Solární soustavy pro centrální zásobování teplem

Transkript

1 Solární soustavy pro centrální zásobování teplem IEE 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 Upozornění Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu SDHtake-off, podporovaný programem Intelligent Energy Europe. Prezentace neobsahuje celkový materiál kurzů, poskytuje však soubor informací, ze kterých lze na kurzech čerpat. Původní prezentaci v anglickém jazyce poskytne na vyžádání koordinátor projektu: Thomas Pauschinger, SFZ Solites: pauschinger@solites.de

3 Osnova 1. Proč Solar District Heating (SDH)? 2. Trh se solárními kolektory 3. Prvky solárních soustav 4. Solární soustavy v SZT 5. Provoz a údržba 6. Regulace a údržba 7. Příklady soustav

4 Proč Solar District Heating (SDH)? Výhody z pohledu dálkového zásobování teplem: diverzifikace palivové základny a snížení spotřeby fosilních paliv podpora pro naplnění požadavků na minimální využití OZE při spotřebě tepla vysoká provozní spolehlivost dlouhá životnost nulové palivové náklady nulové lokální emise

5 Proč Solar District Heating (SDH)? Výhody pro dodavatele solární tepelné techniky: nižší měrné náklady na m 2 instalované plochy rozšíření zkušeností o kombinace s dalšími zdroji tepla a integrace solárních soustav do soustavy zásobování teplem (dále SZT) nové uplatnění na trhu a jeho rozšíření

6 Trh Stávající stav Aktualizované informace na Source:

7 Trh Stávající stav Aktualizované informace na Hodnoty přepočtené na 1000 obyvatel. Source:

8 Trh Stávající stav Aktualizované informace na Source:

9 Trh Stávající stav Source:

10 Trh Stávající stav Rostoucí zájem a trh. velké soustavy představují < 1% 10

11 Trh Stávající stav SWOT analýza S: Obnovitelný, všude dostupný zdroj W: Nízká hustota energie... Velikost / umístění (Biopaliva potřebují cca 30 x větší plochu) O: Obnovitelné zásobování teplem pro města a obce... Nové obchodní příležitosti... Chlazení s využitím OZE T: Nedostatek podpory, zájmu a znalostí 11

12 Trh Stávající stav Stav k roku 2007 Malé množství pilotních soustav > 120 soustav > 500 m 2 / 350 kw th > 30 soustav > 1 MW th / m 2 > 15 solárních soustav v SZT... > 10 velkých soustav blokových SZT... > 5 solárních soustav s velkými sezónními zásobníky... > 5 solarních soustav pro chlazení... > 20 let provozních zkušeností... ale málo specializovaných výrobců a dodavatelů 12

13 Source: Jan-Olof Dalenback, EnerMa > 125 Soustav využívajících solární vytápění a chlazení > 500 m 2 / 350 kw th DTU COP 14 Jan SDH

14 Source: Jan-Olof Dalenback, EnerMa ~ 40 Soustav využívajících solární vytápění a chlazení > 1 MW th DTU COP 14 Jan SDH

15 Velké solarní soustavy v SE/DK (2007) Source: Jan-Olof Dalenback, EnerMa ~50 % kolektorové plochy v soustavách >350 kw th > 350 kw th > kw th DTU COP 14 Jan SDH

16 Ostrov Ærø ~ 4 m 2 na obyvatele (Rakousko 0,4 sqm) Marstal 1 m 2 na obyvatele ~ 5 % tepla z SZT ve Švédsku Source: Jan-Olof Dalenback, EnerMa 16

17 Pokrývá 30 % potřeby tepla Marstal Source: Jan-Olof Dalenback, EnerMa 17

18 Trh Stávající stav Největší solární soustavy dodávající s kolektory umístěnými na zemi (2010) Legenda: B = Kotel; CHP = Kombinovaná výrova elektrické energie a tepla; DH = Teplo ze soustavy zásobování teplem; WP = Dřevní peleta; *Vypočteno

