Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Kierownik etapu zadania badawczego: prof. dr hab. inż. Jan Popczyk Paweł Kucharczyk Gliwice, 16 czerwca 2011 Realizacja projektu badawczego strategicznego.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Kierownik etapu zadania badawczego: prof. dr hab. inż. Jan Popczyk Paweł Kucharczyk Gliwice, 16 czerwca 2011 Realizacja projektu badawczego strategicznego."— Zapis prezentacji:

1 Kierownik etapu zadania badawczego: prof. dr hab. inż. Jan Popczyk Paweł Kucharczyk Gliwice, 16 czerwca 2011 Realizacja projektu badawczego strategicznego Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków Politechnika Śląska Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów

2 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 2 Etap 6 BADANIA NAD STOSOWANIEM MIKROKOGENERACJI ORAZ TECHNOLOGII ZINTEGROWANYCH Z WYKORZYSTANIEM OŹE (Z UWZGLĘDNIENIEM MIKROBIOGAZOWNI I INNYCH TECHNOLOGII OŹE) W RÓŻNYCH KATEGORIACH BUDYNKÓW Gliwice, 16 czerwca 2011 Program Strategiczny ZINTEGROWANY SYSTEM ZMNIEJSZENIA EKSPLOATACYJNEJ ENERGOCHŁONNOŚCI BUDYNKÓW Zadanie 3 ZWIĘKSZENIE WYKORZYSTANIA ENERGII Z ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W BUDOWNICTWIE

3 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 3 Zespół autorski: J. Popczyk – Politechnika Śląska w Gliwicach H. Kocot – Politechnika Śląska w Gliwicach E. Siwy – Politechnika Śląska w Gliwicach R. Korab – Politechnika Śląska w Gliwicach P. Kucharczyk – Politechnika Śląska w Gliwicach J. Wacowski – Politechnika Śląska w Gliwicach A.Jurkiewicz – eGmina, Infrastruktura, Energetyka R. Mocha – eGmina, Infrastruktura, Energetyka M. Mastalerska – eGmina, Infrastruktura, Energetyka D. Bukowski – eGmina, Infrastruktura, Energetyka M. Zakrzewski – eGmina, Infrastruktura, Energetyka D. Kamiński – Energopomiar Elektryka

4 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 4 Etap 6 przeprowadzenie sondażu diagnostycznego gromadzącego wiedzę o atrybutach strukturalnych i funkcjonalnych modelu użytkownika energii, określenie kryteriów przydatności rozpatrywanych technologii dla zastosowania w różnych kategoriach budynków, zastosowanie generacji zintegrowanej typu BCHP (Building Cooling and Heat Power), pragmatyczne zdefiniowanie roli i funkcjonalności mikrobiogazowni jako specyficznego źródła OŹE sprzężonego z kompleksem budynków; przeprowadzenie czynnej modyfikacji zjawiska konwersji energii z biomasy dla wyznaczenia warunków brzegowych jej aplikacji w budynkach, implementacja rozpatrywanych (tytułowych) technologii energetycznych OŹE w budynkach wraz z wstępną oceną ekonomiczną i eksploatacyjną, optymalizacja struktury źródła zintegrowanego (mikrokogeneracja, kogeneracja małej skali, pompa ciepła, kolektor słoneczny, ogniwo fotowoltaiczne, elektrownia wiatrowa małej mocy) dedykowanej reprezentatywnemu budynkowi z uwzględnieniem samochodu elektrycznego.

5 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 5 Etap 6 1. Przeprowadzenie sondażu diagnostycznego gromadzącego wiedzę o atrybutach strukturalnych i funkcjonalnych modelu użytkownika energii Budowa osłon bilansowych na reprezentatywnych budynkach i zespołach budynków oraz bilanse energii, w tym energii odnawialnej, w aspekcie realizacji celów Pakietu 3x20 Przeprowadzenie sondażu diagnostycznego gromadzącego wiedzę o atrybutach modelu użytkownika energii w zakresie zaopatrzenia w ciepłą wodę użytkową (z uwzględnieniem zmienności dobowej i sezonowej) wraz z wnioskami w zakresie implementacji technologii urządzeń rozproszonej energetyki

