - zdjęcia autora

17) Widok zgrzanego elementu sondy pionowej po nałożeniu kołnierza termokurczliwego - zdjęcia autora

101


18) Widok pionowego gruntowego wymiennika ciepła przygotowanego do montażu w grun-cie. Widoczne element próby ciśnieniowej sondy pionowej - zdjęcia autora

19) Widok montaż pionowego gruntowego wymiennika ciepła na głębokości 80 m - wykona-nie wykopu łączącego odwiert z pompą ciepła przy pomocy koparki - zdjęcia autora

102


20) Widok montaż pionowego gruntowego wymiennika ciepła na głębokości 80 m - zdjęcia autora

21) Widok montaż pionowego gruntowego wymiennika ciepła na głębokości 80 m- zdjęcia autora

103


22) Widok montaż pionowego gruntowego wymiennika ciepła na głębokości 80 m - wiert-nica - zdjęcia autora

23) Widok montaż pionowego gruntowego wymiennika ciepła na głębokości 80 m - dół do płuczki - zdjęcia autora

104


24) Widok montaż pionowego gruntowego wymiennika ciepła na głębokości 80 m - montaż i dokręcanie kolejnego elementu kolumny wiertniczej. - zdjęcia autora

25) Widok montaż pionowego gruntowego wymiennika ciepła na głębokości 80 m - widok elementów kolumny wiertniczej oraz proces odprowadzenie płuczki do wykopu techniczne-go. - zdjęcia autora

105


26) Widok montaż pionowego gruntowego wymiennika ciepła na głębokości 80 m - przej-ście w ławie fundamentowej przewodów zasilania i powrotu dwóch odwiertów gruntowego wymiennika ciepła. - zdjęcia autora

27) Widok pompy ciepła w środku po zdjęciu obudowy. - zdjęcia autora

106


28) Widok wnętrza pompy ciepła - na pierwszym planie parownik przed izolacją oraz sprę-żarka już po wykonaniu izolacji. - zdjęcia autora

29) Widok kompletnego układu pompy ciepła i rozdzielacza dolnego źródła z zaizolowany-mi rurami zasilania i powrotu . Po prawej stronie widoczne rury miedziane wyprowadzenie do systemu zdawania ciepła (górne źródło). - zdjęcia autora

107


Tabelaryczne zestawienie parametry gruntu:

Lp. Nazwa parametru Wielkość jedn. miary1 ciepło właściwe gruntu (piasek) 840 J/kg/K2 gęstość gruntu (piasek) 1600 kg/m33 pojemność cieplna gruntu (piasek) 1,34 MJ/m3/K4 ciepło właściwe wody 190 J/kg/K5 gęstość wody 1000 kg/m36 pojemność cieplna wody 4,19 MJ/m3/K

7 pojemność cieplna gruntu zawodnionego (1/3 woda + 2/3 piasek) 2,29 MJ/m3/K

Tabela przewodności poszczególnych warstw gruntu:

Montaż systemu akwizycji danych oraz opomiarowanie sondy pionowego gruntowego wymiennika ciepła ma za zadanie uzyskanie rzeczywistych parametrów termicznych po-szczególnych warstw gruntu oraz możliwości magazynowania długoterminowego ciepła przy wykorzystaniu odpowiednich źródeł OZE. Cały układ dolnego źródła będzie również poddany symulacji numerycznej, która ma wykazać zgodność modelu rzeczywistego z mo-delem teoretycznym przyjętym do symulacji numerycznych.

108


11. PodsumowaniePrzegląd dostępnych metod do sezonowego magazynowania energii słonecznej po-

zwala jednoznacznie stwierdzić, iż stosowanie tego typu rozwiązań do przechowywania energii w postaci ciepła jawnego długoterminowo przyczynia się do skutecznej redukcji zużycia paliw kopalnych potrzebnych na wytworzenia energii cieplnej, co jest zgodne wytycznymi UE w sprawie redukcji emisji CO2 w krajach wspólnoty ale również na całym świecie. Poza tym istotnym czynnikiem jest ekonomia gdzie przy dużych inwe-stycjach okres zwrotu jest na poziomie 5-8 lat.

W większości krajów wspólnoty UE wykorzystanie gruntu do termicznego ma-gazynowania energii musi być zatwierdzone przez wykonanie odpowiedniego projek-tu technicznego wraz z pozytywną opinią wydaną przez odpowiednie organy ochrony środowiska. Decyzja o budowie określonego typu magazynu energii zależy głównie od warunków lokalnych, geologicznych i hydrogeologicznych. W warunkach polskich naj-częściej stosowane są rozwiązania typu BTES (Borhole Thermal Energy Storage) czyli pionowy gruntowy wymiennik ciepła. Rozwiązanie tego typu ze względu na podobień-stwo w wykonawstwie jest często mylone z systemem dolnych źródeł stosowanych do pomp ciepła. Różnice techniczne pomiędzy magazynem BTES a dolnym źródłem (son-dami pionowymi) do zasilania układu pomp ciepła wynikają z charakteru pracy tych systemów. Nieznajomość zasad projektowania magazynów energii BTES może dopro-wadzić do problemów eksploatacyjnych jak i w dalszej perspektywie czasu ich niewy-dolności energetycznej.

Działania powodujące ograniczenie zużycia nieodnawialnych nośników energii o przynajmniej 20% w najbliższych latach wymagają wielu technologicznie nowator-skich rozwiązań. Jednym z możliwych jest omówione w tej pracy zastosowanie aku-mulacji energii, w tym cieplnej niskotemperaturowej. Jej zasoby są potężne, jedynie jej efektywne wykorzystanie posiada ograniczenia spowodowane jej okresową dostępno-ścią - krótkoterminową i długoterminową.

