Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach. Mariusz Bogacki Fundacja na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii w Katowicach www.fewe.pl www.czestochowa.energiaisrodowisko.pl www.oze.info.pl © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001 – 2004.
Download ReportTranscript Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach. Mariusz Bogacki Fundacja na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii w Katowicach www.fewe.pl www.czestochowa.energiaisrodowisko.pl www.oze.info.pl © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001 – 2004.
Przegląd technologii OZE możliwych do zastosowania w budynkach. Mariusz Bogacki Fundacja na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii w Katowicach www.fewe.pl www.czestochowa.energiaisrodowisko.pl www.oze.info.pl © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001 – 2004. Technologie OZE znajdujące zastosowanie w budynkach Ogniwa fotowoltaiczne Biomasa Solarne podgrzewanie powietrza Solarne podgrzewanie wody Pasywne ogrzewanie solarne Gruntowe pompy ciepła © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001 – 2004. Jednostkowe nakłady inwestycyjne © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001 – 2004 Ogniwa fotowoltaiczne Co zapewniają systemy PV? • Energia elektryczna (AC/DC) …ale także… Niezawodność Prostota Modułowość Wygląd (wizerunek) Cicha praca Źródło: Centrum fotowoltaiki Elementy systemów PV • Moduły • Akumulacja: akumulatory, Ogniwo zbiorniki • Zasilacz mocy Falownik Regulator ładowania Prostownik Przetwornica Moduł Układ PV Źródło: Photovoltaics in Cold Climates, Ross & Royer, eds. • Inne generatory: olej napędowy/benzyna, turbina wiatrowa Systemy podłączone do sieci • Integracja PV Rozproszona Scentralizowana Scentralizowana instalacja PV • Typ sieci Centralna Wydzielona Wytwarzanie rozproszone Miernik Miernik • Zwykle nieopłacalne bez źródła rezerwowego Sieć energetyczna Źródło: Photovoltaics in Cold Climates, Ross & Royer, eds. Systemy pracujące poza siecią • Konfiguracja systemu Samodzielny Hybrydowy Układ PV Genset Zasilacz mocy • Często bardzo opłacalne Najlepiej małe zapotrzebowanie (< 10 kWp) Mniejsze koszty inwestycyjne od kosztów Akumulatory Antena radiowotelewizyjna doprowadzenia sieci Niższe koszty EiK w porównaniu do genset-ów i baterii galwanicznych Źródło: Photovoltaics in Cold Climates, Ross & Royer, eds. Przykłady: Finlandia i Kanada Domy i domki letniskowe oddalone od sieci • Modułowość Domek letniskowy Dom • Prostota • Redukcja hałasu • Brak linii przesyłowych Zdjęcie: Fortum NAPS (Photovoltaics in Cold Climates) System hybrydowy • Domki letniskowe: korelacja z sezonowym zapotrzebowaniem • Użytkowanie całoroczne: systemy hybrydowe Zdjęcie: Vadim Belotserkovsky Zdjęcie: Vadim Belotserkovsky Przykłady: Szwajcaria i Japonia Budynki podłączone do sieci wyposażone w systemy PV • Zwykle nieopłacalne bez dofinansowania zewnętrznego • Uzasadnione przez: Wygląd Korzyści ekologiczne Stymulowanie rynku System dachów solarnych Zdjęcie: Atlantis Solar Systeme AG • Długoterminowe umowy z wytwórcami, administracją i usługami zmniejszają koszty PV zintegrowane w przeszkleniu Zdjęcie : Solar Design Associates (IEA PVPS) Solarne podgrzewanie wody Co zapewniają systemy SPW? Centrum konferencyjne, Bethel, Lesoto • Ciepła woda użytkowa • Wspomaganie systemów ogrzewania • Ciepło procesowe • Podgrzewanie wody basenowej Zdjęcie: Vadim Belotserkovsky Budownictwo mieszkaniowe, Kungsbacka, Sweden …ale również… Zwiększona rezerwa ciepłej wody Wydłużenie sezonu pływackiego (podgrzewanie basenu) Zdjęcie: Alpo Winberg/ Solar Energy Association of Sweden Elementy systemów SPW Panel PV Kolektory słoneczne Schemat systemu solarnego Termosyfon podgrzewania wody Obieg wody podgrzewanej Ciepła woda dla budynku Wstępny zasobnik Obieg glikolowy wody podgrzewanej Pompa glikolu przez system solarny Wymiennik ciepła Zawór spustowy Rysunek: NRCan Woda podgrzewana solarnie Rozdzielacz Zasobnik c.w.u. Zimna woda zasilająca Kolektory słoneczne odkryte • Niska cena • Niska temperatura Kolektor solarny nieoszklony Szczeliny dozujące