Energie v udržitelném městském plánování

Transkript

1 Energie v udržitelném městském plánování Technické znalosti jsou nezbytné při prosazování cílů Eneko Arrizabalaga, Lara Mabe, Xabat Oregi, Patxi Hernandez - TECNALIA Masterclass 2

2 Obsah Co je udržitelná energetika? Proč udržitelná energetika? Úvod do technologií udržitelné energetiky Pasivní opatření (budovy) Solární energetika Fotovoltaická energetika Bioenergetika Větrná energetika Kogenerace Využití odpadního tepla (např. z průmyslu) Vytápění a chlazení za použití tepelných čerpadel Dálkové vytápění Tepelná akumulace energie (krátkodobá a dlouhodobá) Srovnání energetické poptávky a možností dodávky

3 Co je to Udržitelná energetika? Zaměstnanost Přístup k energetice Kvalita života

4 Udržitelnost & životní cykly Cíle životního cyklu Snížení využívání zdrojů a dopadů na životní prostředí, zlepšení sociálněekonomického výkonu během celého životního cyklu. ZABRÁNĚNÍ BŘEMENNÉ ZÁTĚŽE Míří nad rámec tradičního zaměření na výrobní závody a výrobní procesy. Environmentální, sociální a ekonomické dopady výrobku během jeho celého životního cyklu, včetně veškeré spotřeby a konečné fáze použití. Source:

5 Udržitelnost & životní cykly Source: NREL, 2012,Life Cycle Assessment Harmonization Project.

6 Udržitelnost & životní cykly Dopady na životní prostředí Zdroj: IPCC, 2011

7 Udržitelnost & životní cykly Sociální dopady Zdroj: UNEP, Green Economy Report, 2011.

8 New perspective Udržitelnost Refurbishment & životní throughout cykly its life cycle Podle manuálu CEN / TC 350 Udržitelnost stavebních prací analýza energetické náročnosti projektu z hlediska životního cyklu. Zdroj: CEN/TC 350. Sustainability of construction works - Assessment of environmental performance of buildings - Calculation method.

9 Proč Udržitelná energetika? Výhody na lokální/regionální/národní/globální úrovni: Změna klimatu. Bezpečnost dodávek. Konkurenceschopnost. Vytváření lokálních pracovních míst. Nedostatek paliv.

10 Přístup k udržitelné energetice: Trias Energética ÚSPORA ENERGIE (PASIVNÍ OPATŘENÍ)

11 Přístup k udržitelné energetice: Ochrana + účinnost + obnovitelná energie OCHRANA. Pasivní opatření. VYUŽITÍ OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ ENERGIE. Solární energetika Fotovoltaika Bioenergetika Větrná energetika EFEKTIVITA VYUŽITÍ ENERGIE. Kogenerace Využití odpadního tepla (např. z průmyslu) Vytápění a chlazení prostřednictvím tepelného čerpadla Dálkové vytápění Tepelná akumulace energie (krátkodobá a dlouhodobá)

12 OCHRANA: Pasivní strategie Typické pasivní strategie Města Budovy Stín. Vegetace. Urbanismus (hustota) Stín. Tepelná energie Přirozené větrání Solární energie Zvlhčování / Odvlhčování Obtížnost definovat hlavní pasivní strategie při tvorbě města Potřeba analyzovat každý případ dle využití, polohy, cíle projektu

13 OCHRANA: Pasivní strategie 1-Analýza klimatu před návrhem analyzovat klimatické podmínky. Nástroje: předpovědi počasí, analýzy apod. DRY BULB TEMPERATURE - San_Sebastian, ESP 2nd June to 1st November C C th 14th 21st 28th 7th 14th 21st 28th 7th 14th 21st 28th 7th 14th 21st 28th 7th 14th 21st 28th Jun Jul Aug Sep Oct Definice prvních hlavních strategií. LEGEND Comfort: Thermal Neutrality Temperature Rel.Humidity Wind Speed Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover Zachytit co největší množství tepla skrz prosklené otvory DAILY CONDITIONS - 11th January (11) C W/ m² Shromažďování tepla zachyceného tepelnou hmotou stavby k k Využití vnitřního tepelného zatížení k k 0 0.2k k

14 2-Solární/stínové analýzy OCHRANA: Pasivní strategie Zdroj: Oregi Isasi, X. Definice prvních hlavních strategií. Oblast Výška budovy, šířka ulice, geometrické proporce Budova orientace, velikost oken, potřeba stínění

15 OCHRANA: Pasivní strategie 2-Solární/stínová analýza potřeba analyzovat v průběhu odlišných podmínek: zimní/letní čas apod. Zdroj: Oregi Isasi, X. 09:00 13:00 17:00 Optimalizace oslunění v průběhu dne.