Magazynowanie energii jest brakującym elementem, które pozwoli energii nie do końca przewidywalnej np. z wiatru i promieniowania słonecznego odegrać znacz-nie większą rolę w przyszłym planie energetycznym. Kwestia magazynowania energii zwłaszcza dla dużych instalacji komercyjnych jest szczególnie atrakcyjna, ponieważ mogą inaczej kształtować gospodarkę energetyczną, mogą inaczej negocjować kontrakty z odbiorcami energii, mogą obniżać koszty, opłaty.

Korzyści dla społeczeństwa i środowiska z projektu akumulacji ciepła mogą być wi-doczne dość szybko, ale bezwzględnie zależą od tego, jak często i jak szybko ten system, będzie stosowany w nowych lub modernizowanych układach energetycznych na świecie. Przez wiele lat barierą np. dla budowy instalacji solarnych w zimnym klimacie był za-uważalny brak słońca w okresie zimowym, krótkie dni, zachmurzone niebo i ośnieżone panele słoneczne. Były to główne przeszkody naturalne w stosowaniu tej technologii. Obecny rozwój techniki magazynowania (np. DLSC w Kanadzie) pokazuje, że skutecz-nie można pokonać tą barierę i miejmy nadzieję, będzie to znacząco zachęcać do wzro-stu inwestycji i rozwoju systemów wykorzystujących odnawialne źródła energii w tej technologii. Ponieważ ceny energii rosną to aspekt ekonomiczny takiego typu układów stanie się jeszcze bardziej atrakcyjny, a korzyści dla środowiska zostaną wielokrotnie pomnożone. Stosowane aktualnie głównie metody sezonowego magazynowania energii termicznej wykorzystują sposób akumulacji energii w postaci ciepła jawnego pomimo

109


ich wad powodujących straty. Długoterminowe systemy magazynowania są najbardziej skuteczne w zmniejszeniu wykorzystania paliw kopalnych i ograniczeniu emisji CO2, SO2, Nox.

W większości krajów korzystanie z gruntu do magazynowania ciepła musi być zatwier-dzone przez lokalne władze. Decyzja o zastosowaniu określonego rodzaju systemu groma-dzenia energii cieplnej zależy głównie od warunków lokalnych - geologicznych i hydro-geologicznych w miejscu ewentualnej lokalizacji budowy. Jest to szczególnie istotne dla gospodarki wodnej w gruncie. Magazynowanie energii cieplnej jest uzależnione od:

- możliwości finansowych inwestora;- warunków geologicznych miejsca inwestycji;- czasokresu przechowywania;- odległością jej odbioru od miejsca wytworzenia. Oczywiście systemy akumulacji ciepła mają wady jak choćby konieczność współpracy

z pompą ciepła, gdy potrzebujemy wyższych temperatur. Pompa wraz z osprzętem zapew-niającym cyrkulację cieczy, zużywa określoną dodatkową energię napędową. Również czas zwrotu kosztów inwestycji w magazyn ciepła jest przynajmniej kilkuletni. Podstawą takiej inwestycji musi być uzasadniony rachunek ekonomiczny, uwzględniający różne uwarunko-wania jej realizacji, również aspekt ekologiczny. W Polsce obecnie nie ma niestety zauwa-żalnego udziału w rynku energetycznym instalacji magazynujących energię cieplną.

Literatura do rozdziałów I i II

[1] ABEDIN AH, ROSEN MA: Krytyczne spojrzenie na systemy magazynowania energii cieplnej. Renewable Energy Journal, 2011, 4, 42-46.

[2] PAVLOV GK, OLESEN BW: Sezonowe magazynowania energii słonecznej w gruncie - przegląd systemów i aplikacji. Materiały ISES Solar World Congress, Kassel (Niemcy), 28.08-02.09.2011.

[3] PAVLOV GK, OLESEN BW: Sezonowe magazynowanie energii słonecznej poprzez gruntowe wymienniki ciepła - przegląd systemów i aplikacji. Materiały 6-sze Konferencji Dubrownik sprawie zrównoważonego rozwoju energii, wody i systemu środowiskowego, Dubrownik, Chorwacja, 25-29.09.2011.

[4] SUNLIANG C: Stan techniki rozwiązań magazynowania energii cieplnej w budynków. Praca magisterska, Uniwersytet w Jyväskylä, Finlandia, 2010.

[5] INCROPERA FP, DEWIT, DP: Podstawy wymiany ciepła i masy. Ed 5th., John Wiley and Sons, 2002[6] HASNAINA SM: Zrównoważone technologie magazynowania energii cieplnej, część I: Materiały i techniki

magazynowania ciepła. Konwersja Energii i Zarządzanie, 1998, 39, str. 1127/38.[7] ERCAN ATAER O.: Magazynowanie energii cieplnej. (EOLSS) opracowany pod auspicjami UNESCO,

EOLSS Publishers, Oxford, UK 2006, http://www.eolss.net, (dostęp 11.08.2011).[8] PAVLOV G., OLESEN BW: Energia cieplna w budynkach magazynowanie - koncepcje i aplikacji. Dostępne na: http://www-ttp.particle.uni-karlsruhe.de/GK/Workshop/blobel_maxlik.pdf (dostęp 07/10/2009)[9] BANKS D.: An Introduction to Thermogeology: Ground Source Heating and Cooling. John Wiley & Sons,

Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester 2012.[10] DEMIREL Y.: Energy Production, Conversion, Storage, Conservation, and Coupling. Springer London He-

idelberg New York Dordrecht 2012.[11] DINCER I., ROSEN M.A.: Thermal Energy Storage: Systems and Applications. John Wiley & Sons, Ltd, The

Atrium, Southern Gate, Chichester 2011.[12] DOMAŃSKI R.: Magazynowanie energii cieplnej, PWN, Warszawa 1990.[13] FERREIRA G. (red.): Alternative Energies Updates on Progress. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2013.[14] GONET A., ŚLIWA T., HENDEL J.: Magazynowanie w górotworze ciepła pochodzącego z różnych źródeł.

AGH DRILLING OIL GAS Vol. 29 No. 1/2012.