przepływ • Trwały • Lekki Wlot kanału Kanały przepływowe powodują równomierny przepływ przez kolektor • Sezonowe podgrzewanie wody basenowej 2” rura zbiorcza Strumień wody basenowej • Niskie ciśnienie • Mała wydajność przy chłodnej i wietrznej pogodzie Rysunek: NRCan Kolektory słoneczne płaskie Szyba solarna • Umiarkowana cena • Wyższa temperatura pracy Obudowa • Może pracować przy ciśnieniu sieciowym wody zasilającej Absorber • Cięższy i mniej odporny Wężownica na uszkodzenia Izolacja Rysunek: NRCan Rura zbiorcza Kolektory słoneczne próżniowe Kolektor próżniowy • Wyższe koszty • Brak strat konwekcyjnych • Wysoka temperatura • Zimniejsze strefy klimatyczne • • Mała odporność na uszkodzenia Instalacja może być bardziej skomplikowana Czynnik grzewczy w postaci pary lub cieczy Absorber Przewód cieplny Rysunek: NRCan • Opady śniegu stanowią mniejszy problemem Produkcja i rozwój kolektorów próżniowych w Chinach Zdjęcie: Nautilus Uwarunkowania projektu solarnego podgrzewania wody • Czynniki wpływające na powodzenie projektu: Duże zapotrzebowanie na ciepłą wodę obniżające udział kosztów stałych Wysokie koszty energii (np. gdy inne tańsze nośniki energii są niedostępne) Niepewność dostaw energii konwencjonalnej Duża korzyść środowiskowa dla właściciela/operatora budynku • Zapotrzebowanie na ciepłą wodę w godzinach dziennych wymaga mniejszej akumulacji ciepła (mniej zasobników) • Tańsze systemy sezonowe mogą być finansowo korzystniejsze niż bardziej kosztowne systemy całoroczne • Wymogi konserwacyjne podobne jak w każdej instalacji hydraulicznej, jednak operator musi dopilnować okresowej konserwacji i napraw Solarne podgrzewanie powietrza Co zapewniają systemy SPP? • Ciepłe powietrze wentylacyjne Szkoła, Yellowknife, Kanada • Ciepłe powietrze technologiczne …ale także… Zwiększenie odporności budynku na warunki pogodowe Zmniejszenie strat ciepła przez ściany zewnętrzne Kolektor słoneczny Zdjęcie: Arctic Energy Alliance Zmniejszenie efektu stratyfikacji Lepsza jakość powietrza Ograniczenie problemów związanych z ciśnieniem Zdjęcie: Enermodal Engineering Działanie systemu SPP 1. Ciemny, perforowany absorber pochłania energię słoneczną 2. Wentylator wymusza przepływ powietrza przez kolektor 3. Regulacja temperatury Żaluzje Dogrzewanie 4. Rozprowadzanie powietrza w budynku 5. Odzyskiwanie strat ciepła przez ściany zewnętrzne 6. Zmniejszenie gradientu temperatur 7. Żaluzja obejścia letniego 3 7 4 2 WENTYLATOR RECYRKULOWANE STARTY CIEPŁA PRZEZ ŚCIANĘ 5 1 KANAŁY WENTYLACYJNE 6 POWIETRZE ZEWNĘTRZNE JEST PODGRZEWANE PODCZAS PRZEPŁYWU PRZEZ ABSORBER SZCZELINA POWIETRZNA OBSZAR PODCIŚNIENIA PRZESTRZEŃ POWIETRZNA ABSORBER CIEPŁA SŁONECZNEGO PROFILOWANA POWŁOKA STANOWIĄCA WIATROILOZACJĘ Przykłady: Kanada i USA Podgrzewanie ciepła wentylacyjnego • Poprawa jakości powietrza niewielkim kosztem • Zakres wielkości od kilku m2 do 10 000 m2 • Kanały powinny być montowane blisko ściany południowej • Okres zwrotu wynosi zwykle 2 do 5 lat • Zazwyczaj okres zwrotu dla Brązowy kolektor na budynku systemów przemysłowych jest krótszy przemysłowym, Connecticut, USA Przenośna sala lekcyjna, Ontario, Kanada Zdjęcie: Conserval Engineering Zdjęcie: Conserval Engineering Budynek mieszkalny, Ontario, Kanada Pasywne ogrzewanie solarne Co zapewniają systemy POS? • od 20 do 50% potrzeb grzewczych Projekt pasywnego systemu solarnego w budynku, Niemcy …ale także… Zwiększenie komfortu Lepszy dostęp światła dziennego Możliwość zmniejszenia kosztów klimatyzacji Zdjęcie: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website) Budynek NREL w Golden, Kolorado Ograniczenie kondensacji pary na szybach okien Możliwość zastosowania urządzeń grzewczych/chłodniczych o mniejszej mocy Zdjęcie: Warren Gretz (NREL Pix) Zasada działania POS Tradycyjnie Lato Zacienienie POS Zawansowane technologicznie okna Akumulacja ciepła Zima Uwarunkowania projektów pasywnego ogrzewania solarnego • Najbardziej opłacalne w nowowznoszonych budynkach Brak ograniczeń w lokalizacji okien od strony południowej i unikanie umieszczania okien od strony zachodniej Moc systemów grzewczych i ogrzewania powietrznego może być