Presentación de PowerPoint
advertisement
Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej (STES) dla decydentów (Inwestorów i deweloperów, lokalnych i regionalnych władz, etc) Dr Shane Colclough Miguel Ramirez Prof. Neil J Hewitt 1 Plan prezentacji Co to jest Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej (STES)? Dlaczego używamy STES? Jak to działa? Gdzie najlepiej stosować? Finanse Analiza studium wykonalności STES Przykłady zastosowań 2 Plan prezentacji Co to jest Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej (STES)? Dlaczego używamy STES? Jak to działa? Gdzie najlepiej stosować? Finanse Analiza studium wykonalności STES Przykłady zastosowań 3 CO TO JEST STES? Magazynowanie zimna w okresie zimowym do użytku w lato Magazynowanie ciepła w okresie letnim do użytku w zimę 4 Plan prezentacji Co to jest Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej (STES)? Dlaczego używamy STES? Jak to działa? Gdzie najlepiej stosować? Finanse Analiza studium wykonalności STES Przykłady zastosowań 5 DLACZEGO STES? Wykorzystanie energii w budynkach stanowi 30-40% całkowitego zużycia energii w UE 60-70% z niej jest zużywana do ogrzewania budynków mieszkalnych Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania pomieszczeń występuje głównie w okresie zimowym Magazynowanie energii słonecznej w okresie letnim do użytku w zimę Kraje Europy Północnej mają temperaturę otoczenia na poziomie 5 °C i nasłonecznienie do 1000 kWh/rok m² (Sztokholm) Zapotrzebowanie i nasłonecznienie (Monachium) źródło: SoDa-is.com 6 Plan prezentacji Co to jest Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej (STES)? Dlaczego używamy STES? Jak to działa? Gdzie najlepiej stosować? Finanse Analiza studium wykonalności STES Przykłady zastosowań 7 JAK TO DZIAŁA? - ELEMENTY Źródło ciepła Magazyn Ciepła Energia słoneczna Biomasa Przemysłowe ciepło odpadowe Duża pojemność cieplna Duża objętość Niskie straty cieplne System pomocniczy i dystrybucyjny Kocioł, Pompa ciepła Sieć systemu ciepłowniczego 8 CZTERY GŁÓWNE RODZAJE ZBIORNIKÓW O RÓŻNEJ Heißwasser-Wärmespeicher Kies/Wasser-Wärmespeicher POJEMNOŚCI Sommer Heißwasser-Wärmespeicher Heißwasser-Wärmespeicher Winter Kies/Wasser-Wärmespeicher Kies/Wasser-Wärmespeicher Sommer Winter Wärmedämmung Sommer Winter Abdichtung Schutzvlies Wärmedämmung Abdichtung Wärmedämmung Schutzvlies Zbiornik do magazynowania energii Erdsonden-Wärmespeicher cieplnej (TTES) Abdichtung Basenowy magazyn energii cieplnej Schutzvlies (PTES) 1) ~70 kWh/m³ Erdsonden-Wärmespeicher Erdsonden-Wärmespeicher Odwiertowy magazyn energii cieplnej (BTES) 15-30 kWh/m³ 1) J max=90 ~55 kWh/m³ 2) Magazyn energii cieplnej wykorzystujący wodonośne warstwy (ATES) 30-40 kWh/m³ °C, Jmin=30 °C bez pompy ciepła2) Jmax=80 °C, Jmin=10 °C żwirowo-wodna TES z pompą ciepła 9 PRZYKŁAD SZEREGOWEGO I RÓWNOLEGŁEGO TRYBU PRACY STES (PRZYKŁAD INSTALACJI EINSTEIN) 10 JAK TO DZIAŁA Ładowanie Ładowanie systemu STES zaczyna się, gdy dostępna jest energia cieplna ze źródła (słońce). Energia słoneczna może być zbierana w miesiącach letnich i magazynowana w zbiornikach STES do późniejszego użytku. Możliwe jest również, aby magazynować i dostarczać energię cieplną tylko wtedy, gdy zbiornik ma niezależne układy ładowania i rozładowania. KOCIOŁ ŁADOWANIE OBCIĄŻENIE POMPA CIEPŁA KOLEKTORY SŁONECZNE 11 JAK TO DZIAŁA Bezpośrednie rozładowywanie Rozładowywanie systemu STES rozpoczyna się w okresie grzewczym. Zbiornik dostarcza ciepło bezpośrednio do budynków za pomocą systemu ciepłowniczego lub bezpośredniego rurociągu. Temperaturę gorącej wody na wyjściu reguluje się przy użyciu krzywej grzewczej. Zalecana maksymalna temperatura gorącej wody na wyjściu to 80 °C. TSTES > 50°C KOCIOŁ OBCIĄŻENIE ŁADOWANIE POMPA CIEPŁA KOLEKTORY SŁONECZNE 12 JAK TO DZIAŁA Praca pompy ciepła Pompa ciepła pracuje kiedy temperatura wyjściowa z STES jest niższa od potrzebnej temperatury do pełnego pokrycia zapotrzebowania na ciepło. Woda z STES dostarcza ciepło do cyklu odparowania w pompie, następnie cykl skraplania zapewnia wodę o odpowiedniej temperaturze dla wyrównania zapotrzebowania. 