110


[15] KAPUŚCIŃSKI J., RODZOCH A.: Geotermia niskotemperaturowa w Polsce i na świecie. Stan aktualny i perspektywy rozwoju. Uwarunkowania techniczne, środowiskowe i ekonomiczne. Borgis Wydawnictwa Me-dyczne, Warszawa 2010.

[16] KOCZOROWSKI J.: Zintegrowane sieci ciepłownicze w oparciu o OZE. Czysta Energia - nr 11/2013.[17] LEE K.S.: Underground Thermal Energy Storage. Springer-Verlag, London 2013.[18] PAKSOY H. O. (RED.): Thermal Energy Storage for Sustainable Energy Consumption Fundamentals. Case

Studies and Design. Springer Dordrecht 2007.[19] WÓJS K. SZULC P. TIETZE T. (RED): Aktualne kierunki rozwoju energetyki. Oficyna Wydawnicza Politech-

niki Wrocławskiej, Wrocław 2012.[20] ZOBAA A.F. (RED.): Energy Storage - Technologies and Aplications. In Tech, Rijeka 2013.[21] http://archive.iea-shc.org/task45/events/meeting01/presentations/DK-SUNSTORE3&4-PAS-M1.pdf[22] http://www.engineersireland.ie/EngineersIreland/media/SiteMedia/groups/societies/geotechnical/Phil-Hem-

mingway-Presentation-29-01-2013.pdf?ext=.pdf[23] https://intraweb.stockton.edu/eyos/energy_studies/content/docs/final_papers/11a-3.pdf.[24] materiały techniczne i konferencyjne PSPC[25] materiały techniczne i konferencyjne firmy TITAN POLSKA[26] http://www.nikken.co.jp/en/solutions/energystoragetanks.html[27] materiał - http://www.einstein-project.eu/[28] materiał - PSPC[29] Demonstracyjna instalacja solarna z sezonowym magazynem ciepła zaimplementowana w szpitalu w Ząbkach

- http://www.cire.pl/pliki/2/art2.pdf[30] Materiały firmy CIM-mes Projekt. Fot. Zrzut ekranu/CIM-mes Projekt http://www.mpoweruk.com/grid_sto-

rage.htm[31] materiał - http://www.dlsc.ca[32] materiał - Nora Catolico, Shemin Ge,* and John S. McCartney - Numerical Modeling of a Soil- Borehole

Thermal Energy Storage System - http://vzj.geoscienceworld.org/content/15/1/vzj2015.05.0078.figures-only

111


III. CERTYfIkACJA INSTALATORóW OZE

112


WprowadzenieObecnemu społeczeństwu przyszło żyć i funkcjonować w czasach kiedy nośniki ener-

getyczne gwarantują bezpieczeństwo energetyczne, polityczne, socjalne przy stałym ich wzroście. Dostęp do nowoczesnych technologii instalowanych przez certyfikowanych in-stalatorów jest gwarancją uzyskania założonych celów, oraz sprawności funkcjonowania bezawaryjnie systemu. Prawo krajowe implementujące założenia dyrektyw jest motorem napędzającym rozwój branży oparty o technologie OZE. Technologie które do niedawna były niedostępne, obecnie są promowane i dotowane aby zmieniać nasze życie i znacząco wpływać na nie.

1. Prawo EnergetyczneW Polsce głównym aktem normatywnym w kwestii energetyki, jest ustawa z dnia 10

kwietnia 1997 r Prawo Energetyczne, która po ostatniej nowelizacji z 2013 roku miała na celu zapewnienie implementacji przepisów dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady Nr 2009/28/WE z dna 23 kwietnia 2009 roku w sprawie promowania i stosowania energii ze źródeł odnawialnych, a także uzupełnienie wdrożenia Dyrektywy Nr 2009/72/WE z dnia 13 lipca 2009 roku w sprawie wspólnych zasad rynku wewnętrznego energii elektrycznej oraz wdrożenia Dyrektywy Nr 2009/73/WE z dnia 13 lipca 2009 dotyczącą wspólnych zasad rynku wewnętrznego gazu ziemnego.

Ustawa Prawo Energetyczne zwane potocznie „Małym Trójpakiem” określa zasady kształtowania polityki energetycznej państwa. Zasady i warunki zaopatrzenia i użytkowania paliw i energii w tym ciepła oraz działalność przedsiębiorstw energetycznych oraz właściwej gospodarki paliwami i energią. Celem samej ustawy jest stworzenie zagwarantowanych Kon-stytucyjnie warunków do zrównoważonego rozwoju państwa, zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego, oszczędnego i racjonalnego użytkowania paliw i energii w konkurencyjnym środowisku przedsiębiorstw energetycznych niezmonopolizowanych i nieskoncentrowanych kapitałowo, które planują racjonalną politykę środowiskową i przeciwdziałają negatywnym skutkom wytwarzania energii na środowisku.

2. Certyfikacja instalatorów OZEPierwotnie jak zakładano, system certyfikacja instalatorów będący wyrazem imple-

mentacji zapisów dyrektywy 2009/28/WE miał zostać zawarty w pierwszej polskiej ustawie OZE. Jednakże dysonans i zbyt duże kontrowersje jakie powstały wokół ustawy OZE oraz brak konsensusu środowisk konsultujących projekt ustawy z jednoczesnym brakiem jedno-myślności resortów zaangażowanych w pracę na ustawą. Doprowadziły do stanu stagnacji legislacyjnej, a zapisy częściowe odnośnie OZE znalazły się ostatecznie w prawie energe-tycznym „Małym Trójpaku” będącym konsensusem międzyśrodowiskowym i resortowym.