16 OCHRANA: Pasivní strategie 3-Okna a stíny optimalizace rozměru oken, přizpůsobení staveb povětrnostním podmínkám, lokalizace stavby. Zdroj: Oregi Isasi, X. Tato strategie umožňuje zlepšit pasivní chování budovy: Zabránění přetápění. Využití přirozeného osvětlení. Přirozené větrání otevřenými okny.

17 OCHRANA: Pasivní strategie 4- Analýza teploty vzduchu a vlhkosti (v městském měřítku) Možnost analyzovat a vyhnout se problémům souvisejícím s efektem tepelných městských ostrovů (UHI). -vliv typu zástavby (geometrie). -umístění vegetace. -vliv zelených střech. Vliv:

18 OCHRANA: Pasivní strategie 4- Rychlost proudění vzduchu (v měřítku města/budovy) Schopnost lokalizovat konfliktní místa Zdroj: Aurea Consulting Možnost změny/adaptace geometrie lokality na jiné městské prvky.

19 OCHRANA: Pasivní strategie 4- Tepelná optimalizace budovy Hodnota přístupu (U) přímo souvisí s izolací. Tepelná setrvačnost. Vnitřní zisky. Vlastnosti oken: propustnost a solární faktor. Stavební použití: plán, distribuce. Možnost porozumět termálním vlivům všech parametrů Dynamická simulace

20 Problémy příklady OCHRANA: Pasivní strategie 1- Londýnské budovy rozpouští auta a zakládají ohně

21 Problémy příklady OCHRANA: Pasivní strategie 2- Mikroklimatické dopady: Záře okolo Walt Disney Concert Hall Zdroj: Marc Schiler

22 OCHRANA: Pasivní strategie Strategie pro stávající lokality PASIVNÍ renovace: zlepšení vlastností různých prvků, které mají přímý vliv na energetické náročnosti budov.

23 OCHRANA: Pasivní strategie Refurbishment strategies - passive - insulation Strategie pro stávající lokality Z hlediska přenosu tepla a spotřeby energie je nejvýznamnějším materiálem při renovaci tepelný izolant. Jediná, která splňuje tři požadavky. ŠETŘÍ energii, REDUKUJE emise CO2 a POSKYTUJE více komfortu uživatelům. Nejnižší cena a maximum výhod pro uživatele / vlastníky budov.

24 OCHRANA: Pasivní strategie Strategie pro stávající lokality Důležitost umístění izolace může významně ovlivnit energetickou náročnost rekonstruované budovy. vnitřní plochy jsou udržovány při teplotách blízkých těm v interiéru, aby se zabránilo možné povrchové kondenzaci. veškeré teplo je odváděno na přední straně desky, vytváří tak body s vysokým rizikem zamlžení Analýza tepelných toků v přední části desky Aktuální stav 6 cm zvenčí 6 cm zevnitř Zdroj: Oregi, X. Rehabilitación de edificios residenciales hacia consume casi cero. Máster de Investigación en Eficiencia Energética y Sostenibilidad en Industria, Transporte, Edificación y Urbanismo. EHU, 2012.

25 OCHRANA: Pasivní strategie KOMFORT Pasivní strategie přímo souvisí s komfortními podmínkami. Zdroj: Aurea Consulting - Jaké jsou parametry, které mohou zlepšit nebo optimalizovat projekt rekonstrukce? - Jak důležitý je komfort v běžném životě člověka?

26 OCHRANA: Pasivní strategie OMEZENÍ Pro modernizaci stávajících budov čas změnit názor na rozsah akce a analyzovat potenciál prvků nebo odvětví přilehlých k budově, v lokalitě nebo ve městě. V každém projektu je třeba brát v potaz interní předpisy, historickou hodnotu budovy, oslunění... V mnoha případech jsou limity větší než možnosti.