19 Trh Stávající stav Největší solární soustavy dodávající s kolektory umístěnými na střechách (2010) Legenda: Heat = Teplo dodané do SZT; BTES = Zásobník se zemními sondami; HP = Tepelné čerpadlo; CWT = Betonový vodní zásobník

20 Trh Stávající stav Databáze solárních soustav v SZT je k dispozici na:

21 Trh Stávající stav Některé pilotní soustavy jsou v provozu již od 80. let Existuje pouze malé množství specializovaných firem Většina soustav využívá solárních kolektorů umístěných na střechách budov, přičemž 22 soustav ve Švédsku a v Dánsku má kolektorová pole umístěná na zemi Téměř všechny soustavy pracují s nemrznoucí směsí (voda-glykol) Poměrně častá je kombinace se spalováním biomasy 80 % soustav využívá plochých velkoplošných solárních kolektorů Většina soustav je navržena na pokrytí letní spotřeby tepla tzn. příprava teplé vody a ztráty v rozvodech při použití denních vodních zásobníků tepla. Součástí 20 soustav jsou sezónní zásobníky tepla umožňující vyšší solární podíl na celkové spotřebě tepla. V deseti případech je sezónní zásobník teplovodní (nadzemní či podzemní), sedmkrát je využito k akumulaci tepla zeminy, dvakrát podzemní vody. 10 soustav je navrženo pro pokrytí potřeby chladu v letním období.

22 Trh Potenciál Německo Rodinné domy Bytové domy Městské čtvrti 50% Solární podíl 25% 5-10% Velikost zástavby Zdroj: Solites

23 Trh Potenciál Německo Zdroj: Solites

24 Prvky solárních soustav Základní informace Zasklení Rám Source: Idaltermo Absorbér Registr absorbéru Tepelná izolace

25 Prvky solárních soustav Základní informace Solární záření Ztráty odrazem od skla Ztráty zářením Ztráty konvekcí Odraz Konvekce Záření Využité teplo Ztráty vedením Zdroj: Target/ISFH

26 Solární soustavy pro SZT Schéma integrace Soustava zásobování teplem C C Zdroj: Jan-Olof Dalenback, EnerMa 26

27 Solární soustavy pro SZT Schéma integrace Centrální Zdroj: Jan-Olof Dalenback, EnerMa 27

28 Solární soustavy pro SZT Schéma integrace Decentrální Zdroj: Jan-Olof Dalenback, EnerMa 28

29 Solární soustavy pro SZT Schéma integrace Decentrální Střešní moduly Zpátečka C Zdroj: Jan-Olof Dalenback, EnerMa 29

30 Solární soustavy pro SZT Dopadající sluneční energie (vyvinuto pro FVE, ale použitelné i pro solární tepelné soustavy)

31 Solární soustavy pro SZT Dopadající sluneční energie Východ Jih Západ Zdroj: Target/ISFH Západ Jih Východ

32 Solární soustavy pro SZT Umístění kolektorů Optimální sklon kolektorů s ohledem na stínění Určení minimálního rozestupu mezi řadami kolektorů Zeměpisná šířka Řady kolektorů Zdroj: ENEA Úhel sklonu kolektorů

33 Solární soustavy pro SZT Umístění kolektorů

34 Solární soustavy pro SZT Umístění kolektorů

35 Solární soustavy pro SZT Zásobníky 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 %.

36 Solární soustavy pro SZT Zásobníky TTES (Akumulační nádrž) PTES (Výkopový zásobník) BTES (Zásobník se zemními sondami) ATES (Zvodněné podloží) Zdroj: Solites