W tym miejscu należy dodać, iż w obecnym systemie prawnym nie występuje żadna odrębna regulacja prawna określająca procedurę potwierdzania kwalifikacji zawodowych in-stalatorów OZE zajmujących się eksploatacją urządzeń, instalacji i sieci elektroenergetycz-nych wytwarzających, przetwarzających, przesyłających energie elektryczną, ciepło i paliwa gazowe. Jedyną obowiązującą regulacją było rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 28 kwietnia 2003 roku w sprawie szczegółowych zasad stwier-dzania posiadanych kwalifikacji przez osoby zajmujące się eksploatacją urządzeń, instalacji i sieci. (Dz.U. Nr 89, poz. 828 z póź. zmianami). Pod pojęciem eksploatacji w powyższym

113


rozporządzeniu rozumie się pracę w zakresie obsługi, konserwacji, remontów, montażu i kontrolno- pomiarowym. Rodzaje urządzeń, instalacji i sieci, przy których eksploatacji jest wymagane posiadanie kwalifikacji, wymienione są enumeratywnie w załączniku nr 1 do w/w rozporządzenia. Analizując powyższy spis niestety stwierdzić, iż wykaz ów nie zawiera wszystkich urządzeń i instalacji o których mowa w art. 14 ust. 3 dyrektywy 2009/28/WE.

Certyfikacja instalatorów OZE została umieszczona w Prawie Energetycznym w roz-dziale 3b, który określa warunki i tryb wydawania certyfikatów instalatorom mikroinstalacji i małych instalacji oraz akredytowania organizatorów szkoleń. Zakreślają to Art. 20 h do 20 zd. Szczegółowe natomiast uregulowania wykonawcze w zakresie certyfikacji instala-torów i akredytacji organizatorów szkoleń zawarte są w następujących rozporządzeniach, wydanych na podstawie art. 20v ustawy prawo energetyczne, a są to rozporządzenia:

1. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 25 marca 2014 r. w sprawie warunków i trybu wydawania certyfikatów oraz akredytowania organizatorów szkoleń w za-kresie odnawialnych źródeł energii (Dz.U. z 2014 r. poz 505).

2. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 20 marca 2014 r. w sprawie wysoko-ści opłat za przeprowadzenie egzaminu, wydanie i przedłużenie ważności certy-fikatu oraz udzielanie akredytacji w zakresie odnawialnych źródeł energii (Dz.U. z 2014 r. poz 425).

Nadrzędnym celem wprowadzenia systemu certyfikacji ma być ochrona zdrowia i ży-cia prosumentów eksploatujących mikroinstalacje OZE. Dlatego też certyfikacja instalato-rów OZE oraz akredytacja organizatorów szkoleń jest postrzegana jako swoiste „Nowum” w naszym systemie prawnym. Jednakże powyższe uregulowania oraz Certyfikaty nie tworzą co do zasady nowych zawodów, jednakże mają być faktycznym potwierdzeniem kwalifi-kacji zawodowych instalatorów OZE zgodnych z regulacjami prawnymi jakie funkcjonują na europejskim rynku instalatorów odnawialnych źródeł energii takich jak kotły, piece na biomasę, systemy fotowoltaiczne (PV), systemów solarnych, pomp ciepła oraz geotermii w zakresie mikro i małych instalacji OZE.

Ustawa Prawo Energetyczne po raz pierwszy w naszym systemie prawnym doprecy-zowało wiele pojęć i stworzyło definicji legalnych, które chociaż funkcjonujące w ramach języka potocznego oraz specjalistycznego nie posiadało swoich prawnych odpowiedników. Wiele kontrowersji budziły pojęcia Prosument, mikro i małej instalacji OZE oraz odbiorcy wrażliwego. Z punktu Certyfikacji instalatorów OZE kluczowymi pojęciami są mała i mikro-instalacja OZE oraz pozostałych instalacji w zakresie których certyfikowani są instalatorzy OZE.

114


• łączna moc zainstalowana elektryczna nie większa niż 40 kW• Przyłączenie do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym

niż 110 kW lub o łącznej mocy zainstalowanej cieplnej nie większej niż 120kW

• Brak koneczności uzyskania koncesji zarówno w stosunku co do osóbfizycznych jak i przedsiębiorców - wytwarzanie i sprzedaż energii przez osobęfizyczną niebędącą przedsiębiorcą nie jest formą działalności gospodarczej wrozumieniu ustawy z dnia 2 lipca 2004 r o swobodzie działalności gospodarczej.

• mikroinstalacje zostały zwolnione z obowiązku wpisu do EDG• zostały zwolnione z opłaty za przyłączenie do sieci• zwolnione z obowiązku wnoszenia zaliczki na poczet opłat za przyłączenie do

sieci• koszt instalacji układu zabezpieczającego i układu pomiarowo -

rozliczeniowego ponosi operator sieci• Odbioraca końcowy mikroinstalacji może przłączyć się do sieci z instalacją nie

większą niż określona w warunkach przyłączenia - przyłączenie następuje napodstawie zgłoszenia.

• Na mikroinstalacje został nałożpony ustawowy obowiązek powiadamianiaoperatora systemu dystrybucyjnego o terminie przyłączenia instalacji do siecina 30 dni przed planowanym przyłączeniem.

• obowiązek informowania operatora o zmianie rodzaju mikroinstalacji lubzainstalowanej mocy elektrycznej w terminie 14 dni od dnia zaistnienia zmiany

• Prezes URE prowadzi i publikuje rejestr osób fizycznych wytwarzającychenergię elektryczną w mikroinstalacji danego operatora systemu

• Zakup energii po cenie równej 80% średniej ceny sprzedaży energiielektrycznej w poprzednim roku kalendarzowym, poprzez sprzedawcę z urzędu

• Brak wsparcia w postaci świadect pochodzenia.• Pierszeństwo w świadczeniu usług przesyłania lub dystrybucji energii

elektrycznej.

MIK

RO

INST

AL

AC

JEA

rt 3

pkt

. 20b

•Łączna moc zainstalowana elektryczna większa niż 40 kW i nie większa niż 200kW

• Przyłączenie do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż10 kV lub o łącznej mocy zainstalowanej cieplnej większej niż 120 kW i niewiększej niż 600 kW

• Warunki przyłączenia do sieci: konieczny jest wniosek o wydanie warunkówprzyłaczenia wraz z zawarciem umowy o przyłączenie

• Działalność jest regulowana• Wymaga wpisu do rejestru małych instalacji prowadzonego przez URE• Zakup energii po cenie równej 80% średniej ceny sprzedaży energii elektrycznej wpoprzednim roku kalendarzowym, poprzez sprzedawcę z urzędu

• Pierszeństwo w świadczeniu usług przesyłania lub dystrybucji energii elektrycznej.

