Home Archive by category Wytwarzanie

Wytwarzanie

CIEPŁO SYSTEMOWE Z NIEMIECKIEJ PERSPEKTYWY

Daniel Heiler, przedstawiciel niemieckiego Zrzeszenia Branży Ciepłownictwa przestrzega, że czas firm produkujących i dostarczających wyłącznie ciepło już się kończy.

AGFW, czyli zrzeszenie reprezentowane przez Heilera, promuje kogenerację oraz systemy ciepłownicze i układy wytwarzania chłodu zarówno na rynku krajowym, jak i międzynarodowym. Należy do niego ponad 500 zakładów ciepłowniczych i wytwarzających chłód. Łącznie reprezentuje 95 proc. mocy ciepłowniczych w Niemczech.

Nie ulega wątpliwości, że Niemcy pod względem produkcji energii z OZE są krajem szczególnym. 1 maja energia dostarczana ze źródeł odnawialnych (wiatraki, kolektory słoneczne, elektrownie zasilane biomasą lub biogazem) po raz pierwszy zaspokoiła zapotrzebowanie całego kraju. Elektrownie konwencjonalne musiały eksportować prąd za granicę.

Łączna powierzchnia zainstalowanych w Niemczech kolektorów słonecznych to 766 tys. m kw. (2016).

Owszem, 1 maja – to dzień wolny i zapotrzebowanie energetyczne jest znacznie niższe niż w inne dni, ale ten dzień stanowi pewien symbol. Mimo tego wg AGFW system energetyczny w Niemczech nie jest efektywny. Aż 90 proc. tamtejszej energii wytwarzanych jest oddzielnie. Prąd w elektrowniach kondensacyjnych, a ciepło w kotłach grzewczych.


W przyszłości nie będziemy szukali możliwości wyprodukowania energii z OZE, a sposobu na jej zmagazynowanie. Tylko sieci ciepłownicze są w stanie doprowadzić tę energię do wielkich miast.

Aż 42 proc. w ogólnej produkcji energii niemieckiej to udział OZE. Zdaniem Heilera, właściwym kierunkiem jest dążenie do wspólnego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu.
– W przyszłości nie będziemy szukali możliwości wyprodukowania energii z OZE, a sposobu na jej zmagazynowanie. Tylko sieci ciepłownicze są w stanie doprowadzić tę energię do wielkich miast – stwierdził Heiler.

Tu zauważa wielką szansę dla Polski, która ma najbardziej rozbudowane sieci w Europie, a Warszawa bije pod tym względem na głowę inne stolice europejskie. Heiler zwracał też uwagę na szansę powstawania w małych miastach systemów opartych na różnych źródłach produkcji energii: kolektory słoneczne, kotły na biomasę czy kogenerację na bazie gazu. Od coraz powszechniejszego korzystania z systemów OZE nie ma odwrotu. Niemcy są tego najlepszym przykładem. Boom rozwojowy obserwowany jest w pozyskiwaniu i produkcji energii z geotermii głębinowej czy układów solarnych. Takie systemy mogą zaopatrywać w energię (nie tylko ciepło) całe miasta. Niesie to za sobą konsekwencje budowy mniejszych systemów ciepłowniczych (być może komunalnych) i odejścia od dużych elektrociepłowni.

Jednocześnie niemiecki ekspert przestrzegał, że w niedalekiej przyszłości firmy produkujące czy dostarczające jedynie ciepło będą miały kłopoty z przetrwaniem na rynku. Dobrze, jeśli będą zwiększały wachlarz swoich produktów. Jako pozytywny przykład podał polskie firmy oferujące zarówno ciepło, jak i energię elektryczną. Uważa, że naturalna jest dostawa ciepła i chłodu.
Fot. Pixabay

W ESTONII PALIWO I ENERGIA POWSTAJĄ Z OPON

Eesti Energia, spółka macierzysta operującego na polskim rynku Enefitu, rozpoczęła produkcję paliwa płynnego i energii elektrycznej ze zużytych opon, których w Estonii przybywa 12 tys. ton rocznie. Między innymi w ten sposób firma chce przyczyniać się do promowania gospodarki o obiegu zamkniętym oraz do ochrony środowiska.

Grupa Eesti Energia dysponuje kogeneracyjną technologią, która umożliwia jednoczesne wytwarzanie paliwa płynnego i energii elektrycznej. Technologia ta jest unikalna na skalę światową oraz stanowi najbardziej efektywną i przyjazną dla środowiska metodę wzbogacania łupków bitumicznych. Dodatkowo, pozwala między innymi na wytworzenie paliwa poprzez zastąpienie do 10 proc. łupków zużytymi oponami.

Eesti Energia jest jednym z największych wydobywców i przetwórców łupków bitumicznych na świecie oraz największym producentem energii elektrycznej w krajach bałtyckich. Przy tak dużej skali produkcji Grupy, technologia Enefit w znaczny sposób przyczynia się nie tylko do zagospodarowania powstałych odpadów w postaci zużytych opon, ale również do ograniczenia wykorzystania zasobów naturalnych, jakimi są łupki.

