Magazynowanie energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia ... energii na potrzeby.pdf · - Sposoby wkomponowania magazynów energii w struktur ę budynku ... która magazynuje energi

Magazynowanie energii na potrzeby

ogrzewania/chłodzenia - przykłady rozwiązań

dr hab. inż. Brunon J. Grochal, prof. IMP PAN/prof. WSB Instytut Maszyn Przepływowych PAN

mgr inż. Tomasz Mania – PSPC/NEXUMdoktorant Politechniki Gdańskiej / IMP PAN

POLSKIE STOWARZYSZENIE POMP CIEPŁAwww.pompaciepla.org

CZŁONEKEUROPEJSKIEGO STOWARZYSZENIA POMP CIEPŁAwww.ehpa.org

doktorant Politechniki Gdańskiej / IMP PAN

SEMIANRIUM NAUKOWO-TECHNICZNE ECO-€URO-ENERGIA 2012BYDGOSZCZ

2002 - 2012

Plan prezentacji

1. Wstęp

2. Rodzaje magazynów energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia

3. Budowa i konstrukcje magazynów energii - ciepła/chłodu

4. Przykłady instalacji z pompami ciepła współpracujących z magazynami ciepła/chłodu

5. Podsumowanie


5. Podsumowanie

Wstęp

W energetyce na skalę techniczną opanowane jest magazynowanie ciepła.

W rocznym cyklu pracy systemu magazynowania energii można wyróżnić

dwie zasadnicze fazy:

- akumulowanie energii (ładowanie magazynu)

- odzyskiwanie energii (rozładowanie magazynu)

PROBLEMY DO ROZWIĄZANIA PRZY MAGAZYNOWANIU WYTWORZONEJ ENERGII CIEPŁA/CHŁODU :


ENERGII CIEPŁA/CHŁODU :

- Konieczność akumulacji energii w postaci ciepła i chłodu

- Sposoby akumulacji ciepła/chłodu

- Magazynowanie ciepła w budownictwie

- Wpływ pojemności cieplnej na efektywność energetyczną

- Sposoby wkomponowania magazynów energii w strukturę budynku

Przykładowe układy rozwiązań są pokazane poniżej :

Od wieków próbujemy zakumulować ciepło Zamek w Malborku - przykład - ogrzewanie podłogowe z akumulacją ciepła


Największy piec znajdował się pod

Wielkim Refektarzem.

Składał się z dolnej, przesklepionej

komory paleniska, nad którą leżała

komora akumulacyjna (ok. 6 m3)

wypełniona do połowy swej wysokości

kamieniami.

Magazyny energii TES - Thermal Energy Storage - rodzajeSTES - Seasonal Thermal Energy Storage

Cavity thermal energy storage ( CTES)


Wariant TTES (Tank Thermal Energy StorgeTES)


Wariant PTES (Pit Thermal Energy Storge)


Wariant BTES (Borehole Thermal Energy Storge)



Grunt to dobre dolne źródło ciepła – oraz magazyn ciepła/chłodu

Liczby i głębokości otworów mogą być znaczne


- 140 m sondy pionowe

- Magazyn o pojemności 1000000 m3- zmiana temperatury o 1 st. K wymaga

pobrania lub dostarczenia energii w

ilość 600 MWh

BTES in ITT Flygt Emmaboda, Szwecja (fabryka pomp)

Wykorzystanie energii odpadowej, głównie z odlewni,

System wykorzystuje również naturalne źródła energii (woda z rzeki, powietrze, akumulacja śniegu)

BTES system niskotemperaturowy 0-20°°°°C,

pompy ciepła – ogrzewanie + chłodzenie

energia wody z rzeki wykorzystywana do

stabilizacji temperatury złoża (pod koniec

sezonu letniego)

40 odwiertów, 200 m głębokości


40 odwiertów, 200 m głębokości

Potencjał: 1500 MWh (ogrzewanie),

800 MWh (chłodzenie),

zużycie energii elektrycznej 1/10

BTES wysokotemperaturowy 90-50°°°°C,

ciepło odpadowe z procesu technologicznego,

odwierty 100-150 m, akumulacja 5000 MWh

energii, sprawność wykorzystania 70-80%

(szacunki)

ENERGY PILE

PALE ENERGETYCZNE

KONSTRUKCJA BUDYNKU

SYSTEM OGRZEWANIA

SYSTEM CHŁODZENIA


Wymiennik ciepła konstrukcyjne wkomponowany w rdzeń pala energetycznego

BTES – wykorzystanie fundamentów budynków




Wariant BTES – Bloki energetycznewbijane w grunt


Stosowanie tego rodzaju zaawansowanych

technologii ogrzewania, przygotowania

ciepłej wody i chłodzenia jest możliwe

tylko przy wykorzystaniu pomp ciepła


Wspomaganie komputerowe programami do symulacji pracy magazynów energii



Ciepło z drogi


Centrum - Oostelijke Handelskade – Holandia

- wytwarzanie oraz dystrybucja ciepła i chłodu powiązana z efektywnością energetyczną

- mniej więcej 55% zaoszczędzonego paliwa (nieodnawialnych kopalnin)

- Powierzchnia budynku : 128 000 m2 ( biuro, sklepy, mieszkania )

- Moc grzewcza systemu : 8,2 MW

- Moc chłodnicza systemu : 8,3 MW

- Niezależny system pomp ciepła do ogrzewania/chłodzenia w połączeniu z magazynem

energii typu ATES w gruncie oraz wykorzystaniem kanału żeglugowego jak dodatkowego

źródła energii


W formacjach wodonośnych; (ATES, aqufier thermal energy storage),


Dwie oddzielne warstwy wodonośne:

Górna: magazyn chłodu 5-19°C,

źródło chłodu – powietrze + pompa ciepła (w okresie zimowym)

Dolna (głębokość ok. 320 m): magazyn ciepła 70 °C.

Odległość między studniami 300 m, wydatek wody 100 m3/h

Potrzeby energetyczne budynku:

Energia elektryczna: 8600 kW; 9500 MWh/a

Ciepło: 12500 kW; 16000 MWh/a

Chłód: 6200 kW; 2800 MWh/a

Aquifer Solar Heat Storage at Rostock-Brinckmanshöhe

Obiekt: kompleks mieszkalny HELIOS - 108 mieszkań,

Źródło ciepła: 1000 m2 kolektorów słonecznych (50% rocznego

zapotrzebowania),

Ilość ciepła z kolektorów: 400 MWh/a, zużycie w sezonie letnim 159 MWh/a,

reszta magazynowana w gruncie – aquifer.

Odzyskuje się 148 MWh/a

Aquifer (warstwa wodonośna):

dwie studnie w odległości 55 m od siebie; możliwy wydatek


dwie studnie w odległości 55 m od siebie; możliwy wydatek

wody 15 m3/h; temperatura „ładowania” ograniczona do 50°C


Największy na świecie magazyn energii - warstwa wodonośna wraz ze złożem kamiennym, która magazynuje energię do chłodzenia pomieszczeń jak i ogrzewania

Lotnisko Arlanda w Sztokholmie


Magazyn ciepła i chłodu daje roczne oszczędności w zużyciu energii elektrycznej w stosunku do tradycyjnych rozwiązań na poziomie: - 4 GWh/rok energii elektrycznej na potrzeby chłodzenia,- 15 GWh/rok energii cieplnej na potrzeby ogrzewania.Zaoszczędzono więc około 19 GW energii elektrycznej w skali roku ,co odpowiada energii zużywanej przez 2000 domów jednorodzinnych.

Magazyn ciepła w budynku jednorodzinnym


Zintegrowany system dla domów niezależnych energetycznie- zbiornik

akumulacyjny połączony z baterią słoneczną, małą elektrownią wiatrową

jest w stanie przy odpowiednim doborze pokrywa 80-100% potrzebnej

energii w twoim domu.

Od dwóch lat nasza firma zajmuje się produkcją dużych, zewnętrznych

(naziemnych i podziemnych) akumulatorów ciepła w pojemnościach od

2000 do 30000 litrów. Akumulatory te umożliwiają gromadzenie letnich

nadwyżek energii solarnej, która później zostanie oddana do ciepłej wody

lub ogrzewania niskotemperaturowego- ścienno podłogowego o

parametrze na zasilaniu nie przekraczającym 22-28 stopni Celsjusza. W

niedalekiej przyszłości tego typu rozwiązania przejmą całkowite pokrycie

energii w budownictwie jednorodzinnym i nie tylko.

Krótkoterminowy magazyn energii ciepła / chłodu


Nowoczesne rozwiązania w budownictwie jednorodzinnym – z wodnym

magazynem energii ciepła umieszczonym w centralnym punkcie budynku


Pierwszy ogrzewany most z magazynem energii – Lubeck Niemcy- 2011



Przykład CTES (Cavity Thermal Energy Storage)

Lyckebo project in Uppsala, SwedenSeasonal storage for a district heating system with solar collectors.

The underground excavation has a volume of 100 000 m3.

The system is designed to supply 550 families with space heating and domestic hot water from a solar

collector installation with an area of 4320 m2. The water in the cavern is inserted and extracted by two

telescopic pipes, and this helps to ensure a very good temperature stratification with top and bottom temperatures of 90°°°°C and 40°°°°C respectively.


Magazynowanie chłodu – historia

Sezonowy magazyn chłodu na rzece Hudson


Wycinanie bloków lodowych jak wsad do magazynów chłodu

Magazyny ciepła mogą być wykorzystywane do topienia śniegu

oraz zabezpieczania dróg przed zamarzaniem


Porównanie możliwości energetycznych

lodowego TES w stosunku do wodnego TES


Przykłady magazynowania chłodu pod postacią bloków lodu, śniegu

1 2

3 4

1.Magazyn w budynku

2.Magazyn z warstwą izolacyjną

3.Magazyn z warstwą izolacyjną

i zagłębiony w gruncie

4.Magazyn pod ziemią

snow storage (Sundsvall Hospital)


Podsumowanie przeglądu rozwiązań technicznych

MAGAZYNÓW ENERGII CIEPŁA/CHŁODU – wady /zalety - zwiększone koszty inwestycyjne, - efektywniejsze wykorzystanie energii ciepła / chłodu,- rosnące ceny energii przekładają się na szybszą stopę zwrotubudowanych magazynów energii oraz inwestycji z nimizwiązane

- brak świadomości technicznej i energetycznej wśród


- brak świadomości technicznej i energetycznej wśródinwestorów i wykonawców,

- brak wytycznych branżowych oraz ujednoliconych przepisów wykonawczych,

CZY MUSIMY BYĆ NA TO SKAZANI ?

Dziękujemy za uwagęWYBÓR NALEŻY DO NAS


POLSKIE STOWARZYSZENIE POMP CIEPŁA www.pompaciepla.org.pl

Documents

Magazynowanie energii na potrzeby ogrzewania/chłodzenia ... energii na potrzeby.pdf · - Sposoby wkomponowania magazynów energii w struktur ę budynku ... która magazynuje energi