MAŁE

INST

AL

AC

JEA

rt 3

pkt

. 20c

• łączna moc zainstalowana elektryczna większa niż 200 kW• Przyłączenie do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym równym lub

wyższym ni ż 110 kV lub o łącznej mocy zainstalowanej cieplnej większej niż600 kW


• Działalność jest koncesjonowana• Stosuje się przepisy Prawo Energetyczne• Zakup energii po cenie równej 80% średniej ceny sprzedaży energii elektrycznej w

poprzednim roku kalendarzowym, poprzez sprzedawcę z urzędu• Pierszeństwo w świadczeniu usług przesyłania lub dystrybucji energii elektrycznej.

EJC

AL

ATS

NI E

ŁA

TSOZ

OPO

ZE A

rt 3

115


• łączna moc zainstalowana elektryczna nie większa niż 40 kW• Przyłączenie do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym

niż 110 kW lub o łącznej mocy zainstalowanej cieplnej nie większej niż 120kW

• Brak koneczności uzyskania koncesji zarówno w stosunku co do osóbfizycznych jak i przedsiębiorców - wytwarzanie i sprzedaż energii przez osobęfizyczną niebędącą przedsiębiorcą nie jest formą działalności gospodarczej wrozumieniu ustawy z dnia 2 lipca 2004 r o swobodzie działalności gospodarczej.

• mikroinstalacje zostały zwolnione z obowiązku wpisu do EDG• zostały zwolnione z opłaty za przyłączenie do sieci• zwolnione z obowiązku wnoszenia zaliczki na poczet opłat za przyłączenie do

sieci• koszt instalacji układu zabezpieczającego i układu pomiarowo -

rozliczeniowego ponosi operator sieci• Odbioraca końcowy mikroinstalacji może przłączyć się do sieci z instalacją nie

większą niż określona w warunkach przyłączenia - przyłączenie następuje napodstawie zgłoszenia.

• Na mikroinstalacje został nałożpony ustawowy obowiązek powiadamianiaoperatora systemu dystrybucyjnego o terminie przyłączenia instalacji do siecina 30 dni przed planowanym przyłączeniem.

• obowiązek informowania operatora o zmianie rodzaju mikroinstalacji lubzainstalowanej mocy elektrycznej w terminie 14 dni od dnia zaistnienia zmiany

• Prezes URE prowadzi i publikuje rejestr osób fizycznych wytwarzającychenergię elektryczną w mikroinstalacji danego operatora systemu

• Zakup energii po cenie równej 80% średniej ceny sprzedaży energiielektrycznej w poprzednim roku kalendarzowym, poprzez sprzedawcę z urzędu

• Brak wsparcia w postaci świadect pochodzenia.• Pierszeństwo w świadczeniu usług przesyłania lub dystrybucji energii

elektrycznej.

MIK

RO

INST

AL

AC

JEA

rt 3

pkt

. 20b

•Łączna moc zainstalowana elektryczna większa niż 40 kW i nie większa niż 200kW

• Przyłączenie do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż10 kV lub o łącznej mocy zainstalowanej cieplnej większej niż 120 kW i niewiększej niż 600 kW


• Działalność jest regulowana• Wymaga wpisu do rejestru małych instalacji prowadzonego przez URE• Zakup energii po cenie równej 80% średniej ceny sprzedaży energii elektrycznej wpoprzednim roku kalendarzowym, poprzez sprzedawcę z urzędu

• Pierszeństwo w świadczeniu usług przesyłania lub dystrybucji energii elektrycznej.

MAŁE

INST

AL

AC

JEA

rt 3

pkt

. 20c

• łączna moc zainstalowana elektryczna większa niż 200 kW• Przyłączenie do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym równym lub

wyższym ni ż 110 kV lub o łącznej mocy zainstalowanej cieplnej większej niż600 kW


• Działalność jest koncesjonowana• Stosuje się przepisy Prawo Energetyczne• Zakup energii po cenie równej 80% średniej ceny sprzedaży energii elektrycznej w

poprzednim roku kalendarzowym, poprzez sprzedawcę z urzędu• Pierszeństwo w świadczeniu usług przesyłania lub dystrybucji energii elektrycznej.

EJC

AL

ATS

NI E

ŁA

TSOZ

OPO

ZE A

rt 3

Poddając dalszej analizie ustawę Prawo Energetyczne w zakresie Certyfikacji instalato-rów OZE możemy wyszczególnić następujące artykuły odnoszące się do powyższego zagad-nienia. Rozdział 3b zawiera artykuły od 20h do 20zd w których zakreślono warunki i tryb certyfikowania instalatorów OZE.

art. 20 h – odnosi się do certyfikatu art. 20 i – egzamin art. 20 j – wniosek o wydanie certyfikatu art. 20 k – termin na wydanie certyfikatu art. 20 l – odmowa wydania certyfikatu art. 20 m – cofnięcie wydania certyfikatu art. 20 n – Przedłużenie ważności certyfikatu art. 20 o – wtórnik dokumentu art. 20 p – wymagania dla osób z innych państw art. 20 q – akredytowany organizator szkoleńart. 20 r – art. 20 s – wniosek o udzielenie akredytacji art. 20 t – odmowa udzielenia akredytacji art. 20 u – cofnięcie akredytacji art. 20 v – upoważnienie do wydania rozporządzenia art. 20 w – podmioty zagraniczne z UE, art. 20 x – Komitet Odwoławczy art. 20 y – odwołanie art. 20 z – rozpatrzenie odwołania art. 20 za – opłaty art. 20 zb – rejestry art. 20 zc – administrowanie i przetwarzanie danych art. 20 zd – okres przechowywania dokumentacji

116


Jednakże certyfikację instalatorów OZE zakreśloną ustawą Prawo Energetyczne „otwie-ra” Art. 20h.ustęp 1. „Osoba dokonująca instalacji mikroinstalacji lub małych instalacji, zwana dalej „instalatorem”, może wystąpić z pisemnym wnioskiem do Prezesa Urzędu Do-zoru Technicznego, zwanego dalej „Prezesem UDT”, o wydanie certyfikatu”. Użycie wyrazu „może” jako łącznika wskazuje na fakultatywny charakter niniejszego zapisu, a tym samym czyniąc certyfikat Instalatora OZE jako dobrowolny i nie wymagany przez prawo w obec-nym jego kształcie – certyfikat nie jest dokumentem obligatoryjnym.

