Možnosti využití sluneční energie v systémech CZT

Transkript

1 Možnosti využití sluneční energie v systémech CZT AQUATHERM Praha Supported by IEE 2008 Project SDHtake-off - Solar District Heating in Europe The sole responsibility for the content of this document lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the funding authorities. The funding authorities are not responsible for any use that may be made of the information contained therein.

2 CZT v ČR Podíl jednotlivých paliv na celkové dodané tepelné energie Biomasa a jiné OZE 3% Topné oleje 2% Jiná paliva 8% Zemní plyn 20% Uhlí 67% systémy CZT jsou závislé na uhlí a zemním plynu Zdroj: eru.cz 2

3 Těžba uhlí v ČR 50,0 Porovnání možností težby uhlí 45,0 40,0 mil. tun 35,0 30,0 Celkem v UEL Celkem 25,0 20, rok pokles těžby v roce 2013 v podstatě odpovídá množství uhlí, které chybí teplárnám v dlouhodobých kontraktech Zdroj: Invicta BOHEMICA, s.r.o 3

4 Zemní plyn dovoz/těžba Dovoz/těžba zemního plynu v ČR rok 2008 těžba dovoz množství ZP [mil. m 3 ] % zemního plynu je do ČR dováženo Zdroj: eru.cz 4

5 Potenciál dřevní štěpky svozové vzdálenosti svozové vzdálenosti realizovaných zdrojů Zdroj: Invicta BOHEMICA, s.r.o 5

6 Sluneční energie tuzemský a v podstatě nevyčerpatelný zdroj zdroj s vysokou provozní spolehlivostí (malé nároky na údržbu) zdroj s dlouhou životností zdroj s velmi nízkými provozními náklady vyšší využití plochy při porovnání s cíleným pěstováním fytomasy 6

7 Integrace do CZT výtopenský provoz pouze teplo odběrová / produkční část - úspora paliva i emisí SOLAR teplárenský provoz elektřina & teplo odběrová část - snížení účinnosti KVET produkční část - úspora paliva i emisí SOLAR SOLAR pro účinné nasazení solární teplo vždy ve funkci spořiče paliva 7

8 Základní princip 8

9 Koncepce soustav Centrální solární soustava pracuje jako doplněk vlastního centrálního zdroje tepla 9

10 Koncepce soustav Decentrální solární soustava je provozována primárně pro účely krytí potřeby tepla v místě instalace, např. v budově 10

11 Koncepce soustav Bez akumulace Solární tepelné zisky se akumulují v objemu rozvodů celé sítě. Solární pokrytí potřeby tepla se pohybuje zhruba do 5 %. S krátkodobou (denní) akumulací Nárazníkový akumulátor slouží pro akumulaci nejvýše několikadenních zisků. Návrhové solární pokrytí se pohybuje od 10 do 20 % S dlouhodobou (sezónní) akumulací Velkoobjemové sezónní zásobníky slouží pro akumulaci letních nadbytečných zisků a jejich přenesení do zimního období. Návrhové solární pokrytí se pohybuje do 50 %. 11

12 Typy sezónních zásobníků TTES (Akumulační nádrž) PTES (Výkopový zásobník) BTES (Zásobník ze zemními sondami) ATES (Zvodněné podloží) 12

13 Typy sezónních zásobníků TTES PTES akumulační látka voda voda voda-štěrk tepelná kapacita v kwh/m 3 60 až až až 50 vhodné geologické podmínky - geologicky stabilní lokalita - geologicky stabilní lokalita - bez podzemních vod - bez podzemních vod - potřebná hloubka 5 až 15 m - potřebná hloubka 5 až 15 m BTES ATES akumulační látka zemina voda voda-písek tepelná kapacita v kwh/m 3 15 až až 40 vhodné geologické podmínky - vhodné geologické podmínky pro - přírodní spodní voda realizaci vrtů - ohraničeno nepropustnými vrstvami - vyšší tepelná kapacita zeminy - minimální pohyb (průtok) spodní - vyšší tepelná vodivost zeminy vody - potřebná hloubka 30 až 100 m - 20 až 50 m zvodněného podloží 13

14 Koncepce akumulace tepla - vodní zásobníky - železobetonová konstrukce - vnitřní nerezové plechy jsou použity při betonování, následně jsou pak svařeny k zajištění těsnosti - 20 až 70 cm tepelné izolace (pěnové sklo vyšší stabilita) 14

15 Mnichov, 2007, m 3 Mangold,

16 Mnichov, 2007, m Kč 16

17 Koncepce akumulace tepla - šterkovodní/vodní zásobníky - samonosná konstrukce stěn, vnitřní vrstva z hydroizolační fólie - víko zásobníku může být samonosné, podepřené konstrukcí umístěnou v zásobníku nebo plovoucí na hladině - tloušťky teplené izolace vychází z velikosti zásobníku obdobné jako u TTES - pěnové sklo, PUR, minerální vlna, extrudovaný polystyren - je možné přímé nabíjení/vybíjení zásobníku otopnou vodou - nebo nepřímé nabíjení/vybíjení registrem polyetylenových trubek 17

