Kierownik etapu zadania badawczego: prof. dr hab. inż. Jan Popczyk

Prezentacja na temat: "Kierownik etapu zadania badawczego: prof. dr hab. inż. Jan Popczyk"— Zapis prezentacji:

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

2 W RÓŻNYCH KATEGORIACH BUDYNKÓW
Program Strategiczny ZINTEGROWANY SYSTEM ZMNIEJSZENIA EKSPLOATACYJNEJ ENERGOCHŁONNOŚCI BUDYNKÓW Zadanie 3 ZWIĘKSZENIE WYKORZYSTANIA ENERGII Z ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII W BUDOWNICTWIE 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

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 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 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 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 Etap 6

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 Etap 6

7 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 Etap 6

8 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 Etap 6

9 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 Etap 6

10 Dział Profesorski Konwersatorium „Inteligentna Energetyka”
Przedsięwzięcia powiązane (platformy dyskusyjne, miejsca publikacji wyników) Klaster 3x20 ( Dział Profesorski Konwersatorium „Inteligentna Energetyka” Podstawowe opracowania związane, opublikowane na platformie Klaster 3x20 [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.

11 Wykaz głównych źródeł wykorzystanych w badaniach dotyczących technologii
[7] Książki, monografie, poradniki,... 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;… [8] Katalogi firmowe,... Turboden, Viessmann, Galmet,... [9] Badania dedykowane różnym zagadnieniom szczegółowym... Poszukiwania rozwiązań, porównania, optymalizacje, weryfikacja… [7] Dane z obszaru doświadczeń implementacyjnych (zastosowań poszczególnych technologii)... 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… [11] Informacje, głównie internetowe...

12 W RÓŻNYCH KATEGORIACH BUDYNKÓW
Etap 6 BADANIA NAD STOSOWANIEM MIKROKOGENERACJI ORAZ TECHNOLOGII ZINTEGROWANYCH Z WYKORZYSTANIEM OŹE (Z UWZGLĘDNIENIEM MIKROBIOGAZOWNI I INNYCH TECHNOLOGII OŹE) W RÓŻNYCH KATEGORIACH BUDYNKÓW Wybrane wyniki badań

13 PROPOZYCJA SEGMENTACJI
ENERTYKI OZE/URE

14 Energetyka OZE/URE - Segment S (small):
Małe budynki mieszkalne (głównie indywidualne) do 500 m2 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) kWel i (2...25) kWc 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 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 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 kWel i > 300 kWc, 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 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 Szczegółowe wnioski z badań dotyczących technologii
Metodyka wyznaczania uzysku energii Materiał nadesłany przez RM

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 Wykorzystanie energii wiatru

21 Wykorzystanie energii wiatru

22 Zróżnicowanie geograficzne dostępnej energii OZE
Katowice Hel

23 Wykorzystanie energii wiatru w zależności od lokalizacji
Mikrowiatrak, vstart = 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 Eakum=35 kWh) j.w., ale dodatkowo PPV = 1,8 kW (wówczas Eakum=17 kWh) Zapotrzebowanie na ciepło grzewcze, c.w.u. Dobór kolektorów słonecznych Dobór zasobnika ciepła Zróżnicowanie geograficzne zasobów energii wiatru i słonecznej Dobór mikrowiatraka i zestawu ogniw PV Koszt eksploatacji baterii akumulatorów Systemy autonomiczne

24 Moc kolektora słonecznego
P = S*[η0* G – k1* (Tm-Ta) – k2 * (Tm-Ta)2] gdzie: S - łączna powierzchnia apertury zestawu kolektorów [m2] η0 - sprawność optyczna kolektora odniesiona do powierzchni apertury k1 - współczynnik strat kolektora odniesiony do powierzchni apertury [W/(m2*K)] k2 - współczynnik strat kolektora odniesiony do powierzchni apertury [W/(m2*K2)] Tm - temperatura kolektora Tm = (T wlotu + T wylotu)/2 [K] Ta - temperatura otoczenia na zewnątrz kolektora [K] G - zadana wartość natężenia promieniowania słonecznego [W/m2] Dla przybliżenia: G = 1000W/m2 - niebo całkowicie bezchmurne, maksymalna wartość osiągana na terenie Polski, G = 700W/m2 – warunki przeciętnie słonecznej pogody z zamgleniami i lekkim zachmurzeniem G = 400W/m2 – promieniowanie przy zachmurzonym niebie

25 Obliczanie sprawności kolektorów
η=η0-k1·Tm-k2·Tm2 Tm=(Tk-Tz)/G gdzie: η – sprawność kolektora η0 – sprawność optyczna kolektora k1 – współczynnik strat liniowych [W/m2·K] k2 – współczynnik strat nieliniowych [W/m2·K] Tm – temperatura różnicowa Tk – temperatura czynnika grzewczego w kolektorze [K] T z – temperatura zewnętrzna [K] G - natężenie promieniowania słonecznego [W/m2]