6 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 6 Etap 6 2. Określenie kryteriów przydatności rozpatrywanych technologii dla zastosowania w różnych kategoriach budynków Szacowanie wpływu energetyki odnawialnej w osłonach bilansowych budynków i zespołów budynków na pracę systemu elektroenergetycznego - rozwój energetyki URE a zdolności przesyłowe połączeń transgranicznych KSE Integracja źródeł odnawialnych znajdujących się w osłonach bilansowych budynków i zespołów budynków z siecią elektroenergetyczną wraz ze szczegółowymi rozważania w zakresie zagadnień charakterystycznych dla sieci rozdzielczych niskiego napięcia Integracja agregatu prądotwórczego z instalacją odbiorczą budynku mieszkalnego – pierwsze doświadczenia praktyczne Analiza wymagań w zakresie niezbędnej infrastruktury technicznej do współpracy prosumenta z siecią elektroenergetyczną niskiego napięcia pod kątem stworzenia wytycznych w zakresie przyłączania prosumentów do sieci na niedyskryminujących warunkach Opracowanie założeń rynkowych systemu rozliczeń przedsiębiorstw energetycznych z prosumentami

7 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 7 Etap 6 3. Zastosowanie generacji zintegrowanej typu BCHP (Building Cooling and Heat Power), opracowanie analizy przy pomocy grup równoważnych metodą J. S. Milla 4. Pragmatyczne zdefiniowanie roli i funkcjonalności mikrobiogazowni jako specyficznego źródła OŹE sprzężonego z kompleksem budynków; przeprowadzenie czynnej modyfikacji zjawiska konwersji energii z biomasy dla wyznaczenia warunków brzegowych jej aplikacji w budynkach

8 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 8 Etap 6 5. Implementacja rozpatrywanych (tytułowych) technologii energetycznych OŹE w budynkach wraz z wstępną oceną ekonomiczną i eksploatacyjną Implementacja oraz wstępna optymalizacja struktury źródeł OZE zintegrowanych z technologią zasobnikową (z uwzględnieniem samochodu elektrycznego) dedykowanej reprezentatywnemu budynkowi Implementacja technologii energetycznych OŹE opartych na urządzeniach rozproszonej energetyki w budynkach (z uwzględnieniem aspektów ekonomicznych i eksploatacyjnych) w warunkach krajowych wraz z porównaniem uzyskanych w wyniku badań wniosków z wynikami badań zagranicznych

9 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 9 Etap 6 6. Optymalizacja struktury urządzeń rozproszonej energetyki w budynkach mieszkalnych Wstępna optymalizacja struktury źródeł zintegrowanych (z technologią dominującą w postaci pompy ciepła, ogniwa fotowoltaicznego oraz z technologią dominującą w postaci kolektora słonecznego, pompy ciepła) dedykowanej reprezentatywnemu budynkowi

10 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 10 Przedsięwzięcia powiązane (platformy dyskusyjne, miejsca publikacji wyników) Klaster 3x20 (www.klaster3x20.pl) Podstawowe opracowania związane, opublikowane na platformie Klaster 3x20 Dział Profesorski Konwersatorium Inteligentna Energetyka [1] J. Popczyk – Energetyka rozproszona jako odpowiedź na potrzeby rynku (prosumenta) i pakietu energetyczno-klimatycznego (wersja elektroniczna monografii wydanej przez Instytut na rzecz Ekorozwoju, Warszawa, wrzesień 2010), łącznie z Publikacjami Partnerskimi, 1 do 7 [2] B. Jękot – Rozwój oceny/certyfikacji budownictwa: od kalkulacji częściowych do całościowych, łącznie z felietonami ilustrowanymi, nr 1 i 2. [2] B. Jękot – Rozwój oceny/certyfikacji budownictwa: od kalkulacji częściowych do całościowych, łącznie z felietonami ilustrowanymi, nr 1 i 2.

11 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 11 [7] Książki, monografie, poradniki,... [8] Katalogi firmowe,... [9] Badania dedykowane różnym zagadnieniom szczegółowym... [7] Dane z obszaru doświadczeń implementacyjnych (zastosowań poszczególnych technologii)... [11] Informacje, głównie internetowe... Kompendium ogrzewnictwa i klimatyzacji. Recknagel, Sprenger, Schramek. 08/09; Zastosowanie odnawialnych źródeł ciepła w ogrzewnictwie i wentylacji - Henryk Foit. 2010; Ogrzewnictwo i ciepłownictwo. M. Nantka. 2010;… Turboden, Viessmann, Galmet,... Budowa i eksploatacja budynku pasywnego, doświadczenie firm (Raporty OOŚ, Studia wykonalności, koncepcje technologii,…) klaster3x20.pl, - Repozytorium wiedzy i dokumentacji, muratordom.pl, zbiory branżowe publikacji (Springerlink), European Comission JRC… Poszukiwania rozwiązań, porównania, optymalizacje, weryfikacja… Wykaz głównych źródeł wykorzystanych w badaniach dotyczących technologii

12 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 12 Wybrane wyniki badań Etap 6 BADANIA NAD STOSOWANIEM MIKROKOGENERACJI ORAZ TECHNOLOGII ZINTEGROWANYCH Z WYKORZYSTANIEM OŹE (Z UWZGLĘDNIENIEM MIKROBIOGAZOWNI I INNYCH TECHNOLOGII OŹE) W RÓŻNYCH KATEGORIACH BUDYNKÓW

13 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 13 PROPOZYCJA SEGMENTACJI ENERTYKI OZE/URE

14 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 14 Energetyka OZE/URE - Segment S (small): Małe budynki mieszkalne (głównie indywidualne) do 500 m 2 powierzchni użytkowej, małe zakłady pracy (do 10 osób zatrudnienia), małe gospodarstwa rolne (do 10 ha) Zużycie: energii elektrycznej – (1...20) MWh/rok Zużycie ciepła: (3...50) – MWh/rok Łączne zużycie energii: (5...70) MWh/rok Łączna moc URE: (1...10) kW el i (2...25) kW c Zalecany czas pracy URE: > 5000 h/rok Możliwe rozwiązania: rekuperator, mikrobiogazownia, pompa ciepła, gazowy układ kogeneracyjny, mikrowiatraki, fotowoltaika, samochód elektryczny (akumulator) Wspomaganie systemu ogrzewania i ciepłej wody: kolektory słoneczne, wymienniki gruntowe Paliwo lub źródła paliwa (poza energią słoneczną lub energią gruntu): biogaz, biomasa, gaz ziemny lub LPG, olej opałowy, energia elektryczna

15 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 15 Energetyka OZE/URE - Segment M (middle): Budynki o powierzchni użytkowej m2, średnie zakłady pracy ( pracowników), średnie gospodarstwa rolne (10-50 ha), małe obiekty użyteczności publicznej (szkoły, ośrodki zdrowia, urzędy) Zużycie energii elektrycznej rocznie MWh/rok Zużycie energii cieplnej: 30 – 300 MWh/rok Łączne zużycie energii: 70 – 400 MWh/rok Łączna moc URE: ( ) kWel i ( ) kWt Zalecany czas pracy URE: > 7000 h/rok Możliwe rozwiązania: rekuperator, mikrobiogazownia, pompa ciepła, gazowy układ kogeneracyjny/trójgeneracyjny, mikrowiatrak, fotowoltaika, samochód elektryczny (akumulator) Wspomaganie systemu ogrzewania i ciepłej wody: kolektory słoneczne, wymienniki gruntowe, infrastruktura techniczna odbiorcy (akumulator energii cieplnej) Paliwo lub źródła paliwa (poza energią słoneczną lub energią gruntu): biogaz, biomasa, gaz ziemny lub LPG, olej opałowy, energia elektryczna

16 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 16 Energetyka OZE/URE - Segment L (large): Budynki lub kompleksy budynków o powierzchni użytkowej powyżej 2000 m2, duże zakłady pracy (powyżej 20 pracowników), duże gospodarstwa rolne (powyżej 50 ha), średnie i duże obiekty użyteczności publicznej (szkoły, szpitale, urzędy, centra handlowe, jednostki wojskowe) Zużycie: energii elektrycznej > 80 MWh/rok, ciepła > 200 MWh Łączne zużycie energii: > 400 MWh/rok Łączna moc URE: > 100 kW el i > 300 kW c, zalecany czas pracy URE: > 8000 h/rok Możliwe rozwiązania: rekuperator, biogazownia, pompa ciepła, gazowy lub biogazowy układ kogeneracyjny/trójgenracyjny, mikrowiatrak, fotowoltaika (w tym elewacyjna), samochód elektryczny (akumulator), Wspomaganie systemu ogrzewania i ciepłej wody: kolektory słoneczne, wymienniki gruntowe, infrastruktura techniczna odbiorcy (akumulator energii cieplnej lub chłodu) Paliwo lub źródła paliwa (poza energią słoneczną lub energią gruntu): biogaz, biomasa, gaz ziemny lub LPG, olej opałowy, energia elektryczna Uwagi: w wyjątkowych przypadkach dopuszcza się stosowanie wysokosprawnych źródeł węglowych (kotły retortowe), przy czym co do zasady kotły, te powinny mieć możliwość spalania biomasy jako paliwa alternatywnego