18 Eggenstein, 2008, m 3 Mangold,

19 Eggenstein, 2008, m Kč 19

20 Koncepce akumulace tepla - zemský polomasiv hustota akumulace: kwh/m 3 20

21 Zemní zásobník Crailsheim, 2008, m 3 21

22 Zemní zásobník Crailsheim, 2008, m 3 BTES Vodní zásobník m 3 (objem zeminy) 480 m 3 (objem vody) Kč Kč 22

23 Koncepce akumulace tepla - zvodněná podloží (aquifery) - vyžadují velmi příhodné hydrogeologické a geochemické podmínky - při nabíjení je studená voda čerpána z chladné studny, ohřívána solární soustavou a teplá voda je poté vsakována do teplé studny - maximální teploty v aquiferu jsou omezeny na 50 C, 23

24 ATES Rostock, 2000, m Kč 24

25 ATES Rostock, 2000, m

26 Náklady 26

27 Studie Modelové sídliště s CZT (výtopna) 6 řad x 9 rodinných domů = 54 domů á 150 m 2 běžný standard: 80 kwh/(m 2.rok) 12 MWh/(rok.dům) (648 MWh/rok) NE standard: 50 kwh/(m 2.rok) 7.5 MWh/(rok.dům) (405 MWh/rok) pasivní standard: 20 kwh/(m 2.rok) 3 MWh/(rok.dům) (162 MWh/rok) příprava TV: 50 l/(os.den) 2.4 MWh/(rok.dům) (129 MWh/rok) celková plocha jižních střech = m 2 27/65

28 Cíle studie pro zadané solární pokrytí 25 % 50 % 75 % 100 % stanovit návrhové parametry plocha solárních kolektorů A k objem sezónního akumulátoru V s stanovit energetické přínosy 28/65

29 Parametry Solární kolektory ploché, orientace jih, sklon 45 plocha podle požadovaného solárního pokrytí Sezónní akumulátor nadzemní zásobník tepla tepelná izolace 30 cm / 0,04 W/(m.K) maximální teplota 85 C objem podle plochy kolektorů, požadovaného solárního pokrytí, maximalizace využití tepelné kapacity zásobníku Rozvody lepší izolační standard dimenze podle navržené plochy kolektorů 29/65

30 Výsledky nároky na plochu SK a objem AKU plocha kolektorů 50 % 100 % objem zásobníku Zdroj: Jiří Hubka Solární soustava pro CZT ČVUT

31 Výsledky - měrné zisky (ekonomické kritérium) kwh/m 2.rok měrné tepelné zisky kwh/m 2.rok solární pokrytí Zdroj: Jiří Hubka Solární soustava pro CZT ČVUT

32 Výsledky - podíl tepelných ztrát % podíl tepelných ztrát % solární pokrytí Zdroj: Jiří Hubka Solární soustava pro CZT ČVUT

33 Solární soustavy v CZT se 100 % solární pokrytím? f A k V q ss,u [-] [m 2 ] [m 3 ] [kwh/m 2 ] 25% % % % varianta nízkoenergetické domy Značný rozdíl mezi 50% a 100% solárním pokrytím - Kolektorová plocha roste více než 5 krát! - Objem zásobníku pak 14 krát! Rostou tepelné ztráty soustavy Klesají významně měrné zisky soustavy Taková změna návrhových a provozních parametrů vede k extrémnímu zvýšení investičních nákladů... a následně ceny vyráběného tepla!!! Zdroj: Jiří Hubka Solární soustava pro CZT ČVUT

34 Solární soustavy v CZT se 100 % solární pokrytím? 25% pokrytí = 100 MWh = 360 GJ (NED standard) 310 m 2 x 400 EUR/m 2 = 3.1 mil CZK } 8.4 mil CZK 700 m 3 x 300 EUR/m 3 = 5.3 mil CZK cena tepla Kč/GJ 100% pokrytí = 405 MWh = 1460 GJ (NED standard) m 2 x 210 EUR/m 2 = 18.4 mil CZK} 65.9 mil CZK m 3 x 50 EUR/m 3 = 47.5 mil CZK cena tepla Kč/GJ Pozn.: životnost pro stanovení ceny tepla uvažována 15 let Zdroj: Jiří Hubka Solární soustava pro CZT ČVUT

35 Kontaktní informace Ústav techniky prostředí Fakulta strojní ČVUT v Praze Technická 4, Praha 6 CityPlan spol. s r.o. Jindřišská 17, Praha 1 Doc. Ing. Tomáš Matuška PhD. Tomas.Matuska@fs.cvut.cz tel.: Ing. David Borovský david.borovsky@cityplan.cz tel.: