Solar district heating

Применение технологий тепловой

солнечной энергетики для центрального

отопления жилых районов

3 апреля 2012 г. 2 ООО «Рентехно»

www.rentechno.com, [email protected]

Введение Сезонные аккумуляторы тепловой солнечной энергии Применение тепловых насосов для центрального

отопления жилых районов

Примеры крупных солнечных отопительных систем с сезонными аккумуляторами

Заключение

Содержание презентации

http://www.rentechno.com/

Введение



На сегодняшний день важными задачами стимулирования экономического

роста Украины, является создание устойчивой энергосистемы, основанной на

возобновляемых источниках энергии, и повышение энергоэффективности в сфере

центрального теплоснабжения. Украина обладает высоким потенциалом для

применения технологий солнечной энергетики для отопления и горячего

водоснабжения. Мировой опыт показывает, что солнечные системы для

центрального отопления позволяют сократить от 50% до 90% потребления

традиционных, но дорогостоящих и небезопасных энергоресурсов.

Среди преимуществ внедрения технологий солнечной тепловой

энергетики в центральную отопительную систему жилых районов можно выделить

следующие:

• Снижение экспорта энергоресурсов;

• Повышение энергоэффективности центрального теплоснабжения;

• Повышение энергетической безопасности и независимости;

• Улучшение экономической конкурентоспособности;

• Благотворное влияние на состояние окружающей среды и смягчение

глобальных климатических изменений.


Преимущества для центральной отопительной системы



Многообразие источников энергии и снижение потребления топлива

Новые отопительные системы для коммунальных хозяйств и потребителей

Надежность эксплуатации (низкая потребность в обслуживании)

Длительный срок эксплуатации (свыше 20 лет)

Бесплатный энергетический ресурс

Отсутствие выбросов, загрязняющих окружающую среду




Введение

Сезонные аккумуляторы тепловой солнечной энергии

Применение тепловых насосов для центрального отопления

жилых районов

Примеры крупных солнечных отопительных систем с

сезонными аккумуляторами




Сезонные аккумуляторы тепловой энергии солнца



Конфигурация центральной системы теплоснабжения позволяет

эффективно внедрять технологии первичной и вторичной (геотермальной)

солнечной энергии для существующих домов и новых жилищных комплексов.

Существует много примеров с наземными и крышными массивами солнечных

коллекторов, которые преобразуют солнечную радиацию (инсоляцию) в

тепловую энергию для отопления и горячего водоснабжения жилых домов.

Главным преимуществом является то, что солнечные тепловые станции могут

быть больших размеров, что позволяет снизить их удельную стоимость. Самая

большая солнечная тепловая станция включает в себя 18 300 кв.м площади

коллекторов (~10 МВт тепловой мощности).

В строительном секторе центральные солнечные отопительные

системы являются наиболее экономически выгодными среди всех возможных

видов солнечных тепловых систем. Посредством интеграции сезонного

теплового аккумулятора можно покрыть 50% и более энергетических затрат на

отопление и горячее водоснабжение.

В центральной и северной Европе еще с 1995 года стали популярны

сезонные аккумуляторы для хранения тепловой энергии солнца, накопленной

в теплое время года, для ее утилизации в холодное время.




Виды сезонных аккумуляторов




Сравнение сезонных аккумуляторов

Концепция

аккумулятора Водяной Гравийный Грунтовый В водоносном слое

Среда аккумулятора Вода Гравий-вода Скальная порода Песок/вода-гравий

Теплоемкость

[kWh/m3] 60-80 30-50 15-30 30-40

Объем аккумулятора

на 1 м3 водного

эквивалента [m3]

1 1,3-2 3-5 2-3

Требования по

геологии

- устойчивое

состояние грунта;

- предпочтительно без

грунтовых вод;

- глубина 5-15 м.

- устойчивое состояние

грунта;

- предпочтительно без

грунтовых вод;


- разбуриваемый грунт;

- Предпочтительно

наличие грунтовых вод;

- Высокая теплоемкость;

- Высокая

теплопроводность;

- Низкая гидравлическая

проводимость;

-естественное течение

грунтовых вод <1 м/год;


- естественный

водоносный слой с

высокой

гидравлической

проводимостью;

- водоупор

водоносного пласта

сверху и снизу;

- Слабое течение

естественных

подземных вод или его

отсутствие;

- Толщина водоносного

слоя глубиной 20-50 м.