27 OCHRANA: Pasivní strategie OMEZENÍ V mnoha případech není možné poskytnout pasivní konzervativní řešení Definovat nová řešení pro zlepšení životního prostředí a energetické účinnosti našich měst a budov 1. VYUŽITÍ OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ ENERGIE. 2. EFEKTIVNÍ VYUŽITÍ ENERGIE.

28 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární/Termální Tradičně se používá k výrobě tepla ze slunečního záření s cílem pokrytí energetických potřeb budovy k ohřevu vody. Dnes se technologie zlepšila a její aplikace má široký rozsah (vytápění, elektřina, solární chlazení) Výhody: Jsou kompatibilní téměř se všemi systémy tepelných podpory. Hlavní náklady jsou při počáteční investici. Kolísání cen ropy, zemního plynu nebo elektřiny mají malý vliv. Vytváří regionální i lokální pracovní místa - solární zdroj je prakticky neomezený a je vhodný pro většinu Evropy. častečně vhodné pro: komunitní centra, domovy důchodců, sociální byty, školy a sportovní centra. Nevýhody: Zdroj je rozptýlen v čase a prostoru. Problémy při sezónním skladování tepla Vysoká variabilita ekonomické návratnosti v závislosti na umístění Externí faktor: sklon (40-50 ), orientace, tvar, prostor Vnitřní faktor: prostor a nezávislé topení

29 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální Plochý kolektor prosklený plochý kolektor neprosklený solární kolektor (Zdroj: Victoria Sustainability.) Kolektory vyprazdňování trubic Solární teplovzdušné vytápění/chlazení (Zdroj: Franz Mauthner and Werner Weiss. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply IEA Solar Heating & Cooling Programme, May 2013)

30 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální - využití Aktivní solární vytápění/chlazení Systémy s přírodním a nuceným oběhem Solární ohřev TUV v budovách. Solární kombinované systémy pro ohřev vody a vytápění. Ohřev bazénu. Velkoplošné solární systémy a sluneční dálkové vytápění. Solární vytápění za pomocí průmyslu. Úprava vody a odsolování mořské vody. Solární teplo pro chladící aplikace. (Zdroj: IEA. Solar Heating and Cooling Technology Roadmap)

31 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální - využití Pasivní technologie využívající denní světlo

32 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální - informace Solární radiace ve městě (Bilbao) : 1300 kwh /m2 za rok

33 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální - příklad Solární systém předehřátí teplé vody Qsol,out,m = ( ay + bx + cy² + dx² + ey3 + fx3 ) Qsol,us,m [kwh] - Qsol,us,m je měsíční spotřeba tepla aplikovaná na tepelnou sluneční soustavu [kwh] - a, b, c, d, e, jsou korelační faktory související s typem zásobníku. [-] - f je nový korelační faktor specifický pro přímé sluneční záření. - X a Y jsou bezrozměrná čísla X = A Uloop ηloop ΔΤ fst tm / (Qsol,us,m 1 000) Y = A IAM η0 ηloop Im tm / (Qsol,us,m 1 000) Pomocná spotřeba energie (čerpadla) Wsol,aux,m = Paux,nom taux,m / 1000 Systémové tepelné ztráty Tepelné ztráty solárního zásobníku Tepelné ztráty v distribuci mezi tepelnou sluneční soustavou a záložním ohřívačem -A je plocha kolektoru -Uloop je koeficient ztráty tepla v kolektorovém okruhu [W/(m² K)] -ηloop je faktor efektivity kolektorového okruhu s ohledem na vliv tepelného výměníku. -ΔT je referenční teplotní rozdíl -fst je korekční faktor skladovací nádrže. [-] -tm je délka měsíce [h]; -Q sol,us,m je měsíční spotřeba tepla aplikovaná na tepelnou sluneční soustavy [kwh] -IAM je modifikátor úhlu dopadu kolektoru -η0 je koeficient účinnosti nulové ztráty kolektoru -Im je průměrné sluneční záření na plochém kolektoru během sledovaného období. [W/m2]