10°C < TSTES < 50°C KOCIOŁ OBCIĄŻENIE ŁADOWANIE POMPA CIEPŁA KOLEKTORY SŁONECZNE 13 JAK TO DZIAŁA Pomocniczy system – Kocioł/ Pompa Ciepła Kiedy temperatura wody w zbiorniku spada do poziomu, w którym pompa ciepła zaczyna działać nieefektywnie, pracę zaczyna system pomocniczy. Gdy energia cieplna ze zbiorników STES jest całkowicie rozładowana to ładowanie zależy całkowicie od systemu pomocniczego. TSTES < 10°C KOCIOŁ OBCIĄŻENIE ŁADOWANIE POMPA CIEPŁA KOLEKTORY SŁONECZNE 14 JAK TO DZIAŁA Pomocniczy system – Kocioł/ Pompa Ciepła Pomocnicze źródło ciepła jest niezbędne do pokrycia szczytowego zapotrzebowania na ciepło i w okresach, gdy zbiornik jest rozładowany Pompy ciepła są zwykle trzy do czterech razy bardziej wydajne w porównaniu do konwencjonalnych grzejników dla uzyskania tej samej ilości ciepła Obniżona temperatura powrotu czynnika grzewczego do zbiornika pomaga w jego stratyfikacji Niższa temperatura w dolnej części zbiornika powoduje wyższą wydajność kolektorów i zmniejsza straty ciepła poprzez ziemię. 15 Plan prezentacji Co to jest Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej (STES)? Dlaczego używamy STES? Jak to działa? Gdzie najlepiej stosować? Finanse Analiza studium wykonalności STES Przykłady zastosowań 16 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ? Aspekt rodzaju budynku i klimatu Rodzaj budynku Warunki klimatyczne Pojedynczy dom Segmenty mieszkalne Nowy budynek (preferowane) Istniejące budynki Źródło: Asko professionals Wysokie roczne nasłonecznienie & wysokie zapotrzebowanie w zimę Rodzaj ogrzewania System ciepłowniczy Nisko temperaturowy 17 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ? – Aspekt STES STES warunki gruntowe Źródła energii cielnej Budowa geologiczna Działka na magazyn ciepła Charakterystyka hydrologiczna (warstwy wodonośne) Wystarczająca powierzchnia dla kolektorów słonecznych (na ziemi, na dachu) Przemysłowe ciepło odpadowe (zakres temperaturowy, odległość do punktu zapotrzebowania cieplnego, dostępność) Rodzaj zastosowania Pojedyncze obciążenie – (stabilny przebieg) Niezależny od użytkowania mieszkania (złożony system kontroli) 18 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ? – źródło EINSTEIN Lokalizacja wewnątrz UE Zapotrzebowanie na energię cieplną do ogrzewania pomieszczeń w obrębie UE różni się znacząco w zależności od kraju. Główne czynniki zależą od materiału budynku, okresu jego powstania, gęstości zabudowy, istniejącego systemu grzewczego (np. systemu ciepłowniczego) i lokalnych warunków klimatycznych. Największy potencjał dla stosowania systemu STES w Europie wskazano w raporcie: “Classification of EU building stock according to energy demand requirements.” Mieszkaniowe zapotrzebowanie na energię vs. średnie temperatury otoczenia (ACC4: Bułgaria, Rumunia, Turcja, Chorwacja; EFTA3: Islandia, Norwegia i Szwajcaria; NMS 10: dziesięciu nowych członków od maja 2004. (Źródło: ECPHEATCOOL) 19 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ? – źródło EINSTEIN Integracja STES Biorąc pod uwagę ostatnie unijne regulacje cieplnej wydajności w dla krajów UE, przewiduje się, że budynki będą mieć niższe zapotrzebowanie na energię (<50kWh/m²rok). W tym przypadku możliwym jest zastosowanie systemów niżej temperaturowych dla systemów grzewczych ograniczając przy tym straty ciepła. To czyni STES lepszym do tworzenia nisko-energetycznych systemów grzewczych. Integracja STES z licznymi technologiami generującymi ciepło takimi jak kotły gazowe, pompy ciepła, połączenie ciepło i energia (CHP), a także systemami dystrybuującymi jest dyskutowana w dokumencie: “Technology assessment HVAC and DHW systems in existing buildings throughout the EU”. 