Duże instalacje solarneSolarne sieci cieplne

Senftenberg – doświadczenia z eksploatacji. Część 2

Instalacja solarna w Senftenberg (Brandenburgia) jest kolejną wielką instalacją solarną zasilającą rozległą sieć ciepłowniczą, zaprojektowaną w technologii Aqua System, to znaczy z czystą wodą w obiegu solarnym i kolektorami próżniowo-rurowymi ze zwierciadłem parabolicznym CPC. Poniższy tekst jest kontynuacją prezentacji wygłoszonej przez dr Rolfa Meissnera CEO Ritter XL Solar na 21 Drezdeńskiej Konferencji Ciepłownictwa w dniach 20-21 września 2016 roku, kilka tygodni po uruchomieniu systemu. W tej części przypomniane są niektóre wcześniej uruchomione wielkie instalacje. W oparciu o te doświadczenia można już czynić pewne podsumowania i formułować wnioski w kontekście przestawiania gospodarki na zasilanie energią słoneczną

Potencjał Słońca

Nasłonecznienie powierzchni Ziemi (tylko lądy)
1,2 x10 8 TWh/a
Światowe zapotrzebowanie na energię 2015 rok
1,5 x10 5 TWh/a (z tego 1/8 en.elektryczna)
Nasłonecznienie powierzchni Niemiec
4,0 x10 5 TWh/a
Zapotrzebowanie na energię w Niemczech
120 TWh/a
Sprawność fotowoltaiki
11% do 15%
Sprawność termiki solarnej
30% do 50%
1/10 energii dla ciepła sieciowego pobrana ze Słońca
pole kolektorów 30 km2,
emisja CO2 mniejsza o 3,8 mln ton rocznie
Łącznie ciepło solarne do 100º C
1000 TWh/a, koło 250 km2
(w przybliżeniu tyle zajmowały pola fotowoltaiki w roku 2015)

 

1/10 ciepła sieciowego pochodząca ze Słońca,
to prawie 15% celu na rok 2050!

Wykorzystanie energii słonecznej jest w przyszłości niezbędne

Wielkość kolorowych kół na pierwszym obrazie odpowiada w przybliżeniu proporcjom między podanymi wyżej wartościami.

 

Sieć cieplna w Wels, Austria (2011)

Mapa:

Lokalizacja dwóch kotłowni i pola kolektorów

Parametry:
Koszt inwestycji
1,9 mln EURO
Dotacja
45%
Planowany okres eksploatacji
>20 lat
Uzysk energii
1.350 MWh/a
po odliczeniu energii elektrycznej i konserwacji
Cena energii
41 EURO/MWh z dotacją
75 EURO/MWh bez dotacji
Powierzchnia kolektorów brutto
3388 m2, bez żadnego bufora grzewczego
Temperatury pracy
85º..100º C
Cechy unikalne:
  • Pierwsze zdecentralizowane zasilanie sieci cieplnej energią słoneczną
    (średnio rocznie 3%, latem do 50% zapotrzebowania całej sieci)
  • Pierwsze zastosowanie sieciowej wody grzewczej w obiegu solarnym
  • Pierwsze zasilanie sieci cieplnej bez użycia bufora grzewczego

Zakład w Wels jest wzorcem dla zdecentralizowanego zasilania sieci ciepłowniczej. Nasłonecznienie w Wels jest umiarkowane, często występują mgły. Około 10% kolektorów znajduje się w cieniu, są skierowane nieco na zachód, a ze względu na konieczność odśnieżania oddalone są od siebie nieco bardziej niż wynikałoby z ryzyka zacienienia. Ponadto, w roku 2011 technologia plazmowa w kolektorach jeszcze nie była dostępna. Tym bardziej więc należy cieszyć się z uzyskanej energii 1,3 GWh/a  i tylko 1% zużytej dla aktywnej ochrony przeciw zamarzaniu.

Sieć lokalna w Büsingen (2013)

Prostota rozwiązań jest zawsze najkorzystniejsza!

  • średnioroczne pokrycie potrzeb około 15%, w lecie od 50% do 60%
  • nośnik ciepła czysta woda, bez wymiennika ciepła
  • żadnego bufora grzewczego
  • praca jako drugi kocioł grzewczy

Büsingen może być wzorem dla innych proekologicznych miejscowości. Pole kolektorów składa się z niewiele większej ilości elementów niż te widoczne w zakreślonym zielonym prostokącie. Wielkość pola kolektorów 1090 m².

  • Koszt inwestycji: 450.000 EURO
  • Dotacja: 40%
  • Planowana eksploatacja: >20 lat
  • Uzysk energii: 450..500 MWh/a, po odliczeniu <5% na energie elektryczną i konserwację
  • Cena energii: 43..48 EURO/MWh bez dotacji,  26..29 EURO/MWh z dotacją

Mapa sieci lokalnej – długość około 5 km

  • budynki mieszkalne
  • przedsiębiorstwa (warsztat samochodowy, hotel, bank)
  • budynki użyteczności publicznej (Ratusz, poczta, kościół, przedszkole, szkoła)

 

Energetyczny Bunkier Wilhelmsburg, Hamburg (IBA 2013)

  • Koszt inwestycji: 700.000 EURO (bez konstrukcji wsporczej, która była prestiżowym projektem Targowym)
  • Dotacja: 55%
  • Planowany okres eksploatacji: >20 lat
  • Uzysk energii:  599 MWh/a, po odliczeniu <5% energii elektrycznej i konserwacji
  • Cena energii: 65 EURO/MWh.  <30 EURO/MWh z dotacją

W przypadku projektu IBA Energiebunker Hamburg, największym wyzwaniem był montaż kolektorów na wysokości 50 m, w środku zimy i zabezpieczenie przed huraganami. Jak dotąd, instalacja przetrwała już trzy huragany, z których jeden miał prędkość ponad 200 km/h.
Uzysk prawie 600 MWh/a zaspokaja całkowicie oczekiwania operatora w Hamburgu.

 

Sieć lokalna Neuerkirch i Külz (2016)

  • Powierzchnia kolektorów: 1.422 m²
  • Temperatury zasilania: 80º..90º C
  • Zbiornik buforowy: 120 m³
  • Udział słońca w pokryciu potrzeb: około 20%
  • Uzysk roczny, planowany: 650 MWh
  • Koszt inwestycji: 700.000 EURO
  • Cena energii: 35..40 EURO/MWh

 

 

Firma FESTO, Stuttgart (2007)

  • Wspomaganie ogrzewania i chłodzenie budynku
  • Temperatury zasilania: 80º..95º C
  • Powierzchnia kolektorów: 1330 m²
  • Zbiornik buforowy: 17 m³
  • Moc szczytowa: 1 MW
  • Uzysk gwarantowany (po raz pierwszy): 500 MWh/a
  • Uzysk rzeczywisty w roku 2011 +35%: 676 MWh

Ten system wspomagania sieci ciepłowniczej spółki Festo koło Stuttgartu, zaprojektowany dla ogrzewania i adsorpcyjnego chłodzenia, przyciągnął tyle uwagi i był tak intensywnie monitorowany jak prawdopodobnie żaden inny układ solarny do klimatyzacji. To pierwszy przypadek udzielenia gwarancji na wydajność dla układu solarnego. W ciągu 5 lat, dostarczył tyle ciepła ile gwarantowano dla lat sześciu. W roku 2011 wydajność była o 35% wyższa niż gwarantowana. Instalacja była serwisowana tylko raz od 2007 roku.

