Energie v udržitelném městském plánování

Energie v udržitelném městském plánování Technické znalosti jsou nezbytné při prosazování cílů

Eneko Arrizabalaga, Lara Mabe , Xabat Oregi , Patxi Hernandez - TECNALIA

Masterclass 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

SUSREG masterclass #2

Co je to „Udržitelná energetika“?

Zaměstnanost Přístup k energetice Kvalita života


€

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. SUSREG masterclass #2

Source: www.unep.fr

Udržitelnost & životní cykly

Source: NREL, 2012 ,Life Cycle Assessment Harmonization Project. SUSREG masterclass #2

Udržitelnost & životní cykly Dopady na životní prostředí

Zdroj: IPCC, 2011 SUSREG masterclass #2

Udržitelnost & životní cykly Sociální dopady

Zdroj: UNEP , Green Economy Report, 2011. SUSREG masterclass #2

New perspective – Refurbishment throughout its life cycle Udržitelnost & životní cykly 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.


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


Přístup k udržitelné energetice: “Trias Energética”

ÚSPORA ENERGIE (PASIVNÍ OPATŘENÍ) SUSREG masterclass #2

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) SUSREG masterclass #2

OCHRANA: Pasivní strategie Typické pasivní strategie

Stín. Vegetace. Urbanismus (hustota)

Města

Stín.

Budovy

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


OCHRANA: Pasivní strategie 1-Analýza klimatu  před návrhem analyzovat klimatické podmínky. Nástroje: předpovědi počasí, analýzy apod.… °C

DRY BULB TEMPERATURE - San_Sebastian, ESP

2nd June to 1st November

°C

40

40

30

30

20

20

10

10

0

0

-10

-10 7th

14th

21st

Jun

28th

7th Jul

14th

21st

28th

7th

14th

Aug

°C

21st

28th

7th

14th

21st

Sep

DAILY CONDITIONS - 11th January (11)

28th Oct

7th

14th

21st

28th

Zachytit co největší množství tepla skrz prosklené „otvory“ W/ m²

Definice prvních

Shromažďování tepla zachyceného tepelnou hmotou stavby.

hlavních strategií.

Využití vnitřního tepelného zatížení.

40

30

1.0k

0.8k

20

10

0.6k

…

0.4k

LEGEND Comfort: Thermal Neutrality Temperature Rel.Humidity Wind Speed

Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover

0

-10

0.2k SUSREG masterclass #2 0.0k

OCHRANA: Pasivní strategie 2-Solární/stínové analýzy 

Zdroj: Oregi Isasi, X.

Oblast  Výška budovy, šířka ulice, geometrické proporce… Definice prvních hlavních strategií.

Budova orientace, velikost oken, potřeba stínění…


OCHRANA: Pasivní strategie 2-Solární/stínová analýza  potřeba analyzovat v průběhu odlišných podmínek: zimní/letní čas apod.

09:00

13:00

Optimalizace oslunění v průběhu dne. Zdroj: Oregi Isasi, X.


17:00

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.


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: http://www.sheffield.ac.uk SUSREG masterclass #2

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. SUSREG masterclass #2

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 SUSREG masterclass #2

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


OCHRANA: Pasivní strategie Problémy  příklady 2- Mikroklimatické dopady: Záře okolo Walt Disney Concert Hall

Zdroj: Marc Schiler SUSREG masterclass #2

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


Refurbishment strategies - passive - insulation OCHRANA: Pasivní strategie

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.


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. SUSREG masterclass #2

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? SUSREG masterclass #2

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.


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.


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 SUSREG masterclass #2

TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální prosklený plochý kolektor Plochý kolektor

neprosklený solární kolektor

Kolektory – vyprazdňování trubic Solární teplovzdušné vytápění/chlazení

(Zdroj: Franz Mauthner and Werner Weiss. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply 2011. IEA Solar SUSREG masterclass #2 Heating & Cooling Programme, May 2013)

(Zdroj: Victoria Sustainability.)

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) SUSREG masterclass #2

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


TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální - informace

Solární radiace ve městě (Bilbao) : 1300 kWh /m2 za rok SUSREG masterclass #2

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

-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]

Tepelné ztráty solárního zásobníku Tepelné ztráty v distribuci mezi tepelnou sluneční soustavou a záložním ohřívačem SUSREG masterclass #2

TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální - příklad

TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Solární Termální - výdaje Solární systémy teplé užitkové vody stojí v Evropě 50-160 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 160-500 EUR/MWh.

Tyto náklady by se měly snížit do roku 2030 : 50-80 EUR za MWh u solárních systémů ohřevu vody, 100-240 EUR za MWh u kombinovaných systémů, 30-50 za MWh u aplikací většího rozsahu (>1MWth).

Zdroj: IEA 2009. Renewable Energy Essentials: Solar Heating and Cooling


TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Fotovoltaika


TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Fotovoltaika Fotovoltaické (PV) solární technologie vytváří elektřinu za pomoci fotovoltaického jevu. Výhody;

Nevýhody;

- Celkové sluneční záření na zemský povrch je 5.6.10 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.

-

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


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%

Amorfní křemík (a-Si) Tenký povrch Telurid kadmia (CdTe) Měď-indium-galium-selenid (CIGS)

účinnost 6-9%

(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.) SUSREG masterclass #2

TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Fotovoltaika - využití • •

Mřížková aplikace Izolovaná aplikace

(Zdroj. IEAPVPS T121:2012)

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


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. Zasíťované distribuované systémy Zasíťované centralizované systémy

* Součástí budov * Sklon, orientace, stín a prostor


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.


TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Geotermální - zdroje


TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Větrné elektrárny - typy podle velikosti: • •

Malé - domácí/rekreační. Velké – komerční.

podle umístění: • • •

Na souši. Na moři. V městské zástavbě.


TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Větrné elektrárny - Úvahy • • • •

•

www.tescocorporate.com

Větrný zdroj Přístup k síti Smlouvy o nákupu elektřiny Součástí procesu plánování

Estetika & Marketing


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


TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY: Větrné elektrárny – místní úřady • • •

Mapy povětrnostních podmínek a zdrojů Důležité téma při rozvoji komunit Pozitivní postoj / proaktivní přístup


TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY : Biomasa – neutrální CO2?


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


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 SUSREG masterclass #2

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


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

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


TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ENERGETIKY : Bioplyn


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.

Absorpční tepelné čerpadlo

Kompresní tepelné čerpadlo SUSREG masterclass #2

EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Tepelná čerpadla – Hlavní typy Hlavní typy čerpadel zahrnují: 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. SUSREG masterclass #2

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) (Zdroj: Renewable Energy Essentials: Geothermal

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

Nevýhody; -vysoké náklady -Využití elektrické energie pro výrobu tepla


EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: GSHP – Typy propojení se zemí -5-6 m mezi jednotlivými vrty -specializovaná instalace -nízké požadavky na povrch

Vertikální (GCHP) -dobré při přítomnosti vlhké zeminy -nespecializovaná instalace -potřeba velkých ploch

Horizontální (GCHP)

-snížení nákladů -snížení dopadů -nová technologie. Má změna teploty nějaký efekt?

Podzemní vody(GCHP)

Termoaktivní základy (GCHP) Zdroj: www.retscreen.com Zdroj : Geothermal Energy. Clauser . 2006) SUSREG masterclass #2

EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: GSHP – Příklad GSHP systém je instalován ve veřejné budově ve Španělsku(C1) Požadavek na vytápění; -1000m2

58W/m2

-1200 h vytápění ACS poptávka  5KW Délka potrubí= Síla tepelného čerpadla [W]/ Tepelná kapacita terénu[W/m] Délka potrubí = 44.500 [W]/45 [W/m]=989 m 10 vrtů o délce/hloubce 100m Potrubý: PE 100 2x U. D32mm D vrt= 150mm

EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: GSHP – Výdaje - Investiční náklady zemních tepelných čerpadel velmi závisí na zvoleném systému :

Ceny GSHP se pohybují mezi 1000-2000 €/ kWh - Nízké náklady na údržbu - V Evropě stojí geotermální dálkové vytápění celkem € 50-100/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) SUSREG masterclass #2

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.


