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
Download
Random flashcards
bvbzbx

2 Cards oauth2_google_e1804830-50f6-410f-8885-745c7a100970

Create flashcards