20 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ? – Wieloczynnikowa analiza potencjału STES Na podstawie analiz przeprowadzonych w ramach projektu EINSTEIN, wykonano wieloczynnikową analizę potencjału dla STES w Europie, biorąc pod uwagę następujące kryteria: - dane klimatyczne (HDD, nasłonecznienie) - dane budynku (ogrzewanie pomieszczeń i zapotrzebowanie na DHW), - dostępność DH Kryteria nie wzięte pod uwagę (lokalne): geologia, prawo własności, stopień zainteresowania, możliwości uzyskania subsydiów Suma Odsetek domów jednorodzinnych Dostępność sieci ciepłowniczej [%] Normalizowane roczne nasłonecznienie Normalizowane zapotrzebowanie na energię DHW Normalizowane zapotrzebowanie na energię do ogrzewania pomieszczeń 21 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ? – Wieloczynnikowa analiza potencjału STES – najlepsze wyniki Globalne nasłonecznienie horyzontalne Północna UE: duża dostępność DH high długi sezon grzewczy umiarkowane nasłonecznienie → niski potencjał STES (wyjątki) Centralna UE: średnia dostępność DH stosunkowo długi sezon grzewczy średnie nasłonecznienie → stosunkowo wysoki potencjał STES Zachodnia UE: średnia dostępność DH średnia długość sezonu grzewczego umiarkowane nasłonecznienie → stosunkowo wysoki potencjał STES Południowa EU: niska dostępność DH krótki sezon grzewczy wysokie nasłonecznienie → umiarkowany potencjał STES, wysoki potencjał dla mniejszych solarnych magazynów energii 22 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ? – Źródło EINSTEIN Projekt systemu STES i instalacji EINSTEIN Wiele kroków musi być podjęte w celu zaprojektowania systemu STES. Składają się na nie głównie techniczne wyzwania i decyzje, które muszą być przeanalizowane. Należą do nich: średnica zbiornika magazynującego, lokalizacja, powierzchnia systemu kolektorów słonecznych, system grzania. Posiadając przejściowy system, który jest uzależniony głównie od warunków pogodowych, możliwym jest przewidzieć i określić zachowanie za pomocą odpowiednich obliczeń. Wyczerpujący przewodnik po planowaniu i projektowaniu systemów STES dostępny jest tu: “Design guidelines for STES systems in Europe”. W celu zapoznania się z projektem i montażem demonstracyjnej instalacji EINSTEIN proszę kliknąć tu. 23 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ? – Kombinacja podwyższonej wydajności energetycznej i zastosowania odnawialnych źródeł Strategia energetyczna W celu zapewnienia największej efektywności systemu STES, musi on być częścią całościowej energetycznej strategii. W tym: Obniżenia zapotrzebowania na energię w istniejących budynkach poprzez unowocześnienie energetycznych charakterystyk wydajnościowych Integracji używanych źródeł odnawialnych Integracji specjalistycznych rozwiązań włącznie z STES Te decyzje muszą być zoptymalizowane pod kątem szczególnych zmiennych takich jak: Klimat Koszty Rodzaj budynku Narzędzie Oceny (Evaluation Tool) zostało opracowane w ramach projektu EINSTEIN w celu określania najbardziej opłacalnych kombinacji charakterystyk. Opracowane zostało również Narzędzie Wsparcia Decyzji (Decision Support Tool) do pomocy przy projektowaniu systemów solarnych. 24 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ?– Narzędzie Oceny Konfiguracja Narzędzia Oceny (Evaluation Tool) 1.Zdefiniowanie budynku • Wybór obszaru klimatycznego • Wybór rodzaju budynku • Powierzchnia budynku • Wybór zakresu oszczędności 2. Zakładany poziom redukcji 3. Kalkulacja najbardziej opłacalnego rozwiązania 4. Wyniki • Przegląd bazy danych • Dopasowanie optymalnego przypadku zapewniającego zakładane oszczędności • Identyfikacja najbardziej opłacalnej kombinacji pasywnego i aktywnego systemu włącznie z STES • Wybrana najlepsza kombinacja • Oszczędność energii (kWh/rok) • Wielkość niezbędnego nakładu inwestycyjnego (€) 25 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ?– Najbardziej opłacalne rozwiązanie Model komputerowy do oceny zużycia energii dla istniejącego budynku Strategia modernizacji Udział STES w opłacalności rozwiązania Narzędzie decyzyjne dla projektowania i oceny STES Narzędzie Oceny dla najbardziej opłacalnego systemu w modernizowanym budynku Dostęp do NARZĘDZIA OCENY tu 26 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ?– Narzędzie projektowania STES Narzędzie Wsparcia Decyzji (Decision Support Tool) Po określeniu najbardziej opłacalnego rozwiązania, kolejne narzędzie opracowano jako część projektu EINSTEIN w celu pomocy w analizie najlepszego wstępnego projektu STES. Narzędzie pomaga użytkownikowi w znalezieniu najlepiej pasującej technologii do określonych warunków. Warunki klimatyczne Wymagania obszaru/powierzchni Wymagania urządzeń i sposób ich integracji (kolektory słoneczne, STES, sieć ciepłownicza, pompa ciepła, system pomocniczy) W celu uzyskania dalszych informacji o modelu proszę kliknąć tu. 27 GDZIE NAJLEPIEJ STOSOWAĆ?– Narzędzie projektowania STES (DST) Opis DST Narzędzie składa się z trzech głównych części: Wybór parametrów wejściowych Sekcja obliczeniowa Wybór rezultatów Opcje projektowania Poza narzędziami wyboru i oceny STES, narzędzie pozwala także na analizę i porównanie różnych scenariuszy. Scentralizowane systemy jak również rozdzielne konfiguracje mogą być wykorzystywane dla każdej lokalizacji i na każdym poziomie zapotrzebowania na ciepło, zarówno dla istniejących jak i nowo powstających budynków. W celu dostępu do narzędzia proszę kliknąć tu: DECISION SUPPORT TOOL 28 Plan prezentacji Co to jest Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej (STES)? Dlaczego używamy STES? Jak to działa? Gdzie najlepiej stosować? Finanse Analiza studium wykonalności STES Przykłady zastosowań 29 JAKIE SĄ KOSZTY? Koszty i korzyści finansowe sezonowego magazynowania energii cieplnej są bardzo zróżnicowane Zmienne czynniki: Klimat Zapotrzebowanie na ciepło Rodzaj STES Integracja DH Zmiany finansowe, włącznie ze stopą inflacji, wzrostem cen paliwa, wewnętrznej stopy zwrotu itp. 30 Koszt inwestycji na m³ wodnego ekwiwalentu [€/m³] JAKIE SĄ KOSZTY? Zbiornik STES Objętość zbiornika, ekwiwalent wody [m³] Wykres obrazuje koszty szerokiej gamy zbiorników STES o różnych rozmiarach, używanych do dużych systemów ciepłowniczych. Koszt inwestycji maleje wraz ze wzrostem objętości zbiornika. Koszty zbiorników STES dla projektu EINSTEIN zastosowanych w obu demonstratorach są zaznaczone w kółkach. Wieloczłonowy zbiornik o objętości 23 m3 zlokalizowany w Lysekil jest 31 na innej skali, koszt to € 700/m3 JAKIE SĄ KOSZTY?- całkowite koszty grzania Przykład instalacji domowej STES: Dom pasywny z systemem solarnym DHW i ogrzewanie pomieszczeń z STES Najszybszy zwrot kosztów dla systemu DHW i ogrzewania przestrzeni bez systemu STES (16 lat / 24 lat) Koszt DHW&ogrz. pomieszczeń.; podstawowy przypadek (elektryczność) vs. Kolektory słoneczne&kolektory z STES, ie=7.3%, i=2.2%, d=3% Zwrot kosztów dla DHW i ogrzewania przestrzeni systemem STES wynosił 33 lat Należy pamiętać, że STES był zaprojektowany jako element systemu niezbędny do pochłaniania ciepła Źródło: Colclough & Griffiths, Applied Energy Journal 2016 Prezentowane koszty obejmują systemy, koszty operacyjne i paliwa oraz są dostosowane do inflacji oraz czynnika zniżek firmy (ceny netto) 32 JAKIE SĄ KOSZTY? Przykład mało-skalowej instalacji STES: 10 pomieszczeń z systemem DHW i ogrzewaniem pomieszczeń z STES, w Lysekil, Szwecja Budynek odnowiony do standardu domu pasywnego Używanie instalacji solarnej z STES Opis Ilość pomieszczeń Całkowita powierzchnia [m2] Powierzchnia solarna [m2] Dobowe magazynowanie [m3] Zwrot kosztów po 17 latach STES objętość [m3] Zapotrzebowanie