zmniejszona • Opłacalne przy modernizacji, w której planujemy wymianę okien • Najbardziej opłacalne gdy zapotrzebowanie na ogrzewanie przewyższa zapotrzebowanie na chłodzenie W umiarkowanym i zimnym klimacie niskie budownictwo mieszkaniowe jest najlepsze Budynki komercyjne i przemysłowe posiadają duże własne zyski ciepła • Rozpatrywanie wymiany okien z uwzględnieniem reszty skorupy budynku Gruntowe pompy ciepła Co zapewniają systemy GPC? • Ogrzewanie Impact 2000 Home, Massachusetts, USA • Chłodzenie • Ciepła woda Zdjęcie: Solar Design Associates (NREL PIX) …ale również… Efektywność Mniejsze potrzeby konserwacji Oszczędność miejsca Niskie koszty eksploatacyjne Pompa ciepła w mieszkalnictwie Stabilna wydajność Komfort i ochrona powietrza Ograniczenie szczytowej mocy elektrycznej dla celów klimatyzacji Elementy systemów GSHP 1. Wymiennik gruntowy Grunt Woda gruntowa Woda powierzchniowa 2. Pompa ciepła 3. Wewnętrzna instalacja grzewcza/chłodnicza Przewody tradycyjne 3 2 1 Uwarunkowania projektu Gruntowych Pomp Ciepła • Najbardziej opłacalne gdy: Rozmieszczenie wymiennika ciepła, Budynek komercyjny Zapotrzebowanie na ogrzewanie i chłodzenie Duże sezonowe zmiany temperatury Nowe instalacje lub wymiana systemu HVAC Ogrzewanie: niskie ceny energii elektrycznej a wysokie ceny gazu i oleju opałowego Chłodzenie: wysoka cena energii elektrycznej oraz Montaż GPC opłaty za moc szczytową • Dostępność sprzętu do wykopów oraz sprzętu wiertniczego • Niepewność co do kosztów wykonania wymiennika • Oczekiwania inwestora w zakresie efektywności kosztowej Zdjęcie: Craig Miller Productions and DOE (NREL PIX) Przykłady: Australia, Niemcy i Szwajcaria Budownictwo mieszkaniowe • Nowoczesne domy 20 kW pompa ciepła-wody gruntowe, Niemcy Urządzenie wiertnicze do odwiertów pionowych, Szwajcaria Wyższe koszty początkowe Daleka perspektywa uzyskania efektów ekonomicznych Zdjęcie: Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V. 320 mieszkań, Południowa Australia Korzyści użytkowe i środowiskowe • Dopłaty i zachęty mogą być istotnym czynnikiem Zdjęcie: GeoExchange Consortium Zdjęcie: Eberhard & Partner AG Przykłady: Wlk. Brytania i USA Budownictwo komercyjne • Wymagany prosty okres zwrotu (< 5 lat) • Dostępność terenu może stwarzać problem • Wykorzystywana mniejsza powierzchnia użytkowa • Proste sterowanie i podział systemu • Zmniejszenie ryzyka zniszczenia • Zmniejszenie opłat szczytowych • Ogrzewanie pomocnicze nie jest wymagane Budynek komercyjny, Croydon, Wlk. Brytania Zdjęcie: Groenholland B.V. Grupa budynków, Kentucky, USA Zdjęcie: Marion Pinckley (NREL PIX) Stacja benzynowa, Kansas, USA Zdjęcie: International Ground Source Heat Pump Association Spalanie biomasy Co zapewniają systemy spalania biomasy? • Ciepło dla Mieszkalnictwa Budownictwa społecznego Ciepłownia, dostarczanie ciepła dla Rapeseed, Niemcy Procesów przemysłowych …ale również… Tworzenie nowych miejsc pracy Wykorzystanie odpadów biomasowych Możliwość zastosowania w sieciowych systemach cieplnych i odzyskiwania ciepła odpadowego Zdjęcie: Centrales Agrar-Rohstoff-Marketing- und Entwicklungs-Netzwork Atrybuty środowiskowe biomasy • Zrównoważona zbiórka biomasy: Wióry drewna Zerowa emisja gazów cieplarnianych • Niska zawartość siarki zmniejsza ilość kwaśnych deszczy • Lokalna emisja substancji zanieczyszczających powietrze Zdjęcia: Bioenerginovator Cząstki stałe (sadza) Zanieczyszczenia gazowe Związki kancerogenne Może być przedmiotem regulacji co do dopuszczalnych wartości emisji substancji szkodliwych do atmosfery Wytłoki trzciny cukrowej Zdjęcie: Warren Gretz/NREL Pix Uwarunkowania projektu spalania biomasy • Dostępność, jakość i cena biomasy w stosunku do paliw kopalnych Przyszłe nie-energetyczne wykorzystanie biomasy (np. pulpa) Kontrakty długoterminowe • Możliwa powierzchnia pod dostawy, składowanie i duże kotły • Wymagana niezawodna i wyspecjalizowana obsługa Zaopatrzenie w paliwo oraz obsługa odpopielania • Przepisy środowiskowe dotyczące jakości powietrza i zagospodarowania popiołu • Ubezpieczenie i zagadnienia bezpieczeństwa Dziękuję za uwagę © Ministerstwo Zasobów Naturalnych Kanady 2001 – 2004.