17 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 17 Energetyka OZE/URE - Segment XL Inni nietypowi odbiorcy energii, w tym zwłaszcza zakłady przemysłowe, gdzie występuje duże zapotrzebowanie na różne rodzaje energii związane z technologią produkcji i gdzie możliwe jest powtórne wykorzystanie energii odpadowej poprodukcyjnej. W tym wypadku konieczna będzie indywidualna analiza możliwości zastosowania URE. Dla segmentów S, M, L można opracować metodyki szacowania wielkości zużycia energii i sposobu doboru rodzajów i wielkości URE w zależności od dostępnych paliw i konkretnych potrzeb odbiorców.

18 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 18 Szczegółowe wnioski z badań dotyczących technologii Metodyka wyznaczania uzysku energii

19 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 19 Wykorzystanie energii wiatru Zgodnie z prawem Betz'a maksymalna teoretyczna sprawność zamiany mocy wiatru na moc mechaniczną wynosi 59,3%. Turbiny wiatrowe wykorzystują mniej niż 50% mocy wiatru.

20 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 20 Wykorzystanie energii wiatru

21 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 21 Wykorzystanie energii wiatru

22 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 22 Zróżnicowanie geograficzne dostępnej energii OZE Katowice Hel

23 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 23 Wykorzystanie energii wiatru w zależności od lokalizacji Mikrowiatrak, v start = 3 m/s Katowice mikrowiatrak 3 kW na bud. w mieście T = 234 h j.w. ale na przedmieściu T = 319 h Hel mikrowiatrak 3 kW na bud. w mieście T = 724 h j.w., ale na przedmieściu T = 962 h j.w., ale na wsi T=1509 h (wówczas IRR=8%, Ce=0,22 zł/kWh) j.w., ale system bez poboru en. z sieci (wówczas E akum =35 kWh) j.w., ale dodatkowo P PV = 1,8 kW (wówczas E akum =17 kWh)

24 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 24 Moc kolektora słonecznego P = S*[η 0 * G – k 1 * (T m -T a ) – k 2 * (T m -T a ) 2 ] gdzie: S - łączna powierzchnia apertury zestawu kolektorów [m2] η 0 - sprawność optyczna kolektora odniesiona do powierzchni apertury k 1 - współczynnik strat kolektora odniesiony do powierzchni apertury [W/(m 2 *K)] k 2 - współczynnik strat kolektora odniesiony do powierzchni apertury [W/(m 2 *K 2 )] T m - temperatura kolektora Tm = (T wlotu + T wylotu)/2 [K] T a - temperatura otoczenia na zewnątrz kolektora [K] G - zadana wartość natężenia promieniowania słonecznego [W/m 2 ] Dla przybliżenia: G = 1000W/m 2 - niebo całkowicie bezchmurne, maksymalna wartość osiągana na terenie Polski, G = 700W/m 2 – warunki przeciętnie słonecznej pogody z zamgleniami i lekkim zachmurzeniem G = 400W/m 2 – promieniowanie przy zachmurzonym niebie

25 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 25 Obliczanie sprawności kolektorów η=η 0 -k 1 ·T m -k 2 ·T m 2 T m =(T k -T z )/G gdzie: η – sprawność kolektora η 0 – sprawność optyczna kolektora k 1 – współczynnik strat liniowych [W/m 2 ·K] k 2 – współczynnik strat nieliniowych [W/m 2 ·K] T m – temperatura różnicowa T k – temperatura czynnika grzewczego w kolektorze [K] T z – temperatura zewnętrzna [K] G - natężenie promieniowania słonecznego [W/m 2 ]

26 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 26 Sprawność kolektorów słonecznych

27 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 27 Szczegółowe wnioski z badań dotyczących użytkownika energii Ciepła woda użytkowa Ryszard Mocha

28 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 28 Rzeczywiste zapotrzebowanie na ciepłą wodę jest zależne od: liczby mieszkańców i ich przyzwyczajeń np. kąpiel pod prysznicem przez 5 czy 20 minut zastosowanych punktów poboru, np. wanna o pojemności 140 litrów lub 200 litrów wymaganej temperatury ciepłej wody użytkowej liczby łazienek i sposobu korzystania z nich Wielkość zużycia ciepłej wody użytkowej w budownictwie mieszkaniowym zależy od kilku czynników, m. in. od: wyposażenia technicznego mieszkań, tj. armatury czerpalnej, opomiarowania, pory roku, ilości domowników i ich wieku.