34 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální - příklad

35 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální - výdaje Solární systémy teplé užitkové vody stojí v Evropě EUR / MWh tepla. Jsou obvykle dražší než teplo vyráběné ze zemního plynu v městských oblastech, ale často dokážou konkurovat maloobchodním cenám elektřiny. U solárních kombinovaných systémů je cena asi EUR/MWh. Tyto náklady by se měly snížit do roku 2030 : EUR za MWh u solárních systémů ohřevu vody, EUR za MWh u kombinovaných systémů, za MWh u aplikací většího rozsahu (>1MWth). Zdroj: IEA Renewable Energy Essentials: Solar Heating and Cooling

36 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Fotovoltaika

37 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Fotovoltaika Fotovoltaické (PV) solární technologie vytváří elektřinu za pomoci fotovoltaického jevu. Výhody; - Celkové sluneční záření na zemský povrch je E12 TJ za rok (obnovitelné zdroje). - Přeměna solární energie nemá žádné emise během provozu - Téměř bez potřeby údržby - Aplikace možná v mnoha řádech (od mw až po MW). - Přímé a difúzní záření - Křemík je druhý nejhojnější prvek na Zemi a není toxický. Je možné použít v budovách. Nevýhody; - Nízká hustota energie. - Výroba je závislá na povětrnostních podmínkách a ozařování. - nevyhovující skladovací prostory. - Čištění křemíku je energeticky náročný (a nákladný) proces. - Zabírá velké plochy

38 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Fotovoltaika současné technologie a budoucí trendy Moduly na krystalické bázi Single-krystalické křemíkové buňky: účinnost13-18% Multikrystalické křemíkové buňky: účinnost 11-16% Křemíkové technologie Ribbon : účinnost 10-14% Tenký povrch Amorfní křemík (a-si) Telurid kadmia (CdTe) účinnost 6-9% Měď-indium-galium-selenid (CIGS) (Zdroj: Frankl, Menichetti and Raugei, 2008) (Zdroj: M. de Wild-Scholten (ECN), Sustainability: Keeping the Thin Film Industry green, presented at the 2nd EPIA International Thin Film Conference in Munich on November 12, 2009.)

39 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Fotovoltaika - využití Mřížková aplikace Izolovaná aplikace (Zdroj. IEA- PVPS T1-21:2012) Izolované systémy (off-grid aplikace) pro výrobu elektřiny nezávisle na elektrizační soustavě: Izolované systémy při domácím použití Izolované systémy při instalaci mimo domov Izolované centralizované PV mini-systémy

40 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Fotovoltaika - využití Síťové systémy (On-grid applications) jsou napojeny k elektrické síti a nahrazují sílu, kterou by jinak bylo možné čerpat z rozvodné sítě. * Součástí budov * Sklon, orientace, stín a prostor Zasíťované distribuované systémy Zasíťované centralizované systémy

41 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Fotovoltaika - výdaje Fotovoltaické systémy generují vysoké investiční náklady. Očekává se však, že dojde k jejich snížení v průběhu příštích let, a to díky postupnému pronikání tenkovrstvých modulů na trh, dále díky rozvoji výrobních procesů a zvyšujícímu se stupni integrace modulů na budovách.

42 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Geotermální - zdroje

43 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Větrné elektrárny - typy podle velikosti: Malé - domácí/rekreační. Velké komerční. podle umístění: Na souši. Na moři. V městské zástavbě.

44 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Větrné elektrárny - Úvahy Větrný zdroj Přístup k síti Smlouvy o nákupu elektřiny Součástí procesu plánování Estetika & Marketing

45 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Větrné elektrárny životní prostředí ve městě (přizpůsobení regulacím)

46 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Větrné elektrárny místní úřady Mapy povětrnostních podmínek a zdrojů Důležité téma při rozvoji komunit Pozitivní postoj / proaktivní přístup

47 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY : Biomasa neutrální CO2?