Водный теплоаккумулятор

3 апреля 2012 г. ООО «Рентехно» www.rentechno.com, [email protected]

9

С точки зрения термодинамики, водяной теплоаккумулятор является

наиболее подходящим видом аккумулирования тепловой солнечной энергии

благодаря высокой теплоемкости воды. Принцип работы заключается в том, что

в изолированные баки вода добавляется и отбирается с помощью насосных

станций. При этом, большая емкость бака позволяет создать высокую степень

стратификации воды, то есть обеспечивает послойный нагрев, что способствует

снижению уровня теплопотерь в баке. Отбор тепловой энергии осуществляется

по трубам либо через теплообменники. В основном такая технология

аккумулирования тепловой солнечной энергии применяется для частных домов,

но есть примеры применения также в качестве сезонного аккумулятора с

крупными солнечными отопительными системами. Преимущественно

применяется бак из армированного бетона частично или полностью

помещенный под землю. Такой бак может быть выполнен практически

независимо от геологических условий. Бак термически изолирован как минимум

в области крыши и вертикальных стен.


Водный теплоаккумулятор

3 апреля 2012 г. ООО «Рентехно» www.rentechno.com, [email protected]

10


Гравийный теплоаккумулятор



Резервуар из водонепроницаемого пластикового материала заполнен

водой и гравием. Нет необходимости в несущих конструкциях, так как давление

на дно и стены резервуара оказывает гравий. Аккумулятору должна быть

обеспечена термическая изоляция, как минимум для боковых стен и верхней

части (крышки резервуара). Зарядка и разрядка осуществляется посредством

теплообменников либо пластиковых трубопроводов, подведенных к разным

уровням внутри аккумулятора. Смесь воды и гравия имеет более низкую

теплоемкость, чем только вода и, поэтому, объем бассейна должен быть

примерно на 50% больше, чем водный аккумулятор, чтобы достичь такой же

аккумулирующей емкости.


Гравийный теплоаккумулятор




Грунтовый теплоаккумулятор



Для строительства и успешной эксплуатации грунтового аккумулятора

необходимо соблюдение таких условий как: соответствующий состав грунта и

достаточно свободного пространства.

Концепция данной системы состоит в хранении солнечной тепловой

энергии непосредственно в грунте. Подходящими геологическими формациями для

ее применения могут быть, к примеру, горная/скалистая почва или

водонасыщенный грунт. Зарядка и разрядка грунтового аккумулятора

осуществляется с помощью вертикальных теплообменников, помещенных в

буровые скважины на глубину 30 – 100 м. На поверхности аккумулятора находится

слой изоляции, предотвращающий потери тепла в окружающую среду. Во время

зарядки, тепловой поток направлен из центра к периферии, чтобы в результате

получить более высокие температуры в центре и более низкие на границе. Во

время разрядки направление теплового потока обратное. Преимуществом такой

системы является модульная конструкция, которая дает возможность к

расширению. Дополнительные буровые скважины с вертикальными

теплообменниками могут быть легко добавлены, например, в случае увеличения

количества отапливаемых домов в жилом районе.


Грунтовый теплоаккумулятор




Теплоаккумулятор в водоносном слое



Система подземного аккумулирования энергии состоит из двух скважин, через

которые откачивается или закачивается вода из водоносного слоя, являющегося

аккумулирующей средой. Одна скважина используется для аккумулирования тепла,

другая - холода. Скважины находятся на расстоянии нескольких десятков метров друг

от друга, исключающем взаимное влияние теплого и холодного "колоколов" и наземно

соединены между собой трубопроводом с включенным туда теплообменником.

Лето. Холод (ранее запасенный) из холодной скважины используется для

холодоснабжения потребителя. Вода из водоносного слоя с температурой 7-10°С

откачивается из холодной скважины и в теплообменнике отдает холод потребителю.

