Solární soustavy pro centrální zásobování teplem

Solární soustavy pro centrální zásobování teplem IEE 2008-2012 Project

SDHtake-off - Solar District Heating in Europe

The sole responsibility for the content of this document lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the funding authorities. The funding authorities are not responsible for any use that may be made of the information contained therein.

Upozornění Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu „SDHtake-off“, podporovaný programem Intelligent Energy Europe. Prezentace neobsahuje celkový materiál kurzů, poskytuje však soubor informací, ze kterých lze na kurzech čerpat. Původní prezentaci v anglickém jazyce poskytne na vyžádání koordinátor projektu: Thomas Pauschinger, SFZ Solites: [email protected]

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

Proč Solar District Heating (SDH)?

Výhody z pohledu dálkového zásobování teplem: • • • • • •

diverzifikace palivové základny a snížení spotřeby fosilních paliv podpora pro naplnění požadavků na minimální využití OZE při spotřebě tepla vysoká provozní spolehlivost dlouhá životnost nulové palivové náklady nulové lokální emise

Proč Solar District Heating (SDH)?

Výhody pro dodavatele solární tepelné techniky: • • •

nižší měrné náklady na m2 instalované plochy rozšíření zkušeností o kombinace s dalšími zdroji tepla a integrace solárních soustav do soustavy zásobování teplem (dále SZT) nové uplatnění na trhu a jeho rozšíření

Trh Stávající stav Aktualizované informace na www.estif.org

Source: www.estif.org


Hodnoty přepočtené na 1000 obyvatel.




Trh Stávající stav


Trh Stávající stav

Rostoucí zájem a trh. velké soustavy představují < 1%

10

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

11

Trh Stávající stav Stav k roku 2007

• Malé množství pilotních soustav… > 120 soustav > 500 m2 / 350 kWth • > 30 soustav > 1 MWth / 1 400 m2 > 15 solárních soustav v SZT... > 10 velkých soustav blokových SZT... > 5 solárních soustav s velkými sezónními zásobníky... > 5 solarních soustav pro chlazení... • > 20 let provozních zkušeností... ale málo specializovaných výrobců a dodavatelů…

12

1 21 16 3

8 18

Source: Jan-Olof Dalenback, EnerMa

3 2

3 10

1 1 7 16 3

> 125 Soustav využívajících solární vytápění a chlazení > 500 m2 / 350 kWth 1 13

DTU COP 14 Jan 2009 - SDH 2010

13

13

5 13 1

3 7 Source: Jan-Olof Dalenback, EnerMa

1

1

1 4

~ 40 Soustav využívajících solární vytápění a chlazení > 1 MWth 1 2

DTU COP 14 Jan 2009 - SDH 2010

14

14

Velké solarní soustavy v SE/DK (2007)


~50 % kolektorové plochy v soustavách >350 kWth

> 350 kWth > 3 500 kWth DTU COP 14 Jan 2009 - SDH 2010

15

Ostrov Ærø ~ 4 m2 na obyvatele (Rakousko 0,4 sqm)

Marstal

1 m2 na obyvatele ~ 5 % tepla z SZT ve Švédsku


16

Pokrývá 30 % potřeby tepla


Marstal

17

Trh Stávající stav Největší solární soustavy dodávající s kolektory umístěnými na zemi (2010)

Legenda: B = Kotel; CHP = Kombinovaná výrova elektrické energie a tepla; DH = Teplo ze soustavy zásobování teplem; WP = Dřevní peleta; *Vypočteno

Trh Stávající stav Největší solární soustavy dodávající s kolektory umístěnými na střechách (2010)

Legenda: Heat = Teplo dodané do SZT; BTES = Zásobník se zemními sondami; HP = Tepelné čerpadlo; CWT = Betonový vodní zásobník

Trh Stávající stav Databáze solárních soustav v SZT je k dispozici na: www.solar-district-heating.eu/SDH/LargeScaleSolarHeatingPlants.aspx

Trh Stávající stav •

Některé pilotní soustavy jsou v provozu již od 80. let

•

Existuje pouze malé množství specializovaných firem

•

Většina soustav využívá solárních kolektorů umístěných na střechách budov, přičemž 22 soustav ve Švédsku a v Dánsku má kolektorová pole umístěná na zemi

•

Téměř všechny soustavy pracují s nemrznoucí směsí (voda-glykol)

•

Poměrně častá je kombinace se spalováním biomasy

•

80 % soustav využívá plochých velkoplošných solárních kolektorů

•

Většina soustav je navržena na pokrytí letní spotřeby tepla tzn. příprava teplé vody a ztráty v rozvodech při použití „denních“ vodních zásobníků tepla. Součástí 20 soustav jsou sezónní zásobníky tepla umožňující vyšší solární podíl na celkové spotřebě tepla.

•

V deseti případech je sezónní zásobník teplovodní (nadzemní či podzemní), sedmkrát je využito k akumulaci tepla zeminy, dvakrát podzemní vody. 10 soustav je navrženo pro pokrytí potřeby chladu v letním období.

Trh Potenciál Německo Rodinné domy

Bytové domy

Solární podíl

50%

25%

5 -10% Velikost zástavby Zdroj: Solites

Městské čtvrti

Trh Potenciál Německo

Zdroj: Solites

Prvky solárních soustav Základní informace Zasklení

Source: Idaltermo

Absorbér Registr absorbéru Tepelná izolace

Rám

Prvky solárních soustav Základní informace Solární záření

Ztráty odrazem od skla Ztráty zářením

Ztráty konvekcí

Záření Odraz

Konvekce Využité teplo

Ztráty vedením

Zdroj: Target/ISFH

Solární soustavy pro SZT Schéma integrace Soustava zásobování teplem

100-70 °C 40-50 °C

Zdroj: Jan-Olof Dalenback, EnerMa

26

Solární soustavy pro SZT Schéma integrace Centrální


27

Solární soustavy pro SZT Schéma integrace Decentrální


28

Solární soustavy pro SZT Schéma integrace Decentrální

Střešní moduly

Zpátečka 40-50 °C


29

Solární soustavy pro SZT Dopadající sluneční energie • www.meteonorm.com • http://sunbird.jrc.it/pvgis (vyvinuto pro FVE, ale použitelné i pro solární tepelné soustavy)

Solární soustavy pro SZT Dopadající sluneční energie

Východ

Jih

Západ

Zdroj: Target/ISFH

Západ Jih

Východ

Solární soustavy pro SZT Umístění kolektorů Optimální sklon kolektorů s ohledem na stínění

Určení minimálního rozestupu mezi řadami kolektorů

Řady kolektorů

Zeměpisná šířka

Zdroj: ENEA

Úhel sklonu kolektorů

Solární soustavy pro SZT Umístění kolektorů

Solární soustavy pro SZT Umístění kolektorů

Solární soustavy pro SZT Zásobníky Bez akumulace • Solární tepelné zisky se akumulují v objemu rozvodů celé sítě. Solární pokrytí potřeby tepla se pohybuje zhruba do 5 %.

S krátkodobou (denní) akumulací • Nárazníkový akumulátor slouží pro akumulaci nejvýše několikadenních zisků. Návrhové solární pokrytí se pohybuje od 10 do 20 %

S dlouhodobou (sezónní) akumulací • Velkoobjemové sezónní zásobníky slouží pro akumulaci letních nadbytečných zisků a jejich přenesení do zimního období. Návrhové solární pokrytí se pohybuje do 50 %.

Solární soustavy pro SZT Zásobníky TTES

(Akumulační nádrž)

BTES (Zásobník se zemními sondami)

Zdroj: Solites

PTES (Výkopový zásobník)

ATES

(Zvodněné podloží)

Solární soustavy pro SZT Zásobníky – Náklady

Zdroj: Solites

SDH zařízení Zásobníky Akumulační nádrž: • ekonomicky proveditelné řešení do 10 000 m3 vodního ekvivalentu, závisí na konstrukčním materiálu (ocel nebo beton) Výkopový zásobník: • bývají používány v kombinaci s tepelným čerpadlem – snižuje tepelné ztráty zásobníku Zásobník se zemními sondami: • velký svislý tepelný výměník, který využívá půdy jako zásobníku • přibližně stejná cena za m3 vodního ekvivalentu jako při výkopovém zásobníku • cenově výhodnější ve srovnání s akumulačními nádržemi, avšak není možné je vybudovat kdekoliv • cena závisí na vlastnostech podloží Akvifery: • přirozené kolektory podzemní vody • voda je čerpána na povrch, ohřátá a dopravena zpátky pod povrch, kde odevzdává teplo okolí půdě/štěrku • jsou potřebné další výzkumné práce • je důležité zkontrolovat možnost kontaktu podzemní vody se zásobníkem, protože by to zvýšilo přenos tepla mezi zásobníkem a okolím

SDH zařízení Další komponenty • bývají použita čerpadla s plynule regulovatelnými otáčkami za účelem získání požadované výstupní teploty z kolektorů • velikost čerpadla (čerpadel) musí odpovídat velikosti potrubí pro dosažení požadovaného průtoku (odpovídající rozdílu teplot na kolektoru 25-45 K) • náklady na potrubí rostou s průměrem potrubí, avšak s rostoucím průměrem potrubí klesá tlaková ztráta a tím i výkon čerpadla • tlaková ztráta v systému závisí na uspořádání kolektorů. Zapojení kolektorů v sérii způsobí vyšší snížení tlaku v řadách kolektorů ve srovnání se zapojením kolektorů paralelně. Paralelní uspořádaní však vyžaduje navíc distribuční potrubí, což vede k vyšší tlakové ztrátě a k vyšším investičním nákladům.