Obowiązek posiadania certyfikatu przez instalatorów nie wynika także z pozostałych przepisów zamieszczonych w rozdziale 3b (art. 20h do 20zd) ustawy (normujących jedy-nie procedurę i wymogi formalne jakie musi spełnić instalator ubiegający się o taki certyfi-kat). Należy także mieć na względzie, że ustawodawca posługuje się określonymi zwrotami w sposób racjonalny. Nie można zatem przyjmować w procesie wykładni, iż określonych wyrazów użyto w tekście prawnym bez wyraźnej ku temu potrzeby, że są one „puste” zna-czeniowo.

Treść tego przepisu, a także brak jakiegokolwiek przepisu przejściowego w tym zakresie potwierdza, że doświadczenie takie może być uzyskane także po wejściu w życie postano-wień rozdziału 3b, a więc po 11 września 2013 r. Powyższe oznacza, że ustawodawca wprost dopuścił możliwość instalowania instalacji energetycznych i elektrycznych przez osoby nie posiadające certyfikatu, a posiadanie niniejszego certyfikatu jest dodatkowym uprawnieniem i może podnieść wiarygodność osoby dokonującej instalacji mikroinstalacji oraz małych in-stalacji.

Fakultatywność owego zapisu jest ponadto podyktowana wprowadzeniem certyfikacji instalatorów OZE przez okres przejściowy w którym to zostaną wydane rozporządzenia wykonawcze, powołane zostaną jednostki akredytowane, które rozpoczną długi i żmudny proces edukacji instalatorów. Powyższa fakultatywność jest czasowa i z kolejną nowelizacją prawa energetycznego zostanie zastąpiona jako obowiązek obligatoryjny.

3. Certyfikat instalatoraCertyfikat wydaje się na 5 lat. Ważność certyfikatu będzie można przedłużyć na okres

kolejnych 5 lat, po spełnieniu określonych wymagań. W celu wydania certyfikatu instalatora odnawialnych źródeł energii, instalator musi spełnić szereg wymagań.

Certyfikacja obejmuje następujące urządzenia:1. kotłów i pieców na biomasę,2. systemów fotowoltaicznych,3. słonecznych systemów grzewczych,4. pomp ciepła,5. płytkich systemów geotermalnych.Certyfikat instalatora mikro i małej instalacji jako dokument będzie wydawany na okres

lat 5, licząc od dnia w którym to instalator pozytywnie złożył egzamin państwowy przed Prezesem Urzędu Dozoru Technicznego, który to jest właściwym organem w zakresie certy-fikacji instalatorów oraz akredytacji firm szkoleniowych. Egzaminy i certyfikaty są odpłatne i podlegają regulacji ustawowej, oraz podlegają wpisowi do ogólnodostępnej bazy danych instalatorów prowadzonych przez Prezesa UDT. Wpis na listę instalatorów prowadzoną przez Prezesa Urzędu Dozoru Technicznego można również uzyskać, poprzez uzyskanie dy-plomu ukończenia studiów podyplomowych o profilu umożliwiającym instalowanie mikro lub małych instalacji OZE.

117


4. Instalator OZECertyfikat może być wydany instalatorowi, który spełnia następujące warunki: 1) POSIAdA:

a) pełną zdolność do czynności prawnych oraz korzysta z pełni praw publicz-nych,

b) dyplom potwierdzający kwalifikacje zawodowe, wydany na podstawie prze-pisów ustawy z dnia 7 września 1991 r. o systemie oświaty (Dz. U. z 2004 r. Nr 256, poz. 2572, z późn. zm.) lub inny równoważny dokument potwierdza-jący kwalifikacje do instalacji urządzeń i instalacji sanitarnych, elektroenerge-tycznych, grzewczych, chłodniczych lub elektrycznych lub

c) udokumentowane trzyletnie doświadczenie zawodowe w zakresie instalowa-nia lub modernizacji urządzeń i instalacji: sanitarnych, energetycznych, grzew-czych, chłodniczych lub elektrycznych, lub

d) świadectwo ukończenia co najmniej dwusemestralnych studiów podyplomo-wych lub równorzędnych, których program dotyczył zagadnień zawartych w zakresie programowym szkoleń określonym w przepisach wydanych na podstawie art. 20v pkt 2, lub

e) zaświadczenie o ukończeniu szkolenia u producenta danego rodzaju odnawial-nego źródła energii, które w części teoretycznej i praktycznej zawierało zagad-nienia w zakresie projektowania, instalowania, konserwacji, modernizacji lub utrzymania w należytym stanie technicznym odnawialnego źródła energii;

118


2) nie był skazany prawomocnym wyrokiem sądu za przestępstwo umyślne przeciwko wiarygodności dokumentów i obrotowi gospodarczemu;

3) ukończył szkolenie podstawowe dla osób ubiegających się o wydanie certyfika-tu instalatora mikroinstalacji lub małej instalacji, poświadczone zaświadczeniem, przeprowadzone przez akredytowanego organizatora szkoleń, o którym mowa w art. 20q ust. 1 lub w art. 20w, w zakresie dotyczącym instalowania danego rodza-ju odnawialnego źródła energii;

4) złożył z wynikiem pozytywnym egzamin przeprowadzony przez komisję egzami-nacyjną, odpowiednio dla danego rodzaju odnawialnego źródła energii, nie później niż w terminie 12 miesięcy od dnia ukończenia szkolenia podstawowego.