29 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 29 Zużycie c.w.u. w budynku wielorodzinnym Przykład rozbiorów ciepłej wody użytkowej Zmiany poborów c.w.u. w ciągu doby dla różnych dni tygodnia (Kotlarczyk M. et al.) W pracy przytoczono różne rodzaje użytkowników c.w.u. Poniżej podaje się jeden przykład:

30 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 30 Szczegółowe wnioski z badań dotyczących współpracy OZE/URE z systemem elektroenergetycznym Integracja agregatu prądotwórczego z instalacja odbiorczą budynku mieszkalnego Pierwsze doświadczenia praktyczne Roman Korab

31 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 31Co stanowiło motywację do zakupu agregatu? Awaria śniegowo-wiatrowa (październik 2009): brak zasilania przez ponad 20 godzin. Awaria oblodzeniowo-sadziowa (styczeń 2010): brak zasilania przez około 8 godzin, przez około 20 dni utrzymywało się podwyższone ryzyko ponownej przerwy w dostawie energii.

32 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 32Krótka charakterystyka rozpatrywanego budynku mieszkalnego Budynek zbudowany w technologii z końca lat 70-tych XX wieku, gruntownie zmodernizowany. Trzy poziomy (plus niewykorzystane obecnie poddasze): poziom 0 – kotłownia CO, pomieszczenia gospodarcze, garaż, poziomy 1 i 2 – przestrzeń mieszkalna. Zasilanie budynku w energię elektryczną: zasilanie trójfazowe z linii napowietrznej nN (przyłącze napowietrzne AsXS), stacja SN/nN oddalona o około 400 m (czwarty budynek od stacji), stacja SN/nN zasilana z linii napowietrznej SN (częściowo przebiegającej przez las), w sieci 110 kV spełniona jest reguła n - 1, a w sieci NN reguła n - 2. Zaspokajanie potrzeb energetycznych domowników: przygotowanie posiłków: gaz + energia elektryczna, CO: kocioł gazowy, CWU: kocioł gazowy. 14 listopada 2010 r.

33 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 33Roczne zużycie energii elektrycznej w okresie Zima 2009/2010(październik – marzec):4068 kWh 22,2 kWh/dzień 0,93 kW (średnia dobowa) Lato 2010(kwiecień – wrzesień):3766 kWh 20,6 kWh/dzień 0,86 kW (średnia dobowa)

34 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 34 Charakterystyka jednofazowego agregatu KIPOR IG3000 SineMaster – dane katalogowe Najważniejsze dane agregatu: Napięcie znamionowe230 V Współczynnik THD2,5% Częstotliwość50 Hz Prąd znamionowy12,2 A Moc znamionowa2,8 kW Prąd maksymalny13 A Moc maksymalna3 kW Moc silnika4 kW Zużycie paliwa480 g/kWh 0,65 l/kWh Sprawność17% Pojemność zbiornika13 l 20 kWh Waga60 kg Wymiary68 x 42 x 50 cm Poziom hałasu66 dB Cena (brutto)3500 zł Najważniejsze właściwości benzyny: ciężar/objętość: 1 kg = 1,33 l; wartość opałowa: 43 MJ/kg 32 MJ/l 9 kWh/l

35 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 35 Napięcia w instalacji elektrycznej zasilanej z sieci nN oraz na wyjściu agregatu prądotwórczego Instalacja elektryczna – rozkład napięć w gnieździe wtykowym przeznaczonym do zasilania odbiorników I klasy ochronności Agregat prądotwórczy – rozkład napięć w gnieździe wtykowym przeznaczonym do zasilania odbiorników I klasy ochronności

36 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 36 Instalacja elektryczna w rozpatrywanym budynku mieszkalnym – podstawowe cechy Instalacja pracuje w układzie TN-C (bezpośrednio uziemiony punkt neutralny sieci, dostępne części przewodzące odbiorników I klasy ochronności przyłączone do przewodu ochronno-neutralnego PEN). Instalacja wykonana jest z wykorzystaniem przewodów miedzianych 1,5 i 2,5 mm 2 w izolacji polwinitowej (rezystancja izolacji jest większa niż wymagana przepisami). Średnia wartość impedancji pętli zwarcia wynosi 0,74 (min = 0,59, max = 1,05 ), zatem spodziewany prąd zwarcia jednofazowego średnio jest równy 321 A (min = 218 A, max = 389 A). Zabezpieczenie główne stanowią bezpieczniki instalacyjne gL 25 A, natomiast jako zabezpieczenie przedlicznikowe zastosowano bezpieczniki gL 16 A. Prądy powodujące samoczynne zadziałanie bezpieczników w czasie nie dłuższym niż 0,4 s wynoszą odpowiednio: 220 i 130 A.