48 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY : Biomasa Paliva Farmová paliva Plantáže Sláma Odpadní paliva Průmyslový odpad (pila) Lesní odpad Komunální odpad Zpracované palivo Pelety Brikety

49 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY : Vytápění pomocí biomasy Klíčové faktory Teplárna Systém spalování biomasy. Zatížení topného systému. Volitelný záložní systém. Zásobování teplem Dodávky studené a horké vody. Systém vytápění jedné budovy, dálkový systém vytápění. Zásobování palivem Příjem paliva, skladování a dopravní zařízení. Automatizovaný převod paliva před spalováním. Zdroj : RETSCREEN

50 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY : Technologie vytápění biomasou Pec na dřevo Mokré dřevo, dřevěný odpad čipované Doprava Vytápění ve velkém 1MWth boiler / 300,000 Návratnost ~ 5 let Pily, velké komerční budovy, velké hotely, dálkové vytápění

51 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY : Technologie vytápění biomasou Peletová pec Zpracované pelety Jednoduché na transport Skladování Lze využít jakoukoli velikost Cena: 300kW / 75,000 Návratnost: >3 years Zdroj paliva

52 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY : Biomasa Místní úřady Použití biomasy v zásobování energií v budovách obecních úřadů: Vytápění a/nebo elektřina? Kolik energie? Jaké palivo je (potenciálně) k dispozici? Koordinace s dodavateli biomasy Farmáři, lesní spolky a skupiny, zdroje odpadního dřeva Diskutovat, co je udržitelným zdrojem biomasy: regionální / národní / mezinárodní měřítko

53 TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY : Bioplyn

54 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Tepelná čerpadla Tepelná čerpadla jsou schopna transformovat energii z nízké úrovně teploty na vyšší úroveň. Aby se přenos tepla z tepelného zdroje dostal tam, kam má, je potřeba pohon tepelného čerpadla (externí energie). Tepelná čerpadla lze využít pro vytápění nebo chlazení. Kompresní tepelné čerpadlo Absorpční tepelné čerpadlo

55 Hlavní typy čerpadel zahrnují: EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Tepelná čerpadla Hlavní typy Kompresní tepelná čerpadla; Mohou být použity pro vytápění nebo chlazení, jejich nejčastější použití v chladicích systémech, lednička, atd. COP u tepelných čerpadel je definováno jako poměr tepelného výkonu na energetické vstupy. U kompresních tepelných čerpadel lze dosáhnout COP až 6. Absorpční tepelná čerpadla; U tohoto typu tepelného čerpadla je kompresor nahrazen absorbérem a generátorem, ve kterém cirkuluje směs chladící směsi a absorbérem. Stupeň účinnosti je definován jako poměr tepelného výkonu na přívodu tepla. Moderní absorpční tepelná čerpadla mohou dosáhnout tepelné účinnosti až 1,5. Použití tohoto systému má smysl jen tehdy, pokud je využita odpadní energie či energie z obnovitelných zdrojů. V závislosti na vytápění a chlazení lze využít různých zdrojů vytápění a chlazení: vzduch-vzduch, vzduch-voda, voda-vzduch, země-vzduch a zeměvoda.

56 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Tepelná čerpadla Tepelné čerpadlo se svislým zemním vrtem (GSHP) Je otázkou, zda je GSHP skutečně relevantní aplikací geotermální energie. Požívá se při velmi nízkých teplotách zdrojů (nižší než 30 C) Výhody; - sezónní výkyvy počasí nemá vliv -Aplikace pro vytápění a chlazení a ohřev teplé vody -Kompatibilita s centralizovanou i distribuovanou výrobou energie -Dostupnost zdrojů ve všech světových regionech, a to zejména k přímému použití (Zdroj: Renewable Energy Essentials: Geothermal Nevýhody; -vysoké náklady -Využití elektrické energie pro výrobu tepla

57 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: GSHP Typy propojení se zemí Vertikální (GCHP) Horizontální (GCHP) Podzemní vody(gchp) -5-6 m mezi jednotlivými vrty -specializovaná instalace -nízké požadavky na povrch -dobré při přítomnosti vlhké zeminy -nespecializovaná instalace -potřeba velkých ploch -snížení nákladů -snížení dopadů -nová technologie. Má změna teploty nějaký efekt? Termoaktivní základy (GCHP) Zdroj: Zdroj : Geothermal Energy. Clauser. 2006)

58 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: GSHP Příklad GSHP systém je instalován ve veřejné budově ve Španělsku(C1) Požadavek na vytápění; -1000m2 58W/m h vytápění ACS poptávka 5KW Délka potrubí= Síla tepelného čerpadla [W]/ Tepelná kapacita terénu[w/m] Délka potrubí = [W]/45 [W/m]=989 m 10 vrtů o délce/hloubce 100m Potrubý: PE 100 2x U. D32mm D vrt= 150mm