5) Instalator, który posiada: 1) dyplom potwierdzający kwalifikacje w zawodzie technik urządzeń i systemów

energetyki odnawialnej lub2) dyplom potwierdzający kwalifikacje zawodowe w zakresie urządzeń i syste-

mów energetyki odnawialnej wydany na podstawie przepisów ustawy o syste-mie oświaty, lub

3) dyplom ukończenia studiów wyższych na kierunku lub w specjalności w za-kresie odnawialnych źródeł energii, albo urządzeń i instalacji sanitarnych, elektroenergetycznych, grzewczych, chłodniczych, cieplnych i klimatyza-cyjnych lub elektrycznych wydany na podstawie przepisów ustawy z dnia 27 lipca 2005 r. - Prawo o szkolnictwie wyższym (Dz. U. z 2012 r. poz. 572, z późn. zm.) - może uzyskać certyfikat, jeżeli spełnia warunki, o których mowa w ust. 3 pkt 1 lit. a oraz w pkt 2.

Opłaty za wydanie certyfikatu1. Zakreślone są przez 20 za ustawy Prawo Energetyczne. Mając na względzie bez-

stronny i niezależny przebieg postępowań w sprawie akredytacji organizatorów szkoleń oraz certyfikacji instalatorów dla danego rodzaju odnawialnego źródła energii wymienionego w art. 20h ust. 2, a także zapewnienie właściwego dokumen-towania, ewidencjonowania i bezpiecznego przechowywania ich dokumentacji, po-biera się opłaty za:1. Przeprowadzenie egzaminu, która nie może być niższa niż 5% i wyższa niż

20% kwoty przeciętnego wynagrodzenia w gospodarce narodowej, ogłasza-nego przez Prezesa GUS na podstawie przepisów ustawy o emeryturach i ren-tach z Funduszu Ubezpieczeń Społecznych, obowiązującej w dniu ogłoszenia w Biuletynie Informacji Publicznej Urzędu Dozoru Technicznego terminu eg-zaminu;

Koszt udziału w egzaminie w zakresie jednego rodzaju OZE wynosi – 730,01 zł EGZAMIN przynajmniej 2 x do roku w jednostkach regionalnych UDT

(30 jednostek) info z UDT na 30 dni przed egzaminem w Biuletynie Informacji Publicznej Urzędu Dozoru Technicznego.

2. Wydanie certyfikatu, która nie może być wyższa niż 5% kwoty przeciętnego wynagrodzenia w gospodarce narodowej, ogłaszanego przez Prezesa GUS na podstawie przepisów ustawy o emeryturach i rentach z Funduszu Ubezpieczeń Społecznych, obowiązującej w dniu złożenia wniosku o wydanie certyfikatu;

CERTYFIKACJA opłata za wydanie certyfikatu w zakresie jednego rodzaju OZE wynosi – 182,50 zł

119


3. Przedłużenie ważności certyfikatu, która nie może być niższa niż 5% i wyższa niż 10% kwoty przeciętnego wynagrodzenia w gospodarce narodowej, ogła-szanego przez Prezesa GUS na podstawie przepisów ustawy o emeryturach i rentach z Funduszu Ubezpieczeń Społecznych, obowiązującej w dniu złoże-nia wniosku o przedłużenie ważności certyfikatu;

4. Wydanie wtórnika certyfikatu, wynoszącą 50 zł za każdy wydany wtórnik; 5. Udzielanie akredytacji, wynoszącą 150% kwoty przeciętnego wynagrodzenia

w gospodarce narodowej, ogłaszanego przez Prezesa GUS na podstawie prze-pisów ustawy o emeryturach i rentach z Funduszu Ubezpieczeń Społecznych, obowiązującej w dniu złożenia wniosku o udzielenie akredytacji.

KREDYTACJA organizatora szkoleń OZE w zakresie jednego rodzaju OZE wynosi – 5.475,09 zł

2. Minister właściwy do spraw gospodarki określi, w drodze rozporządzenia, wyso-kość opłat, o których mowa w ust. 1 pkt 1-3 i 5, uwzględniając w szczególności ko-nieczność zapewnienia pokrycia kosztów przeprowadzania egzaminów, wydawa-nia dokumentów oraz udzielania akredytacji. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 20 marca 2014 r. w sprawie wysokości opłat za przeprowadzenie egzaminu, wydanie i przedłużenie ważności certyfikatu oraz udzielanie akredytacji w zakresie odnawialnych źródeł energii Dz. U. z 2014 r. poz. 425 2. Opłaty, o których mowa w ust. 1 pkt 1-3 i 5, nie podlegają zwrotowi w razie

odmowy przez Prezesa UDT wydania certyfikatu, przedłużenia ważności cer-tyfikatu, albo udzielenia akredytacji.

3. Opłaty, o których mowa w ust. 1, stanowią przychód Urzędu Dozoru Technicz-nego.

5. Rejestr certyfikowanych instalatorów OZEPrezes UDT prowadzi w systemie informatycznym rejestry:1) certyfikowanych instalatorów, wydanych certyfikatów i ich wtórników;2) akredytowanych organizatorów szkoleń.2. Rejestr, o którym mowa w ust. 1 pkt 1, obejmuje następujące dane:1) imię (imiona) i nazwisko instalatora;2) datę i miejsce urodzenia instalatora;3) numer PESEL - o ile został nadany, albo rodzaj i numer dokumentu potwierdzają-

cego tożsamość instalatora;4) adres zamieszkania oraz adres do korespondencji;5) numer zaświadczenia ukończenia szkolenia;6) numer protokołu z przeprowadzonego egzaminu;7) numer, datę i miejsce wydania certyfikatu lub jego wtórnika; 8) datę ważności i zakres certyfikatu;9) miejsce pracy albo wykonywania działalności gospodarczej przez instalatora;10) datę cofnięcia certyfikatu.Dane, o których mowa powyżej są jawne i publikowane na stronach Urzędu Dozoru

Technicznego. Część danych jest obligatoryjna oraz część jest fakultatywna i jest ujawniana na wniosek zainteresowanego instalatora – ujawnienie odbywa się poprzez złożenie odpo-wiedniego wniosku. Oprócz danych instalatorów certyfikowanych ujawniane są dane jedno-stek akredytowanych uprawnionych do przeprowadzania szkoleń.