37 Solární soustavy pro SZT Zásobníky Náklady Zdroj: Solites

38 SDH zařízení Zásobníky Akumulační nádrž: ekonomicky proveditelné řešení do m 3 vodního ekvivalentu, závisí na konstrukčním materiálu (ocel nebo beton) Výkopový zásobník: bývají používány v kombinaci s tepelným čerpadlem snižuje tepelné ztráty zásobníku Zásobník se zemními sondami: velký svislý tepelný výměník, který využívá půdy jako zásobníku přibližně stejná cena za m 3 vodního ekvivalentu jako při výkopovém zásobníku cenově výhodnější ve srovnání s akumulačními nádržemi, avšak není možné je vybudovat kdekoliv cena závisí na vlastnostech podloží Akvifery: přirozené kolektory podzemní vody voda je čerpána na povrch, ohřátá a dopravena zpátky pod povrch, kde odevzdává teplo okolí půdě/štěrku jsou potřebné další výzkumné práce je důležité zkontrolovat možnost kontaktu podzemní vody se zásobníkem, protože by to zvýšilo přenos tepla mezi zásobníkem a okolím

39 SDH zařízení Další komponenty bývají použita čerpadla s plynule regulovatelnými otáčkami za účelem získání požadované výstupní teploty z kolektorů velikost čerpadla (čerpadel) musí odpovídat velikosti potrubí pro dosažení požadovaného průtoku (odpovídající rozdílu teplot na kolektoru K) náklady na potrubí rostou s průměrem potrubí, avšak s rostoucím průměrem potrubí klesá tlaková ztráta a tím i výkon čerpadla tlaková ztráta v systému závisí na uspořádání kolektorů. Zapojení kolektorů v sérii způsobí vyšší snížení tlaku v řadách kolektorů ve srovnání se zapojením kolektorů paralelně. Paralelní uspořádaní však vyžaduje navíc distribuční potrubí, což vede k vyšší tlakové ztrátě a k vyšším investičním nákladům.

40 Solární soustavy pro SZT Příklad základní cenové analýzy Platí pro soustavy s kolektory umístěnými na zemi: Cena půdy Kolektory Prvky kolektorového pole (potrubí, armatury atd.) Výměník tepla, čerpadla, regulace, bezpečnostní a zabezpečovací zařízení atd. Potrubí SZT Nemrznoucí kapalina: 1000 /m 3 (3 /m 2 kolektoru) Zásobník Předprojektové, projektové a optimalizační práce 2 až 5 % z celkové investice Ostatní zemní práce atd.

41 Solární soustavy pro SZT Příklad základní cenové analýzy Příklad základního ekonomického výpočtu Solární soustava s 10,000 m 2 kolektorů v Dánsku Cena půdy ( m 2 ): Kolektory ( m 2 ), potrubí, čerpadla, nemrznoucí kapalina a výměník tepla: Oplocení, zemní práce atd.: Potrubí SZT (1 000 m): Regulace (řídící systém): Konzultační služby (projekt atd.): CELKOVÉ INVESTIČNÍ NÁKLADY: Vypočtené zisky: MWh/rok Průměrné náklady úvěru na 20 let, úrok 5%, inflace 2% jsou 6,7 %/rok Roční náklady: x 6,7 %/year = /rok Náklady na údržbu: 1 /MWh = /rok CELKOVÉ ROČNÍ NÁKLADY: 177,500 /rok CENA SOLÁRNÍHO TEPLA (bez dotace): cca 11 /GJ

42 Provoz a údržba Klíčové otázky pro provoz: podmínky najíždění a ukončování provozu, senzory nutnost instalace zařízení pro zjišťování poruch, instalace varování v případě překročení určitých hodnot na senzorech (tlak, teplota, vlhkost v podzemních potrubích atd.) malé systémy mohou používat tele-alarmy a monitoring (GSM, přístup přes internet), zatímco velké systémy jsou provozovány s varováním a monitoringem svedeným do dispečinku na místě základní vědomosti a zkušenosti operátorů jsou nezbytnou podmínkou kontrola průtoku (pokud se používá) kontrola účinnosti (měřená vs. očekávaná) teploty na primární a sekundární straně tepelného výměníku provoz čerpadel kapacita zásobníku porovnávaná s plánem výroby na následující den (předpověď počasí)

43 Provoz a údržba Klíčové záležitosti pro údržbu (pravidelně, minimálně jednou ročně): úniky: ztráta teplonosné látky a/nebo vzduchu v systému kvalita teplonosné látky: PH, inhibitory, obsah glykolu komponenty: pojistné ventily, expanzní nádoby, senzory, atd. kosení trávy nebo chov ovcí