59 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: GSHP Výdaje - Investiční náklady zemních tepelných čerpadel velmi závisí na zvoleném systému : Ceny GSHP se pohybují mezi / kwh - Nízké náklady na údržbu - V Evropě stojí geotermální dálkové vytápění celkem /MWh, v závislosti na trhu s elektřinou a provozních hodinách. (Zdroj; IEA Heat Pump Implementing Agreement, Navigant Consulting, Ecodesign Hot Water Task 4.) (IEA. Renewable Energy Essentials: Geothermal)

60 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Dálkové vytápění - REKUPERACE ODPADNÍHO TEPLA - KOGENERACE - OBNOVITELNÉ ZDROJE (STES, SOLÁRNÍ TERMÁLNÍ ELEKTRÁRNY, BIOMASA ATD.) Tepelné elektrárny. Centralizované výroba teplo a/nebo chlazení ve velkých zařízeních, které vytváří tepelnou energii potřebnou k uspokojení poptávky všech uživatelů. Tepelná energie může být generována turbínovými motory, kombinovaný systém, odpadní teplo a/nebo solární elektrárny. Rozvodová potrubní síť. Potrubní síť umožňuje přívod tekutin (teplých a/nebo studených) a je tvořena izolovanými trubkami za účelem minimalizace tepelných ztrát. Obvykle jsou trubky přiváděny podzemními drény, které kopírují rozložení ulic v městských oblastech. Rozvodny. Přenos tepla mezi distribuční sítí a spotřebiteli (budovy nebo domy) se provádí přes rozvodny. Skládají se z výměníku tepla, prvků, které regulují a kontrolují správnou funkci a dále z měřících prvků účtující energii.

61 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Dálkové vytápění - Výhody Šetří užitečný prostor v budovách, jelikož není nutná přítomnost vlastního systému výroby energie Umožňuje využívání obnovitelných zdrojů energie, nakládání s odpady, lokální a účinnější technologie (např. kogenerace) Úspory nákladů pro uživatele: - redukce účtů - netřeba investic do vybavení, údržby a / nebo renovací Zařízení jsou energeticky účinnější díky centralizované správě a údržbě. To snižuje dopad na životní prostředí a primární spotřebu energie. Nevýhody Účinnost je závislá na následujících parametrech: Teplota sítě: pokud je teplota vody nižší, čistá energetická účinnost tohoto systému je vyšší. Hustota čtvrti: spolu se zvýšením hustoty zastavěné plochy se realizace systémů dálkového vytápění stává výhodnější Velikost čtvrti: musí být zaručen minimální počet uživatelů připojených k síti Vysoké investiční náklady: návratnost až po dlouhé době Poptávka po vytápění: kvůli velmi nízké poptávce po teple, není realizovatelné dálkové vytápění

62 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Dálkové vytápění Případová studie Čtvrť domovů/bytů Délka sítě: 612 m Ekvivalentní zastavitelnost oblasti : 3.75 Buildings Poptávka po vytápění: 100 kwh/m2 Celková poptávka: GWh Tepelná síla: 11 MW Celková poptávka po vytápění Tepelná elektrárna Boilery Síť Kogenerace čtvrť Elektřina Sklad Tepelná elektrárna Dva kogenerační systémy: 664 kw Dva kotle na zemní plyn 3 MW Termální sklad 150 m3 Teplota sítě: 95/62ºC

63 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Dálkové vytápění Návratnost investic Očekávaná doba návratnosti dle obchodního modelu je 13.6 let. Toto je považováno za přijatelné pro tento typ investice. Návratnost je přímo závislá na prodejní míře vytápění: - Na dobu určitou 8 / měsíc - Variabilní termín 6 centů / kwh

64 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Využití odpadního tepla Přítomnost nízkých teplot může být znovu využita pro účely vytápění Dálkové vytápění? Dobré pro výměnu tepla: rezidenční budovy terciérní sektor veřejné budovy průmysl Chlazení: Simultánně s vytápěním tepelná čerpadla! Absorpční zařízení se solárním nebo zbytkovým teplem.