na ogrzewanie pomieszczeń [kWh] zapotrzebowanie energetyczne DHW [kWh] Całkowity koszt NPV, ponad 40 lat [€] Budynek z wieloma pomieszczeniami 10 (4 komercyjne, 6 mieszkalne) 381 plus 390 = 781 w sumie 50 3300 l 23 53,422 7,417 405,415 Okres zwrotu [lata] 17 Zwrot w porównaniu do STES bez systemu solarnego 27% 33 JAKIE SĄ KOSZTY? Przykład mało-skalowej instalacji STES: 10 pomieszczeń z systemem DHW i ogrzewaniem pomieszczeń z STES, w Lysekil, Szwecja Całkowita wartość dostarczenia DHW i ogrzewania pomieszczeń pokazano naprzeciw. Koszty obejmują systemy, koszty operacyjne i paliwa oraz są dostosowane do inflacji oraz czynnika zniżek firmy (ceny netto) Koszty ogrzewania za pomocą systemu ciepłowniczego (€514,492) przewyższają te z zastosowaniem kolektorów słonecznych z STES i z DH jako wsparciem (€405,415) w rozważanym okresie 40 lat. Budynek 1&2 Koszty DHW&ogrz pom: kolektory vs. bez kolektorów ie=7.3%, i=3%, d=3% 34 PILOTAŻOWA INSTALACJA EINSTEIN - Ząbki Polska instalacja demonstracyjna EINSTEIN System magazynowania Budynek Typ TTES Powierzchnia użytkowa Pojemność 800 m3 Kąt nachylenia 40° Szczytowe zapotrzebowanie 75 kW na ciepło Orientacja Południe Zakres temperaturowy Czynnik grzewczy Glikol System ciepłowniczy Całkowita długość 150 m2 Rury Giętkie 2x De65, preizolowane polibutylenem rury w osłonach z PEHD 794 m2 Wysoka Temp. Dalsze szczegóły są dostępne w następujących raportach: • Design and installation • Monitoring • Impact Assessment • Overall report 35 POLSKA STRONA EINSTEIN – KOSZTY INWESTYCJI Koszty inwestycji: System EINSTEIN Komponent Cena jednostkowa STES zbiornik Pole kolektorów słonecznych Wymiennik ciepła Pompa ciepła Wodna pompa Zbiornik buforowy Koszt całkowity Ilość Suma 105.000 € 1 105.000 € 400 €/m2 150 m2 60.000 € 2 1 5 1 1.500 € 25.000 € 1.500 € 1.000 € 212.820 € 750 25.000 300 1.000 € € € € Cena Zbiornikstorage buforowy Buffer Pompa wodna Water pumps Pompa ciepła Heat pump ciepła woda HeatWymiennik exchanger water Wymiennik ciepła solar Heat exchanger solar Pole kolektorów słonecznych Solar collectors field 0€ 10,000 € 20,000 € 30,000 € 40,000 € 50,000 € 60,000 € 70,000 € 36 POLSKA STRONA – OPŁACALNOŚĆ – OPERACYJNE KOSZTY PALIWA Roczne koszty gazu ziemnego Roczny koszt elektryczności W sumie Oszczędności Konwencjonalny system 8.000 €/a 300 €/a 8.300 €/a System EINSTEIN 4.000 €/a 900 €/a 4.900 €/a 2.400 €/a Koszty OPEX System EINSTEIN system EINSTEIN Konwencjonalny Conventional system system 0 1000 2000 3000 Roczne koszty gazu ziemnego Annual natural gas cost 4000 5000 6000 7000 Roczne koszty elektryczności Annual electricity cost 8000 €/a 9000 37 POLSKA STRONA – OPŁACALNOŚĆ- KOSZTY EKSPLOATACJI Komponent Inspekcja/rok Koszt inspekcji Całkowity koszt Kocioł gazowy 1 100 € 100 € Pompa ciepła 1 250 € 250 € Pole kolektorów słonecznych 1 100 € 100 € Kontrolny system 2 500 € 1.000 € Komponent Żywotność komponentu Żywotność system/ komponent Ilość wymian Koszt komponentu komponentu Całkowity koszt Kocioł gazowy 15 lat 3.3 3 15.000 € 45.000 € Pompa ciepła 20 lat 2.5 2 25.000 € 50.000 € Pole kolektorów cieplnych 20 lat 2.5 2 60.000 € 120.000 € System kontroli 50 lat 1 0 20.000 € 0€ 38 POLSKA STRONA – OPŁACALNOŚĆ – WYNIKI Określone: PP (Okres zwrotu) NPV (Obecna wartość netto) IRR (Wewnętrzna stopa zwrotu) Dostępne są tu, biorąc pod uwagę: Stopień optymalizacji podsystemu Redukcję ceny pompy ciepła Finansowanie z UE oraz krajowych programów subsydialnych 39 POLSKIE DEMO – KALKULACJA EMISJI 30000 30000 Stratylosses ciepła district sieci ciepłowniczej heat heating net Ogrzewanie pomieszczeń space heating 25000 ZużycieComsumption elektryczności HP HP elect. 25000 kWhelel electrictity //kWh kWh;elektryczność heat //kWh; Ciepło Ciepłogas kocioł gazowy heat boiler Całkowite total usedużyte solarciepło heat solarne 20000 Wydajność solar yield solarna 20000 15000 15000 10000 10000 5000 5000 0 0 40 POLSKIE DEMO – KALKULACJA EMISJI Emisja Węgiel kamienny Węgiel brunatny Olej Gaz ziemny CO2 (g/GJ) 94 600 101 000 77 400 56 100 SO2 (g/GJ) 765 1361 1350 0.68 NOx (g/GJ) 292 183 195 93.3 CO (g/GJ) 89.1 89.1 15.7 14.5 Cząstki stałe (g/GJ) 1203 3254 16 0.1 Całkowita objętość spalin (m³/GJ) 360 444 279 272 Gęstość energii (MJ/kg) 21.5 16 46.3 53.6 41 Plan prezentacji Co to jest Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej (STES)? Dlaczego używamy STES? Jak to działa? Gdzie najlepiej stosować? Finanse Analiza studium wykonalności STES Przykłady zastosowań 42 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków ZAKRES Wprowadzenie Cel i zakres System STES i strategia eksploatacji Główne czynniki wpływające na studium wykonalności dla STES Analiza wyników ekonomicznego studium wykonalności Potrzeba właściwej polityki Wnioski 43 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Wprowadzenie Cel i zakres Określenie ekonomicznego studium wykonalności dla instalacji STES w Amsterdamie, Madrycie, Sztokholmie i Warszawie. Uzyskane dane będą właściwe tylko dla konkretnych przypadków, dlatego każda instalacja wymaga wyczerpujących analiz oraz symulacji za pomocą oprogramowania TRNSYS. Ocena była przeprowadzona biorąc pod uwagę specyficzne warunki każdej z lokalizacji: nasłonecznienie, zewnętrzne temperatury, zapotrzebowanie na ciepło oraz ceny gazu ziemnego oraz elektryczności. Analizowano wpływ dodatkowego dofinansowania (0 i 50%) oraz dwóch różnych sprawności systemów solarnych (50 i 75%). Obliczenia prowadzono w arkuszu Excel. Tylko zbiorniki TTES były rozważane. Wszystkie analizy były prowadzone na podstawie wyników projektu EINSTEIN. Koszty inwestycji dla badanych przypadków (na podstawie narzędzia SDH dostępnego on-line) były zbliżone do tych uzyskanych za pomocą Narzędzia Wsparcia Decyzji (Decision Support Tool). System STES i strategia eksploatacji Prywatna promocja przez firmę Energy Services (ESCO): IRR > 10%, zwrot >10 lat Publiczna promocja lub też w formie energetycznej spółdzielni: zwrot < żywotność STES 44 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Główne czynniki wpływające na studium wykonalności dla STES Lokalizacja: nasłonecznienie, zapotrzebowanie na ciepło, dostępność systemu sieci ciepłowniczej. Wielkość systemu STES, 10.000 MWh. Procentowa sprawność systemu kolektorów słonecznych: 50, 75% Temperatura operacyjna sieci ciepłowniczej : 75 - 85 °C/ 45 - 50 °C Koszt gazu ziemnego i elektryczności, wzrost 0, 12, 25, 50% Cena sprzedaży ciepła wytworzonego przez STES, wzrost 0, 12, 25, 50% ponad cenę gazu naturalnego. Dodatkowe dofinansowanie, 0%, 50% Redukcja inwestycji w sprzęt i/lub subsydia, 0, 15, 30, 50% Cena emisji CO2, 7 €/t (obecnie), 50 €/t lub więcej. Dostępność innych dodatkowych źródeł ciepła 45 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Analiza wyników ekonomicznego studium wykonalności Analiza wpływu głównych parametrów: Lokalizacja: Rozmiary STES: Rozwój IRR IRR w tych samych warunkach 10.000 MWh/rok – 50% wzrost ponad obecne koszty ogrzewania -30% obniżenie kosztów Inwestycyjnych -50% dodatkowego dofinansowania -0% wzrostu ponad ceny gazu i elektryczności -60€/t CO2 50% wzrost ponad obecne koszty ogrzewania -30% obniżenie kosztów Inwestycyjnych -50% dodatkowego dofinansowania -0% wzrostu ponad ceny gazu i elektryczności -60€/t CO2 10.000 MWh/rok 8.000 MWh/rok 6.000 MWh/rok 4.000 MWh/rok 2.000 MWh/rok Warszawa Amsterdam Sztokholm Miasto Madryt Amsterdam Madryt Sztokholm Warszawa 46 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Analiza wyników ekonomicznego studium wykonalności Analiza wpływu głównych parametrów: Kształtowanie się parametrów dla Madrytu Produkcja ciepła 10.000 MWh/rok, sprawność kolektorów słonecznych 75%, dodatkowe dofinansowanie 50% % wzrost