26 Sprawność kolektorów słonecznych

27 Szczegółowe wnioski z badań dotyczących użytkownika energii
Ciepła woda użytkowa Ryszard Mocha Materiał nadesłany przez RM 27

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

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 Co 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 Krótka charakterystyka rozpatrywanego budynku mieszkalnego
Budynek zbudowany w technologii z końca lat 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 Roczne zużycie energii elektrycznej w okresie 1979 - 2009
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 Charakterystyka jednofazowego agregatu KIPOR IG3000 SineMaster – dane katalogowe
Najważniejsze dane agregatu: Napięcie znamionowe 230 V Współczynnik THD 2,5% Częstotliwość 50 Hz Prąd znamionowy 12,2 A Moc znamionowa 2,8 kW Prąd maksymalny 13 A Moc maksymalna 3 kW Moc silnika 4 kW Zużycie paliwa 480 g/kWh 0,65 l/kWh Sprawność 17% Pojemność zbiornika 13 l 20 kWh Waga 60 kg Wymiary 68 x 42 x 50 cm Poziom hałasu 66 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 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 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 mm2 w izolacji polwinitowej (rezystancja izolacji jest większa niż wymagana przepisami). Średnia wartość impedancji pętli zwarcia wynosi 0,74 W (min = 0,59 W, max = 1,05 W), 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 Istniejący sposób zasilania rozpatrywanego budynku oraz uproszczony schemat instalacji odbiorczej

38 Sposób przyłączenia agregatu prądotwórczego do instalacji odbiorczej budynku

39 Praca autonomiczna agregatu Agregat przyłączony do instalacji
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 Wybrane parametry charakteryzujące jakość energii przy różnych sposobach zasilania instalacji odbiorczej budynku Instalacja zasilana z sieci rozdzielczej nN Instalacja zasilana z agregatu prądotwórczego

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

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

43 Zasilanie budynku z agregatu – częstotliwość, napięcie, prąd, moc, energia…
Początek pomiaru Koniec pomiaru Ilość energii wyprodukowanej przez agregat

44 Zasilanie budynku z agregatu – napięcie i prąd podczas ruchu próbnego

45 Zasilanie budynku z agregatu – moc czynna i współczynnik mocy podczas ruchu próbnego

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 W (min = 0,59 W, max = 1,05 W), 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 0 Poziom 1 Poziom 2 PP1 PP2 PP3 PP4 PP5 Zs W 0,59 1,05 0,96 0,70 0,68 0,69 0,60 0,82 0,79 0,66 0,74 0,75 Ik A 389 218 240 329 340 331 385 282 290 349 312 307 Rs 0,57 0,95 0,81 0,78 0,65 0,72 0,73 Xs 0,16 0,13 0,12 0,10 0,07 0,11 0,14 Przy zasilaniu budynku z agregatu średnia wartość impedancji pętli zwarcia wynosi 2,29 W (min = 1,98 W, max = 2,66 W), 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 0 Poziom 1 Poziom 2 PP1 PP2 PP3 PP4 PP5 Zs W 1,98 2,66 2,48 2,27 2,29 2,23 2,25 2,36 2,28 2,19 Ik A 116 87 93 101 103 102 98 105 Rs 1,84 2,49 2,33 2,12 2,06 2,05 2,18 2,15 2,08 2,13 Xs 0,74 0,93 0,87 0,83 0,98 0,86 0,91 0,65 0,67 0,69 0,66 0,84 Różnica między wartością impedancji pętli zwarcia przy zasilaniu z agregatu prądotwórczego i z sieci rozdzielczej nN wynosi około 1,5 W.

47 Implementacja technologii URE/OZE
Szczegółowe wnioski z badań dotyczących implementacji technologii OZE/URE Zasobniki energii

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 Najczęściej spotykane połączenie instalacji kolektorów słonecznych z zasobnikiem

50 Przykładowe zastosowanie zasobników w instalacjach wykorzystujących OZE
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.).

51 Podział technologii umożliwiających magazynowanie energii elektrycznej
Źródło: (PaskaJ. et al.)

52 Charakterystyka zasobników energii elektrycznej
źródło (Paska J.)

53 Dane znamionowe różnych technologii zasobnikowych
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. Źródło: 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.

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

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 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 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 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 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/m2), 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 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 Etap 6 – Optymalizacja źródeł OZE – pompa ciepła
Opracowane materiały: tabela zapotrzebowania energetycznego (rocznego, dziennego) budynków o powierzchni 100 m2, 150 m2 i 200 m2 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 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 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.