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


EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Dálkové vytápění – Případová studie • 1 100 domovů/bytů • Délka sítě: 612 m • Ekvivalentní zastavitelnost oblasti : 3.75

Čtvrť

Buildings

• Poptávka po vytápění: 100 kWh/m2 • Celková poptávka: 10.77 GWh • Tepelná síla: 11 MW

Celková poptávka po vytápění

Tepelná elektrárna Boilery

Síť

Kogenerace

čtvrť Tepelná elektrárna

Elektřina Sklad

• Dva kogenerační systémy: 664 kW • Dva kotle na zemní plyn 3 MW • Termální sklad 150 m3 • Teplota sítě: 95/62ºC SUSREG masterclass #2

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


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.


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

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: 450 000 tun slínku (8000 provozních hodin za rok)  výroba elektřiny 12 800 MWh (4% spotřeba cementárny)

- Roční tržby z prodeje elektřiny: € 642 150 - 5.0168 centů € / kWh - Údržba činí: 72 000 € / rok (15% investic)

Doba návratnosti investice je 8.4 roků. SUSREG masterclass #2

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

Turbína

Kotel

Palivo kondenzace Proces

LP Pára


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% Termální energie Primární energie

Energetická bilance - Kogenerace  Účinnost = 90%

Termální elektrárna

Termální energie Primární energie Elektrická energie

Primární energie

Mix energií Elektrická energie

Losses Ztráty


EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Kogenerace 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) 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: ~ € 500 000. SUSREG masterclass #2

EFEKTIVNÍ TECHNOLOGIE: Skladování sezónní tepelné energie (STES)

Solární termální STES. Neckarsulm, Německo. 4 MW solární instalovaný výkon 63,000 m3 STES do půdy.

Solární termální STES. Maarstal, Dánsko. 13 MW solární instalovaný výkon 10,000m3 PIT.


Solární tepelná zařízení pro dálkové vytápění, Kungälv, Švédsko. 7 MW solární instalovaný výkon - 1,000 m3 ocelová nádrž.

Solární tepelná zařízení pro dálkové vytápění v rakouském Grazu. 1 MW solární energie.

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,. SUSREG masterclass #2

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. SUSREG masterclass #2


Zdroj: Seasonal Thermal Energy Storage: a strategic technology for cogeneration systems. Epelde M, Sotil A, Saiz S.






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 = 250 000 € (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


Návratnost investic:

Případ 1: 8.5 let Případ 2: 10 let

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


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


Dotazy?


European Green Cities Network (EGCN)

APEA Alberto Lopez [email protected] T +34 920 206 230

Burgos José María Diez [email protected] T +34 659 628 816

EAV Hana Zábranská [email protected] T +420 567 303 322 M +420 731 045 964

European Green Cities Network (EGCN) Elsebeth Terkelsen [email protected] M +45 275 719 55

Emilia Romagna region Guido Croce [email protected] T +39 051 645 04 11

Gate21 Poul Erik Lauridsen [email protected] T +45 436 834 02 M +45 315 325 65

ISOCARP Martin Dubbeling [email protected] T +31 703 462 654 M +31 653 238 203

IURS Karel Bařinka [email protected] M +420 603 494 648

Limassol Municipality Christina Constantinou Zanti [email protected] T +357 25 340485 / 342330

Master of Urban & Area Development (MUAD) Sil Bruijsten [email protected] T +31 884 818 931 M +31 626 230 365

ODMH Brenda Schuurkamp [email protected] T +31 182 545 751

Province of Treviso Valentina Mattara [email protected] T +39 042 265 69 05

Stadsregio Arnhem Nijjmegen Ron Josten [email protected] T +31 243 297 973 M +31 613 046 684

Sogesca Federico De Filippi [email protected] T +39 338 663 99 70 M +39 049 859 21 43

Stratagem Alexis Violaris [email protected] T +35 725 248 938 M +35 799 900728

Tecnalia Patxi Hernandez [email protected] T +34 902 760 005 M +34 647 406 314

W/E adviseurs Erik Alsema [email protected] T +31 306 778 761 M +31 653 108 156


Energie v udržitelném městském plánování

Recommend Documents