ponad obecną cenę Cena sprzedaży ciepła Gaz ziemny CO2 (x10%) Redukcja nakładów inw. Elektryczność Pozostałe ciepło CO2 47 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Analiza wyników ekonomicznego studium wykonalności Analiza wpływu głównych parametrów: Kształtowanie się parametrów dla Sztokholmu Produkcja ciepła 10.000 MWh/rok, sprawność kolektorów słonecznych 50%, dodatkowe dofinansowanie 50% % wzrost ponad obecną cenę Cena sprzedaży ciepła Redukcja nakładów inw Pozostałe ciepło Elektryczność CO2 CO2 (x10%) Gaz ziemny 48 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Analiza wyników ekonomicznego studium wykonalności Analiza wpływu głównych parametrów: Kształtowanie się parametrów dla Sztokholmu IRR IRR Cena sprzedaży ciepła Produkcja ciepła 10.000 MWh/rok, sprawność kolektorów słonecznych 54%, dodatkowe dofinansowanie 50% % wzrost ponad obecną cenę Redukcja nakładów inw. Pozostałe ciepło Gaz ziemny CO2 CO2 (x10%) Cena sprzedaży ciepła Elektryczność Wartości cen sprzedaży ciepła (jasno niebieski kolor) pokazane na skali po prawej stronie 49 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Analiza wyników ekonomicznego studium wykonalności Analiza wpływu głównych parametrów: Wpływ sprawności kolektorów słonecznych: Kształtowanie się IRR Produkcja ciepła 10.000 MWh/rok, 30% wzrost ponad aktualną cenę ciepła – 30% spadek nakładów inwestycyjnych -50% dodatkowe dofinansowanie -0% wzrost ponad aktualne ceny gazu ziemnego i elektryczności 60€/t CO2 Sprawność kolektorów A Sprawność kolektorów B 50 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Analiza wyników ekonomicznego studium wykonalności Instalacja STES dla przypadku ze strefy klimatycznej Madrytu, dla zapotrzebowania na ciepło 10,000 MWh, ze sprawnością kolektorów słonecznych 75% (sprawność 50% wymaga znacznie mniejszych nakładów, ale taki przypadek nie będzie rozważany sezonowo), z dodatkowym dofinansowaniem 50% całkowitego nakładu finansowego, bez subsydiów i w przypadku aktualnych cen kolektorów słonecznych i STES (które powinny maleć) dla aktualnych cen gazu naturalnego i elektryczności w Madrycie , przyjmując obecne kwoty emisyjne CO2, które muszą być płacone w przypadku innych technologii wykorzystujących paliwa kopalne, dla ceny sprzedaży dostarczanego ciepła, odpowiadającej aktualnym cenom dla użytkowników kotłów na gaz ziemny przy całkowitej inwestycji 5.8 M€ dla 1000 mieszkań (<6 k€/mieszkanie), W tym przypadku instalacja STES przyniosłaby 11% wzrost IRR i okres zwrotu 13 lat, byłby to interesujący biznesowo scenariusz dla firmy ESCO przy obecnych cenach obowiązujących w Madrycie (koszty sieci ciepłowniczej nie są uwzględnione w kalkulacji kosztów). 51 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Analiza wyników ekonomicznego studium wykonalności Instalacja STES dla strefy klimatycznej Sztokholmu, która zapewni uzyskanie 10% IRR i 13 letni okres zwrotu z 50% sprawnością kolektorów słonecznych, wymaga inwestycji 7.8 M€ przy dodatkowemu dofinansowaniu w wysokości 50% i: Subsydium Inne źródła ciepła (%) * Cena emisji CO2 (€/t) Wzrost cen sprzedaży ciepła (%) Wzrost cen gazu ziemnego (%) Wzrost cen elektryczności (%) * Procent ciepła z kotła na gaz ziemny zastąpionego dodatkowymi źródłami ciepła np.: przemysłowego ciepła odpadowego, geotermii i biomasy 52 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Potrzeba właściwej polityki Polityka kwot emisyjnych CO2 w celu zwiększenia udziału odnawialnych źródeł energii oraz dążenie do spełnienia wymogów redukcji emisji CO2. Cena paliw kopalnych, które bezpośrednio wpływają na krajową lub europejską politykę. Dania stawia na nisko węglowy system energetyczny. 