 

Instalacja pilotażowa dla sieci cieplnej Jena

  • Instalacja testowa z kolektorami próżniowo-rurowymi CPC
  • W obiegu solarnym płynie woda obiegowa sieci cieplnej
  • Układ bez żadnego zbiornika buforowego
  • Układ bez własnego naczynia rozszerzalnego

Zdecentralizowane zasilanie sieci

  • Powierzchnia kolektorów: 99 m²
  • Uzysk energii: 40 MWh/a
  • Temperatury zasilania: 85º .. 115º C
  • Sprzęgło hydrauliczne: 1 m³
  • Maksymalna moc ciągła: 60 kW
  • Uruchomienie: styczeń 2016
  • Dotacja z programu MAP uzależniona od wydajności
    od roku 2015 wynosi dla kolektorów Ritter XL Solar: 305 EURO

W styczniu 2016 roku uruchomiono w Jena pierwszy w Niemczech system solarny zasilający rozległą sieć ciepłowniczą w sposób zdecentralizowany. Ta mała instalacja o mocy 70 kW w Zakładzie Energetycznym Stadtwerke Jena-Pößneck ma na celu przede wszystkim pokazać, jak łatwo i skutecznie termika solarna może wspomagać ciepłownictwo zawodowe. Pokazuje również, że w tego typu instalacjach można pominąć wymiennik ciepła oraz naczynia rozszerzalne. Schemat hydrauliczny układu w Jena jest doskonałym przykładem, jak bezpośrednio i ekonomicznie wspomagać ciepłownictwo również przez instalacje średniej wielkości o mocy wyrażonej dwu cyfrowo, a więc pola kolektorów o powierzchni co najmniej 10.000 m².

 

 

 

Liczy się tylko uzysk energii SYSTEMU w całym okresie eksploatacji!

Uzysk systemu glikolowego

nie równa się

uzyskowi kolektorów w systemie z wodą jako nośnikiem ciepła

Uzysk kolektorów z wodą w obiegu solarnym (wg Solar-Keymark strona 2) z uwzględnieniem poniższego:

  • minus – 4%..8% ze względu na właściwości fizyczne glikolu (ciepło właściwe, lepkość, inne)
  • minus – straty z tytułu wyższych temperatur zasilania z powodu zastosowania wymiennika ciepła
  • minus – straty na orurowaniu
  • minus – straty ze względu na pojemność układu (rury + kolektory) (straty rozruchowe i zatrzymania pracy)
  • minus – straty własne zbiorników
  • minus – w przypadku AquaSystemu ciepło dla aktywnej ochrony przed zamarzaniem
Różnica między uzyskiem kolektorów (wg Solar-Keymark strona 2 lub ScenoCalk),
a uzyskiem systemu w zakresie temperatur stosowanych w sieciach niemieckich, z pominięciem strat zbiorników,
zawsze wynosi co najmniej 10% lokalnego nasłonecznienia.

 

Należy żądać gwarancji uzysku systemu!

  • Nie pozwólcie Państwo, by wykresy i niekompletne dane zmyliły was!
  • Sprawdzajcie Państwo prawdopodobieństwo uzysków
    w oparciu o Certyfikat Solar-Keymark!
  • Dopytujcie się Państwo o spadek wydajności wraz ze starzeniem się systemu!

 

 

Sieci cieplne wspomagane energią słoneczną – fakty

  • bez termiki solarnej nie jest możliwe Energetyczne Przestawienie Gospodarki
  • typ kolektora określa jego zastosowanie w funkcji temperatur zasilania
  • długoterminowo energetyka słoneczna jest bardzo opłacalna. Jako przyszłościowa inwestycja,
    podobnie jak energetyka wodna, gwarantuje długoterminowo stabilne niskie ceny energii
  • solarne zasilanie sieci cieplnych od dawna jest uznaną i sprawdzoną technologią
  • do około 15% pokrycia rocznego zastosowanie ciepła słonecznego jest proste i opłacalne
  • do około 5% pokrycia rocznego zastosowanie zbiorników buforowych jest zbędne
  • jeśli ciepło solarne trafia do bufora w systemie kogeneracyjnym, to ceny energii stają się szczególnie atrakcyjne,
    poprawia się również stopień pokrycia, a system kogeneracyjny uzyskuje dodatkowe korzyści

 

Dobry kolektor jest w czasie pracy gorący wewnątrz,
na zewnątrz ma temperaturę otoczenia!

 

“Nie ma nic potężniejszego niż idea, której czas nadszedł”

Victor Hugo
(1802 – 1885)