44 Provoz a údržba Náklady na provoz a údržbu provoz (elektřina pro čerpadla, atd.): přibližně 0.50 /MWh (5 kwh elektřiny/mwh tepla) náklady na roční údržbu činí přibližně 1-2 % investic ( /MWh) náklady na pojištění nejsou zahrnuty viz příklady v závěru prezentace

45 Regulace a administrativa investor: teplárenská společnost nebo investor zvenčí vlastnictví solárních kolektorů na střechách domů v jiných rukou než v teplárenské společnosti může způsobit komplikace teplárny mohou mít zájem na ekonomickém zainteresovaní odběratelů tepla do projektu povolení a tendre/smlouvy s podnikateli pokud je potřeba získat pozemek, majitel pozemku by měl podepsat smlouvu pro prodej/pronájem pozemku za určitou cenu. Cena pronájmu/prodeje by měla zůstat stejná např. jeden rok územní plánování zákony o ochraně životního prostředí pokud je potřebný dlouhodobý zásobník (výkopový, se sondami), bude nutné získat povolení udělené za účelem ochrany pitné podzemní vody

46 Regulace a administrativa

47 Příklady soustav Braedstrup (Dánsko) Základní informace v kombinaci s KVET na zemní plyn v provozu od: 2007 plocha apertury: m 2 instalovaný výkon: kw th typ kolektorů: ploché umístění kolektorů: na zemi zásobník: ocelový vodní (objem: m 3 ) spotřeba tepla v SZT: 42 GWh/rok dodávka ze solární soustavy: 3,4 GWh/rok solární podíl: 8%

48 Příklady soustav Braedstrup (Dánsko) Ekonomika investiční náklady: měrné investiční náklady: 205 /m 2 solárních kolektorů dotace: 320,000 provozní náklady: 0.66 /MWh solárního tepla cena solárního tepla: 25 /MWh (31 /MWh bez dotace)

49 Příklady soustav Berlinerring (Rakousko) Základní informace financované přes ESCO model v provozu od: 2004 plocha apertury: 2,480 m 2 instalovaná kapacita: 1,736 kw th solární kolektory: ploché umístnění kolektorů: střecha zásobník: vyrovnávací vodní (objem: 60 m 3 ) spotřeba tepla v SZT: 7.84 GWh/rok dodávka ze solární soustavy: 1 GWh/rok solární podíl: 13% (100% v létě)

50 Příklady soustav Berlinerring (Rakousko) Detaily provozu solární zařízení umístěno na střeše (2.417 m²) pro přípravu horké vody a vytápění bytových domů ( m² plocha kolektorů pro každý) v lokalitě výškových domů začalo se s renovací střech a zvýšenou izolací obálek budov solární zařízení dodává teplo přímo do sekundární sítě. Nadbytečné teplo je dodáváno do místní sítě a do vyrovnávacího zásobníku. Nízkotlaká místní sít je přepojena s městskou sítí přes výměník tepla. ESCO model (společnost poskytující energetické služby): teplo je prodáno uživatelům bytů za stejnou cenu, jakou účtuje místní teplárna

51 Příklady soustav Berlinerring (Rakousko) Ekonomika celkové investiční náklady: 1,250,000 specifické investiční náklady: 521 /m 2 solární kolektor dotace: 500,000 náklady na solární teplo: 48 /MWh (80 /MWh bez dotací)

52 Co je možné využít Tuto prezentaci: anglická verze, národní verze Podmínky na národních trzích ( macro analýza ) Databáze zařízení a informačních materiálů o nich (mikroanalýza) Standardní informační listy(technické a ne-technické) Klastr na straně nabídky Help desky

53 Co je možné využít: Publikace Leták Podmínky pro SDH na národních trzích a informace o konkrétních SDH zařízeních

54 Co je možné využít: Databáze zařízení

55 Co je možné využít: Informační listy

56 Databáze odborníků

57 Děkuji za pozornost (český web k dispozici)