После этого уже с более высокой температурой она закачивается обратно в

водоносный пласт через теплую скважину. Таким образом, по мере подачи холода

потребителю сокращается запас холода вокруг холодной скважины, но одновременно

создается запас тепла в теплой скважине.

Зима. Как только у потребителя возникает потребность в тепле, направление

процесса меняется: теплая вода откачивается из теплой скважины и после отдачи

тепла в теплообменнике закачивается в водоносный пласт через холодную скважину.

Теперь вокруг холодной скважины растет запас запасенного холода. Таким образом,

осуществляется годовой цикл зарядки-разрядки тепла и холода.


Теплоаккумулятор в водоносном слое







Введение


Применение тепловых насосов для центрального отопления жилых районов




Применение тепловых насосов



Схема подключения теплового насоса в отопительную солнечную

систему с сезонным аккумулятором


Преимущества использования тепловых насосов



• Экономия на электричестве при использование теплового насоса вместо электрического подогревателя в качестве дополнительного источника энергии;

• Более высокая экономическая эффективность системы;

• Более эффективное использование теплового аккумулятора в холодное время года в странах с умеренным и холодным климатом;

• Возможность более глубокой разрядки сезонного аккумулятора, то есть работа при низких температурах теплоносителя;

• Возможность установки сезонного аккумулятора меньшего объема с сохранением тепловой мощности системы;

• В комбинации с грунтовым аккумулятором – наличие скважин.




СОДЕРЖАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ Содержание презентации

Введение








СОДЕРЖАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ Drake Landing Solar Community

В городе Окотокс, Альберта, Канада (координаты: 51.1 с.ш. 114 з.д.)

была реализована последняя и наиболее успешная отопительная солнечная

система с сезонным грунтовым аккумулятором без теплового насоса - Drake

Landing Solar Community (DLSC). При ее проектировании канадцы учли

практический опыт и изучили результаты исследований европейцев в этой

области с целью создать экономически выгодную и эффективную

круглогодичную систему отопления с максимально возможной солнечной

составляющей в общем энергопотреблении жилого района.

Солнечная отопительная система с грунтовым аккумулятором в

районе Окотокс была введена в эксплуатацию в 2007 году. Это была первая

солнечная отопительная система в Северной Америке, способная покрывать

более 90% потребности в отоплении 52 частных домов за счет солнечной

энергии. Централизованная система отопления жилого района

спроектирована таким образом, чтобы запасать избыток солнечной энергии в

теплый период с помощью грунтового аккумулятора для дальнейшего

использования в период, когда необходимость в ней возрастает.





Отопительная система с сезонным грунтовым аккумулятором

состоит из следующих компонентов:

• 800 солнечных коллекторов с углом наклона 450, которые

закреплены на крышах гаражей и перекрытиях между ними по всей

территории жилого района;

• временного аккумулятора тепловой солнечной энергии (2

металлических бака 120 куб.м каждый);

• грунтового аккумулятора (144 скважины глубиной 37 м и

расстоянием 2,25 между ними, диаметр площади поверхности 35 м);

• местной распределительной системы;

• 52 энергоэффективных дома.





Схема солнечной отопительной системы





Преимущества солнечной отопительной системы для жилого района

Влияние на экологию

района

Снижение выбросов на 5 тонн парниковых

газов ежегодно

Использование экологически чистой

энергии солнца

Экономическая эффективность

На 4й год эксплуатации 86%

отопления обеспечивается

солнечной энергией

Значительное сокращения

потребления газа




СОДЕРЖАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ Содержание презентации

Введение








СОДЕРЖАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ Заключение

Мировой опыт применения солнечных систем для отопления и

горячего водоснабжения жилых районов доказали возможность

и экономическую эффективность круглогодичного

использования этой технологии в условиях умеренного и

холодного климата. Использование солнечной энергии для

центрального теплоснабжения позволяет значительно снизить

импорт энергоресурсов, повысить эффективность их

использования, а также способствуют повышению уровня

энергобезопасности, экономической конкурентоспособности и

независимости, как отдельного жилого района, так и страны

вцелом.


Documents

Solar district heating