37 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 37 Istniejący sposób zasilania rozpatrywanego budynku oraz uproszczony schemat instalacji odbiorczej

38 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 38Sposób przyłączenia agregatu prądotwórczego do instalacji odbiorczej budynku

39 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 39 Napięcia w instalacji elektrycznej zasilanej z sieci nN oraz na wyjściu agregatu prądotwórczego Instalacja elektryczna – rozkład napięć w gnieździe wtykowym przeznaczonym do zasilania odbiorników I klasy ochronności Agregat prądotwórczy – rozkład napięć w gnieździe wtykowym przeznaczonym do zasilania odbiorników I klasy ochronności Praca autonomiczna agregatu Agregat prądotwórczy – rozkład napięć w gnieździe wtykowym przeznaczonym do zasilania odbiorników I klasy ochronności Agregat przyłączony do instalacji

40 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 40 Wybrane parametry charakteryzujące jakość energii przy różnych sposobach zasilania instalacji odbiorczej budynku Instalacja zasilana z sieci rozdzielczej nN Instalacja zasilana z agregatu prądotwórczego

41 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 41 Wybrane parametry charakteryzujące jakość energii przy różnych sposobach zasilania instalacji odbiorczej budynku Jakość napięcia z agregatów tanich dostawców (studium przypadku) Agregat: P=0 kW; U=244,5 V; f=53 Hz Agregat: P=1 kW; U=233,4 V; f=51,9 Hz

42 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 42 Wybrane parametry charakteryzujące jakość energii przy różnych sposobach zasilania instalacji odbiorczej budynku Jakość napięcia z agregatów tanich dostawców (studium przypadku) Agregat: P=2 kW; U=221 V; f=49,7 Hz System elektroenergetyczny

43 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 43 Zasilanie budynku z agregatu – częstotliwość, napięcie, prąd, moc, energia… Początek pomiaru Koniec pomiaru Ilość energii wyprodukowanej przez agregat

44 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 44 Zasilanie budynku z agregatu – napięcie i prąd podczas ruchu próbnego

45 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 45 Zasilanie budynku z agregatu – moc czynna i współczynnik mocy podczas ruchu próbnego

46 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 46 Impedancja pętli zwarcia (oraz prąd zwarcia) przy różnych sposobach zasilania budynku Przy zasilaniu budynku z sieci nN średnia wartość impedancji pętli zwarcia wynosi 0,74 (min = 0,59, max = 1,05 ), zatem spodziewany prąd zwarcia średnio jest równy 321 A (min = 218 A, max = 389 A). Prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego (bezp. gL 16 A) wynosi 130 A. Mierzona wielkość Poziom 0Poziom 1Poziom 2 PP1PP2PP3PP4PP1PP2PP3PP4PP5PP1PP2PP3PP4PP5 ZsZs 0,591,050,960,700,680,690,600,820,790,660,690,600,740,75 IkIk A RsRs 0,571,050,950,690,660,690,590,810,780,650,680,590,720,73 XsXs 0,160,130,160,12 0,100,070,120,13 0,120,110,140,16 Różnica między wartością impedancji pętli zwarcia przy zasilaniu z agregatu prądotwórczego i z sieci rozdzielczej nN wynosi około 1,5 Przy zasilaniu budynku z agregatu średnia wartość impedancji pętli zwarcia wynosi 2,29 (min = 1,98, max = 2,66 ), zatem spodziewany prąd zwarcia średnio jest równy 101 A (min = 87 A, max = 116 A). Prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia zabezpieczającego (wył. inst. B10) wynosi 50 A. Mierzona wielkość Poziom 0Poziom 1Poziom 2 PP1PP2PP3PP4PP1PP2PP3PP4PP5PP1PP2PP3PP4PP5 ZsZs 1,982,662,482,272,292,232,252,362,282,232,252,192,282,29 IkIk A RsRs 1,842,492,332,122,06 2,052,272,182,122,152,082,122,13 XsXs 0,740,930,870,830,980,860,910,650,670,690,660,690,84