65 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Využití odpadního tepla Případová studie Cementárny Energetická bilance v celém slínku předehřívač-pecchladicího systému. Sankey diagram ENERGETICKÉ VSTUPY Palivo do pece Palivo ve výměníku Ropa Chlazení vzduchu Primární vzduch do hlavního spalovače Primární vzduch do hořáku pyrocycle Vzduch v hlavě Vzduch v předehřívači ENERGETICKÉ VÝSTUPY Teplota vznikajícího slínku Výstup předehřívače plynu Průtok vzduchu z chladiče slínku Slínek Vlhkost ropy Vlhkost paliva Radiační a konvekční ztráty na povrchu předehřívače, pece a chladiče slínku

66 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Využití odpadního tepla Případová studie Cementárny Řešení: Organic Rankine Cyklus (ORC) Tepelná síla ORC: 11 MW Náklady ORC: 1.8 M Náklady na konstrukci a tepelné výměníky: 2.6 M. Celkové náklady, zahrnující 10% projekt management činí 4.8 M. - Roční produkce: tun slínku (8000 provozních hodin za rok) výroba elektřiny MWh (4% spotřeba cementárny) - Roční tržby z prodeje elektřiny: centů / kwh - Údržba činí: / rok (15% investic) Doba návratnosti investice je 8.4 roků.

67 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Kogenerace Kombinovaná výroba elektřiny a tepla Několik kogeneračních technologií V závislosti na místních předpisech Trigenerace (je potřeba při vytápění a chlazení) HP pára Kotel Turbína Palivo kondenzace Proces LP Pára

68 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Výhody kogenerace Zvýšená účinnost přeměny a využití energie (~ 85%) Nižší emise, zejména CO2 Schopnost využívat odpadní teplo Velké úspory nákladů Příležitost k decentralizaci výroby elektřiny Podpora liberalizace trhů s energiemi Ztráty Účinnost = 55% Energetická bilance - Kogenerace Účinnost = 90% Termální energie Primární energie Elektrická energie Termální energie Primární energie Primární energie Termální elektrárna Mix energií Elektrická energie Losses Ztráty

69 Vysoce účinná kombinovaná výroba (kogenerace). Současná výroba tepla a elektřiny. Vysoce účinnou kombinovanou výrobou by měly být definovány úsporami energie dosaženými kombinovanou výrobou namísto výroby tepla a elektřiny. (DIRECTIVE 2012/27/EU on Energy Efficiency) EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Kogenerace Výpočet úspor primární energie (PES): - CHP Hη je účinnost tepla pocházejícího z kombinované výroby definované jako roční výstup užitečného tepla děleno spotřebou paliva použitého k výrobě objemu výstupu užitečného tepla a elektřiny pocházejících z kombinované výroby. - Ref Hη je referenční hodnota účinnosti pro oddělenou výrobu tepla. -CHP Eη je elektrická účinnost kombinované výroby definovaná jako roční výroba elektřiny vyráběná kombinovanou formou děleno spotřebou paliva použitého k výrobě objemu výstupu užitečného tepla a elektřiny pocházející z kombinované výroby. - Ref Eη je referenční hodnota účinnosti pro oddělenou výrobu elektřiny. Kogenerace 1MW motoru a pomocných systémů, jako jsou výměníky tepla, čerpací zařízení, potrubní vedení a uvedení do provozu. Náklady: ~

70 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Skladování sezónní tepelné energie (STES) Solární termální STES. Neckarsulm, Německo. 4 MW solární instalovaný výkon - 63,000 m3 STES do půdy. Solární tepelná zařízení pro dálkové vytápění, Kungälv, Švédsko. 7 MW solární instalovaný výkon - 1,000 m3 ocelová nádrž. Solární termální STES. Maarstal, Dánsko. 13 MW solární instalovaný výkon - 10,000m3 PIT. Solární tepelná zařízení pro dálkové vytápění v rakouském Grazu. 1 MW solární energie.