120


6. komitet OdwoławczyInstytucją odwoławczą w sprawie odmowy wydania certyfikatu instalatora OZE oraz

akredytacji jest Komitet Odwoławczy powołany na podstawie ustawy Prawo Energetycz-ne Art. 20x. Komitet Odwoławczy, zwany dalej „Komitetem”, który liczy nie więcej niż 10 osób posiadających wiedzę i doświadczenie w zakresie dotyczącym certyfikacji i akredy-tacji. Do zadań Komitetu należy rozpatrywanie odwołań w sprawach odmowy wydania cer-tyfikatu, cofnięcia certyfikatu, odmowy przedłużenia ważności certyfikatu, odmowy udziele-nia akredytacji oraz cofnięcia akredytacji. Kadencja Komitetu trwa 4 lata. W skład Komitetu wchodzą proporcjonalnie, w liczbie zapewniającej brak dominacji którejkolwiek ze stron, osoby reprezentujące organy administracji rządowej, ogólnopolskie stowarzyszenia i orga-nizacje: konsumenckie, pracodawców, gospodarcze i naukowo techniczne, jeżeli zakres ich działania obejmuje zadania związane z promowaniem wykorzystania odnawialnych źródeł energii. Minister właściwy do spraw gospodarki, po zasięgnięciu opinii Prezesa UDT o zgło-szonych kandydatach, na wniosek organów, stowarzyszeń i organizacji, o których mowa w ust. 4, powołuje członków Komitetu. Organizację i tryb pracy Komitetu określa regulamin nadany przez Prezesa UDT w porozumieniu z ministrem właściwym do spraw gospodarki. Obsługę administracyjno-organizacyjną Komitetu zapewnia Urząd Dozoru Technicznego.

Certyfikacja instalatorów OZE jest wymogiem ustawowym oraz faktycznym wynikają-cym z potrzeby rynku. Procedury choć zawiłe w znacznym stopnie ukształtują rynek instala-cyjny oraz wyeliminują z rynku instalacyjnego przypadkowych fachowców oraz rozpocznie nową erę e dziedzinie instalacji OZE.

Literatura do rozdziału III

[1] Prawo Unii Europejskiej po Traktacie z Lizbony 2 wyd. wydawnictwa C.H.Beck J.Barcik, A.Wentowska[2] Polityka energetyczna i bezpieczeństwo energetyczne, wyd.2, Gerhard Bartodziej, Michał Tomaszew-

ski Wydawnictwo Nowa Energia rok 2009[3] Dyrektywa 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odna-

wialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE. Dziennik Urzę-dowy Unii Europejskiej L 140/16, 5.6.2009

[4] Prawo Unii Europejskiej po Traktacie z Lizbony 2 wyd. wydawnictwa C.H.Beck J.Barcik, A.Wentowska [5] Polityka energetyczna i bezpieczeństwo energetyczne, wyd.2, Gerhard Bartodziej, Michał Tomaszewski Wy-

dawnictwo Nowa Energia rok 2009[6] Prawo Energetyczne (Dz. U. z 2012 r., poz. 1059, oraz z 2013 r. poz. 984)[7] Ustawa z dnia 15 kwietnia 2011r. o efektywności energetycznej (Dziennik Ustaw Nr 94, poz. 551).[8] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiąz-

ków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej, zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii wytworzonych w odnawialnym źródle energii (Dziennik Ustaw Nr 156, poz. 969, ze zm.).

[9] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjono-wania systemu elektroenergetycznego (Dziennik Ustaw Nr 93, poz. 623, ze zm.).

[10] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 16 stycznia 2008 r. w sprawie szczegółowych warunków udziela-nia pomocy publicznej na przedsięwzięcia będące inwestycjami związanymi z odnawialnymi źródłami energii (Dziennik Ustaw Nr 14 poz. 89 ze zm.).

[11] IRENA Secretariat, Renewable Power Generation Costs in 2012: An Overview.[12] GLOBE Intl., The GLOBE Climate Legislation Study.[13] Guy Turner, “Global Renewable Energy Market Outlook: Fact Pack[14] Projekt ustawy o odnawialnych źródłach energii z dnia 20 grudnia 2011 r.- wersja 1a.4.

121


[15] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 20 marca 2014 r. w sprawie wysokości opłat za przeprowadzenie egzaminu, wydanie i przedłużenie ważności certyfikatu oraz udzielanie akredytacji w zakresie odnawialnych źródeł energii Dz. U. z 2014 r. poz. 425

[16] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 25 marca 2014 r. w sprawie warunków i trybu wydawania certy-fikatów oraz akredytowania organizatorów szkoleń w zakresie odnawialnych źródeł energii (Dz.U. z 2014 r. poz 505).

[17] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 20 marca 2014 r. w sprawie wysokości opłat za przeprowadzenie egzaminu, wydanie i przedłużenie ważności certyfikatu oraz udzielanie akredytacji w zakresie odnawialnych źródeł energii (Dz.U. z 2014 r. poz 425).

122


Documents

INŻYNIERIA INSTALACJI MAGAZYNOWANIA ENERGII CIEPŁA Norweski... · STudIA PRZYPAdku ZASTOSOWANIE SYSTEMóW ... INŻYNIERIA INSTALACJI MAGAZYNOWANIA ENERGII CIEPŁA ... aby poprawić