Solární soustavy pro SZT Příklad základní cenové analýzy Platí pro soustavy s kolektory umístěnými na zemi: • Cena půdy • Kolektory • Prvky kolektorového pole (potrubí, armatury atd.) • Výměník tepla, čerpadla, regulace, bezpečnostní a zabezpečovací zařízení atd. • Potrubí SZT • Nemrznoucí kapalina: 1000 €/m3 (3 €/m2 kolektoru) • Zásobník • Předprojektové, projektové a optimalizační práce – 2 až 5 % z celkové investice • Ostatní – zemní práce atd.

Solární soustavy pro SZT Příklad základní cenové analýzy Příklad základního ekonomického výpočtu Solární soustava s 10,000 m2 kolektorů v Dánsku Cena půdy (30 000 m2): 80 000 € Kolektory (10 000 m2), potrubí, čerpadla, nemrznoucí kapalina a výměník tepla: 2 000 000 € Oplocení, zemní práce atd.: 80 000 € Potrubí SZT (1 000 m): 300 000 € Regulace (řídící systém): 80 000 € Konzultační služby (projekt atd.): 40 000 € CELKOVÉ INVESTIČNÍ NÁKLADY: 2 580 000 € Vypočtené zisky: 4 500 MWh/rok Průměrné náklady úvěru na 20 let, úrok 5%, inflace 2% jsou 6,7 %/rok Roční náklady: 2 580 000 € x 6,7 %/year = 173 000 €/rok Náklady na údržbu: 1 €/MWh = 4 500 €/rok CELKOVÉ ROČNÍ NÁKLADY: 177,500 €/rok CENA SOLÁRNÍHO TEPLA (bez dotace): cca 11 € /GJ

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

Provoz a údržba

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

Provoz a údržba Náklady na provoz a údržbu • provoz (elektřina pro čerpadla, atd.): přibližně 0.50 €/MWh (5 kWh elektřiny/MWh tepla) • náklady na roční údržbu činí přibližně 1-2 % investic (0.25÷0.5 €/MWh) • náklady na pojištění nejsou zahrnuty • viz příklady v závěru prezentace

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

Regulace a administrativa

Příklady soustav Braedstrup (Dánsko)

Základní informace • v kombinaci s KVET na zemní plyn • v provozu od: 2007 • plocha apertury: 8 012 m2 • instalovaný výkon: 5 608 kWth • typ kolektorů: ploché • umístění kolektorů: na zemi • zásobník: ocelový vodní (objem: 2 000 m3) • spotřeba tepla v SZT: 42 GWh/rok • dodávka ze solární soustavy: 3,4 GWh/rok • solární podíl: 8%

Příklady soustav Braedstrup (Dánsko)

Ekonomika • investiční náklady: 1 640 000 € • měrné investiční náklady: 205 €/m2 solárních kolektorů • dotace: 320,000 € • provozní náklady: 0.66 €/MWh solárního tepla • cena solárního tepla: 25 €/MWh (31 €/MWh bez dotace)

Příklady soustav Berlinerring (Rakousko)

Základní informace • financované přes ESCO model • v provozu od: 2004 • plocha apertury: 2,480 m2 • instalovaná kapacita: 1,736 kWth • solární kolektory: ploché • umístnění kolektorů: střecha • zásobník: vyrovnávací vodní (objem: 60 m3) • spotřeba tepla v SZT: 7.84 GWh/rok • dodávka ze solární soustavy: 1 GWh/rok • solární podíl: 13% (100% v létě)

Příklady soustav Berlinerring (Rakousko) Detaily provozu • solární zařízení umístěno na střeše (2.417 m²) pro přípravu horké vody a vytápění bytových domů (350-500 m² plocha kolektorů pro každý) v lokalitě výškových domů • začalo se s renovací střech a zvýšenou izolací obálek budov •solární zařízení dodává teplo přímo do sekundární sítě. Nadbytečné teplo je dodáváno do místní sítě a do vyrovnávacího zásobníku. Nízkotlaká místní sít je přepojena s městskou sítí přes výměník tepla. •ESCO model (společnost poskytující energetické služby): teplo je prodáno uživatelům bytů za stejnou cenu, jakou účtuje místní teplárna

Příklady soustav Berlinerring (Rakousko) Ekonomika • celkové investiční náklady: 1,250,000 € • specifické investiční náklady: 521 €/m2solární kolektor • dotace: 500,000 € • náklady na solární teplo: 48 €/MWh (80 €/MWh bez dotací)

Co je možné využít

• • • • • •

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

Co je možné využít: Publikace

Leták

Podmínky pro SDH na národních trzích a informace o konkrétních SDH zařízeních

Co je možné využít: Databáze zařízení

Co je možné využít: Informační listy

Databáze odborníků

Děkuji za pozornost…

www.solar-district-heating.eu/cz (český web k dispozici)

Solární soustavy pro centrální zásobování teplem

Recommend Documents