47 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 47 Implementacja technologii URE/OZE Zasobniki energii Szczegółowe wnioski z badań dotyczących implementacji technologii OZE/URE

48 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 48 Najczęściej spotykane połączenie instalacji kolektorów słonecznych z zasobnikiem Solarna instalacja grzewcza do c.w.u. System solarny ze zbiornikiem c.w.u. wyposażonym w jedną wężownice spiralną i grzałkę elektryczną

49 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 49 Najczęściej spotykane połączenie instalacji kolektorów słonecznych z zasobnikiem

50 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 50 System wykorzystuje kolektory słoneczne, pompę ciepła, kominek z płaszczem wodnym do ogrzewania ciepłej wody użytkowej oraz zasilania centralnego ogrzewania ściennego. Dystrybucja ciepła odbywa się ze zbiornika kombinowanego (c.o./c.w.u.). Przykładowe zastosowanie zasobników w instalacjach wykorzystujących OZE

51 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 51Podział technologii umożliwiających magazynowanie energii elektrycznej Źródło: (PaskaJ. et al.)

52 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 52 Charakterystyka zasobników energii elektrycznej źródło (Paska J.)

53 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 53 Dane znamionowe różnych technologii zasobnikowych Obecnie technologie SMES, superkondensatorów, CAES, kinetyczne znajdują (lub w pierwszej kolejności przewiduje się takie) zastosowanie do stabilizacji sieci, utrzymania, pokrywania zapotrzebowania w szczycie w systemie elektroenergetycznym. Natomiast zasobniki akumulatorowe można integrować z urządzeniami rozproszonej energetyki. Źródło: Główne cechy zasobników na podstawie których można oszacować przydatność technologii do magazynowania energii elektrycznej wyprodukowanej z odnawialnych źródeł energii do pokrywania zapotrzebowania budynków zestawiono w tabeli.

54 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 54 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE Optymalizacja struktury źródła zintegrowanego (pompa ciepła, kolektor słoneczny) dedykowanej reprezentatywnemu budynkowi Dawid Kamiński Szczegółowe wnioski z badań dotyczących optymalizacji technologii OZE/URE

55 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 55 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE W etapie 6 dokonano optymalizacji aplikacji OZE (kolektor słoneczny oraz pompa ciepła) na potrzeby reprezentatywnego budynku z uwzględnieniem nakładów: technicznych i ich wystarczalności oraz finansowych, w szczególności dotyczących okresu zwrotu inwestycji

56 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 56 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE – kolektor słoneczny Dokonano symulacji instalacji z kolektorami słonecznymi na potrzeby C.W.U. oraz C.O. z uwzględnieniem: zastosowania kolektorów płaskich i CPC, typu budynku ilości osób korzystających z instalacji, zapotrzebowania użytkowników na C.W.U.,

57 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 57 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE – kolektor słoneczny Wyniki symulacji: Przeprowadzone symulacje wydajności instalacji solarnej oraz kalkulacji finansowych jednoznacznie stwierdzają opłacalność stosowania tego typu instalacji w wielu typach budynków, szczególnie tych, których okres eksploatacji jest całoroczny, a przynajmniej w sezonie wiosenno – letnim. Stwierdzono również, że wydajność i opłacalność finansowa instalacji zależy w szczególnie wysokim stopniu od profesjonalnego projektu i dokładnego określenia oczekiwań co do instalacji jak również dostosowania jej elementów do potrzeb użytkowników. Gdy instalacja C.W.U. z kolektorami płaskimi jest dobrana optymalnie dla potrzeb użytkowników oraz do warunków nasłonecznienia danego regionu geograficznego okresy zwrotu inwestycji wynoszą odpowiednio: około 7 lat* (dla instalacji z dofinansowaniem 45 %), około 13 lat* (dla instalacji z bez dofinansowania). * w porównaniu z instalacją C.W.U. ogrzewaną energią elektryczną.

58 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 58 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE – kolektor słoneczny Instalacje solarne z kolektorami próżniowymi typu CPC również są opłacalne. Kosz inwestycji jest wyższy niż instalacji z kolektorami płaskimi, lecz pokrycie solarne bardzo jest wysokie. Instalacje z kolektorami CPC nadają się najlepiej dla: budynków o dużym zapotrzebowaniu na C.W.U., wielu użytkowników zużywających niewielkie ilości ciepłej wody. Gdy instalacja C.W.U. z kolektorami próżniowymi CPC jest dobrana optymalnie dla potrzeb użytkowników oraz do warunków nasłonecznienia danego regionu geograficznego okresy zwrotu inwestycji wynoszą odpowiednio: około 7 lat* (dla instalacji z dofinansowaniem 45 %), około 13 lat* (dla instalacji z bez dofinansowania). * w porównaniu z instalacją C.W.U. ogrzewaną energią elektryczną. Kluczowym elementem instalacji solarnej po kolektorach słonecznych jest zasobnik C.W.U. jego pojemność oraz trwałość.