71 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Skladování sezónní tepelné energie (STES) 1) Vodní nádrže: jsou postaveny z ocele nebo železobetonových betonových nádrží. Většinou stojí na zemi a jsou a izolovány. Užitný objem se naplní vodou. Ve srovnání se 4 uvedenými alternativami je nádrž na vodu velmi drahá, ale zároveň jde o systém, který vyžaduje menší objem. 2) Vrty: trubky ve tvaru U jsou vloženy do svislých vrtů. Vytvářejí tak velké výměník tepla. Izolace je pouze v horní části trubek. Je to nejméně nákladná technologie, ale klade vysoké nároky na skladování. 3) PIT: systém podobný vodním nádržím, ale méně nákladný. Hlavním důvodem je to, že nevyžaduje ocelovou nebo betonovou konstrukci. Stěny jsou samy o sobě dostatečně silné pro potřeby mechanického zatížení. Systém je izolován a postaven pod zemí. Obsah se naplní vodou nebo směsí štěrku a vody. 4) Kolektor: kolektory mohou být také použity jako sklad tepelné energie. Nevýhodou je, že jsou omezeny na konkrétní typ zemského povrchu a jsou závislé na geotechnických podmínkách. Mohou být použity pouze za určitých podmínek,.

72 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Případová studie: STES & Kogenerace & Dálkové vytápění Výroba elektřiny kogeneračních systémů je omezena použitím vyrobeného tepla. V létě, kdy je poptávka po vytápění budov na nejnižších úrovních, se roční spotřeba elektrické energie postupně zvyšuje po celém světě, zejména v důsledku používání klimatizací. V létě tedy není poměr potřeby elektřiny/tepla pro kombinovanou výrobu nejpříznivější. Sezónní tepelná akumulace energie je strategickou technologií pro její integraci v rámci kogeneračních systémů, jelikož umožňuje nepřetržitou výrobu elektrické energie v průběhu celého roku.

73 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Případová studie: STES & Kogenerace & Dálkové vytápění Zdroj: Seasonal Thermal Energy Storage: a strategic technology for cogeneration systems. Epelde M, Sotil A, Saiz S.

74 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Případová studie: STES & Kogenerace & Dálkové vytápění

75 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Případová studie: STES & Kogenerace & Dálkové vytápění

76 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Případová studie: STES & Kogenerace & Dálkové vytápění - Náklady kogeneračního systému = 750 / kw (kromě kogenerační jednotky jsou zahrnuty i další pomocná zařízení a náklady) - STES systém nákladů = 35 / m3 - Náklady na biomasu = 0,018 / kwh - Prodejní cena elektřiny = 0,16 / kwh - Ostatní = (tato položka zahrnuje pomocné zařízení jako jsou tepelné výměníky, čerpadla, hydraulické obvody,... atd., stejně jako instalace sítě dálkového vytápění) - Roční nárůst nákladů biomasy = 3% / year

77 EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Případová studie: STES & Kogenerace & Dálkové vytápění Návratnost investic: Případ 1: 8.5 let Případ 2: 10 let

78 Srovnání energetické poptávky a možností dodávky OCHRANA + ÚČINNOST + OBNOVITELNÉ ZDROJE Potřeba integrovaného přístupu

79 Přijetí veřejností estetická kvalita... Jak aktivní/pasivní energie ovlivňují: Poptávku Dodávku Tepelné ostrovy (Heat Islands) Estetiku Vnímání veřejnosti Sociální aspekty vytváření lokálních pracovních pozic Geneze místních příjmů: daně / peníze Prostorové omezení: oslunění

80 Dotazy?

81 European Green Cities Network (EGCN) APEA Alberto Lopez T Burgos José María Diez T EAV Hana Zábranská T M European Green Cities Network (EGCN) Elsebeth Terkelsen eterkelsen@eterkelsen.dk M ISOCARP Martin Dubbeling dubbeling@isocarp.org T M Master of Urban & Area Development (MUAD) Sil Bruijsten sil.bruijsten@hu.nl T M Stadsregio Arnhem Nijjmegen Ron Josten rjosten@destadsregio.nl T M Tecnalia Patxi Hernandez patxi.hernandez@tecnalia.com T M Emilia Romagna region Guido Croce gcroce@ervet.it T IURS Karel Bařinka kbarinka@iurs.cz M ODMH Brenda Schuurkamp bschuurkamp@odmh.nl T Sogesca Federico De Filippi f.defilippi@sogesca.it T M W/E adviseurs Erik Alsema alsema@w-e.nl T M Gate21 Poul Erik Lauridsen poul.erik.lauridsen@gate21.dk T M Limassol Municipality Christina Constantinou Zanti eurolemesos@cytanet.com.cy T / Province of Treviso Valentina Mattara europa@provincia.treviso.it T Stratagem Alexis Violaris alexis@stratagem-ltd.com T M