53 Techniczne, ekonomiczne i finansowe studium wykonalności systemu STES dla użytkowanych budynków Wnioski Na podstawie ekonomicznego i finansowego studium wykonalności przeprowadzonej dla instalacji STES, można stwierdzić, że mogą one przynosić korzyści dla lokalizacji w południowej Europie np. Madryt (zakładając dostępność systemu ciepłowniczego). Jednakże, Amsterdam, Sztokholm i Warszawa obecnie wykazały gorsze ekonomiczne wyniki i potrzebny byłby znaczny wzrost dostarczanego ciepła, duży wzrost kwot emisyjnych CO2, obniżenie nakładów inwestycyjnych, etc. Parametrami najbardziej wpływającymi na ekonomiczne studium wykonalności instalacji STES są: lokalizacja, rozmiary STES, ceny sprzedaży ciepła, procentowa wartość dofinansowania, ceny gazu ziemnego, elektryczności oraz kwot emisyjnych CO2… Uzyskane dane będą właściwe tylko dla konkretnych przypadków, dlatego każda instalacja wymaga wyczerpujących analiz oraz symulacji za pomocą oprogramowania TRNSYS. 54 Plan prezentacji Co to jest Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej (STES)? Dlaczego używamy STES? Jak to działa? Gdzie najlepiej stosować? Finanse Analiza studium wykonalności STES Przykłady zastosowań 55 PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ Kolektory słoneczne Flachkollektoren Heizzentrale Centralna instalacja ciepłownicza Gas BrennwertKessel Podstacja Wärmeübergabestation Ciepła Transferu Wärmenetz Sieć dystrybucji Sieci Saisonaler Solarnetz STES Ciepłownicze ciepła Wärmespeicher 56 PILOTAŻOWA INSTALACJA EINSTEIN - Bilbao Hiszpańska instalacja demonstracyjna EINSTEIN Hiszpańska instalacja demonstracyjna Budynek Powierzchnia użytkowa 1050 m2 Kolektory słoneczne Płaskie Powierzchnia 62 m2 Kąt nachylenia 40° Roczne zapotrzebowanie na ciepło Orientacja Południe Grzewczy zakres temp. Niska temp. Czynnik grzewczy Glikol Obj. zbiornika buforowego 2 m3 Objętość zbiornika 180 m3 STES Dalsze szczegóły są dostępne w następujących raportach: • Design and installation • Monitoring • Impact Assessment • Overall report 83 MWh/rok 57 PILOTAŻOWA INSTALACJA EINSTEIN - Ząbki Polska instalacja demonstracyjna EINSTEIN System magazynowania Budynek Typ TTES Powierzchnia użytkowa Pojemność 800 m3 Kąt nachylenia 40° Szczytowe zapotrzebowanie 75 kW na ciepło Orientacja Południe Zakres temperaturowy Czynnik grzewczy Glikol System ciepłowniczy Całkowita długość 150 m2 Rury Giętkie 2x De65, preizolowane polibutylenem rury w osłonach z PEHD 794 m2 Wysoka Temp. Dalsze szczegóły są dostępne w następujących raportach: • Design and installation • Monitoring • Impact Assessment • Overall report 58 Przykłady zastosowań Zbiorniki STES pod domem 1szy Europejski dom w 100% ogrzewany systemem solarnym Oberburg, Szwajcaria Działa od stycznia 1990 Source: Jenni Energietechnik 59 Przykłady zastosowań Oberburger Sonnenhaus Pierwsze mieszkania wielorodzinne ogrzewane w całości energią słoneczną. Oberburg, Szwajcaria 276 m² kolektorów słonecznych 205 m³ zbiornik ciepła Source: Jenni Energietechnik 60 Przykłady zastosowań Hamburg (1996) 3.000 m² Płaskie kolektory 4500 m³ Zbiornik wody Neckarsulm (1997) 5.900 m² Płaskie kolektory 63.300 m³ BTES Rostok (2000) 1.000 m² Płaskie kolektory 20.000 m³ ATES Źródło: USTUTT Friedrichshafen (1996) 4.050 m² Płaskie kolektory 12.000 m³ Zbiornik wody Steinfurt (1998) 510 m² Płaskie kolektory 1.500 m³ Pit TES (Zwir/ Woda) Hanower (2000) 1.350 m² Płaskie kolektory 2.750 m³ Zbiornik wody 61 Przykłady zastosowań Chemnitz, 1. phase (2000) 540 m² Kolektory próżniowo rurowe 8.000 m³ Pit TES (Zwir/ Woda) Monachium (2007) 2.900 m² Płaskie kolektory 5.700 m³ Zbiornik wody Źródło: USTUTT Attenkirchen (2002) 800 m² Dach solarny 9.850 m³ Zbiornik wody & Odwierty Crailsheim (2007) 7.500 m² Płaskie kolektory 37.500 m³ BTES Eggenstein (2008) 1.600 m² Płaskie kolektory 4.500 m³ Pit TES (Zwir/ Woda) 62 Sezonowe Magazynowanie Energii Cieplnej (STES) dla decydentów (Inwestorów i deweloperów, lokalnych i regionalnych władz, etc) Dr Shane Colclough Miguel Ramirez Prof. Neil J Hewitt 63