59 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 59 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE – kolektor słoneczny Wspomaganie instalacji C.O. kolektorami słonecznymi Wspomaganie instalacji C.O. ma sens jedynie w przypadku: niskiego i bardzo niskiego zapotrzebowania energetycznego budynku (35 – 50 W/m 2 ), wykorzystania kolektorów próżniowych CPC w instalacji. Zalety instalacji C.W.U. oraz C.O. z kolektorami słonecznymi: bezobsługowość instalacji, duży krok w stronę samowystarczalności energetycznej budynku, szybki zwrot inwestycji przy optymalnie dobranej instalacji, szybszy zwrot inwestycji przy większym wykorzystaniu instalacji, duży zapas C.W.U. na dni pochmurne, ewentualne wsparcie instalacji C.O. dla budynków energooszczędnych, wspieranie czystych technologii, znaczne roczne ograniczenie emisji CO2 (powyżej 2000 kg rocznie) oraz innych trujących związków do atmosfery, gleby i wód.

60 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 60 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE – pompa ciepła Dokonano symulacji instalacji z pompą ciepła na potrzeby C.O. oraz C.W.U. z uwzględnieniem: zastosowania kolektorów (dolnego źródła energii): gruntowych: poziomych oraz pionowych, wodnych: systemu dwóch studni, typu budynku: powierzchni użytkowej, zapotrzebowania energetycznego.

61 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 61 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE – pompa ciepła Opracowane materiały: tabela zapotrzebowania energetycznego (rocznego, dziennego) budynków o powierzchni 100 m 2, 150 m 2 i 200 m 2 i zróżnicowanym zapotrzebowaniu energetycznym na 1 m2 powierzchni. tabela dobranych wielkości kolektorów gruntowych: poziomych i pionowych wraz z orientacyjnymi cenami dedykowane reprezentatywnemu budynkowi (jak powyżej). symulacje dobranych instalacji dla reprezentatywnych budynków w celu oszacowania efektywności finansowej instalacji.

62 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 62 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE – pompa ciepła Wyniki symulacji: wysoki koszt jednorazowy inwestycji związanej z budową kotłowni opartej na pompie ciepła, kłopotliwa budowa kolektora gruntowego w przypadku modernizacji energetycznej budynku, rekomendacja przejścia na ogrzewanie niskotemperaturowe modernizowanego budynku, znaczne oszczędności oraz szybki okres zwrotu inwestycji (6 – 7 lat) z pompą ciepła w przypadku ogrzewania budynku: olejem opałowym, gazem propanbutan. najbardziej opłacalna instalacja pompy ciepła w przypadku: nowobudowanego budynku – łatwość budowy kolektora gruntowego, lub systemu dwóch studni, niskiej lub bardzo niskiej energochłonności budynku, możliwość zastosowania pomp ciepła o niższych mocach – niższa cena oraz znacznie mniejszy (powierzchnia lub głębokość) kolektor gruntowy.

63 PBS Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków 63 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE – pompa ciepła okres zwrotu inwestycji w kotłownię z pompą ciepła uległby zdecydowanej poprawie w przypadku uwzględnienia: możliwości wykorzystania latem pompy ciepła do chłodzenia budynku (bardzo mocna zaleta pompy ciepła), porównania budowy od zera dwóch instalacji C.O.: z pompą ciepła, dowolnej innej (gazowej, olejowej, węglowej), zaletą energooszczędnego budynku z pompą ciepła jest fakt, iż koszty eksploatacji pompy ciepła (zapotrzebowanie na energię elektryczną) można by dodatkowo zmniejszać w przypadku zastosowania systemu hybrydowego zasilania budynku opartego o mikrowiatrak oraz ogniwa fotowoltaiczne – budowa domu zero/plus energetycznego.


Pobierz ppt "Kierownik etapu zadania badawczego: prof. dr hab. inż. Jan Popczyk Paweł Kucharczyk Gliwice, 16 czerwca 2011 Realizacja projektu badawczego strategicznego."

Podobne prezentacje


Reklamy Google