Jak zauważa Hando Sutter, prezes zarządu Grupy, produkcja paliwa z opon jest bardzo ważna dla rozwoju przemysłu opartego na łupkach bitumicznych, ponieważ pokazuje, jak przemysł energetyczny może uczestniczyć we wdrażaniu rozwiązań z zakresu gospodarki obiegu zamkniętego i wspomagać ochronę środowiska.


– Pomagamy ponownie wykorzystać cenne zasoby, a tym samym produkujemy energię i jednocześnie redukujemy ślad środowiskowy oraz przyczyniamy się do rozwiązania problemu ekologicznego – mówi Hando Sutter, prezes zarządu Grupy Eesti Energia.

– Pomagamy ponownie wykorzystać cenne zasoby, a tym samym produkujemy energię i jednocześnie redukujemy ślad środowiskowy oraz przyczyniamy się do rozwiązania problemu ekologicznego – mówi Hando Sutter, prezes zarządu Grupy Eesti Energia.

Jak pokazuje przykład Grupy, wdrożenie elementów gospodarki obiegu zamkniętego jest możliwe także w przypadku bardzo dużych koncernów – również tych energetycznych – operujących na szeroką skalę. Technologia Enefit pozwala na poddanie recyklingowi do 260 000 ton zużytych opon rocznie. Początkowo spółka skupi się na przetwarzaniu odpadów zebranych na terenie Estonii. Wydajność elektrowni umożliwia rozważenie pozyskania opon także z innych krajów.

Rozwiązanie wspiera także Ministerstwo Środowiska w Estonii, które zaapelowało do Unii Europejskiej o pozwolenie na wykorzystanie opon w powyższy sposób. Minister Środowiska, Rene Kokk, podkreśla, że wykorzystanie zużytych opon, które dotychczas nie znajdowały zastosowania, jest bardzo ważnym elementem recyklingu odpadów.

Eesti Energia, do której należy działający w Polsce Enefit, jest estońskim państwowym koncernem energetycznym z własnym górnictwem, konwencjonalnym i odnawialnym wytwarzaniem energii, dystrybucją i międzynarodowym obrotem energią. Firma powstała w 1939 roku i jest jednym z największych wydobywców i przetwórców łupków bitumicznych na świecie. Udział Grupy w estońskim rynku energii elektrycznej wynosi 60 proc., a w rynku krajów bałtyckich łącznie 25 proc.

W 2018 r. przychody ze sprzedaży Grupy Eesti Energia sięgnęły 875 mln euro, a EBITDA była równa 283 euro. W tym czasie sprzedaż energii w ramach Grupy Eesti Energia wyniosła 9,2 TWh, a zysk netto 106 mln euro.
Fot. Newseria

CIEPŁO ZE ŚCIEKÓW

W związku z intensywną rozbudową infrastruktury służącej odprowadzaniu oraz oczyszczaniu ścieków w Polsce na przestrzeni ostatnich lat, na oczyszczalniach ścieków komunalnych powstaje coraz więcej odpadów w postaci komunalnych osadów ściekowych.

W roku 2010 – ok. 624 tys. ton suchej masy (s.m.) osadów, co stanowi znaczny wzrost w porównaniu do 582 tys. ton s.m. osadów wytworzonych w 2009 r. oraz dla porównania 359 tys. ton s.m. w 2000 r. Wzrost ilości wytwarzanych osadów powodowany jest zwiększającą się przepustowością komunalnych oczyszczalni ścieków oraz stosowania na nich pogłębionego usuwania biogenów. Można wstępnie założyć, że ich ilość wzrośnie do 754 tys. ton s.m. w 2015 roku. W oparciu o powyższe założenie można oszacować, że w roku 2020 może powstawać około 850 – 900 tys. ton s.m. osadu/rok.


Energia dla środowiska
Żródło: YouTube

Wyzwaniem w kolejnych latach będzie więc efektywne zagospodarowanie przyrastającej masy osadów, inne niż składowanie, które od 1 stycznia 2016 r. będzie ograniczone. Konieczna więc będzie zmiana kierunków zagospodarowania osadów ściekowych w Polsce, w celu ograniczenia składowania oraz wprowadzenie nowoczesnych metod przetwarzania osadów ściekowych i ich optymalnego zagospodarowania. Biorąc pod uwagę prognozowany wzrost ilości osadów ściekowych, dominującym kierunkiem ich zagospodarowania w kolejnych latach powinno być ich termiczne przekształcanie. Metody termiczne pozwalają na przekształcanie dużych ilości osadów, znaczną redukcję masy i objętości oraz odzysk zawartej w nich energii, a także rozwiązanie problemu osadów, które w myśl obowiązujących przepisów nie mogą być wykorzystywane w rolnictwie. Wskazane jest więc podejmowanie działań umożliwiających powstanie nowych i modernizację istniejących instalacji przetwarzania komunalnych osadów ściekowych: – instalacji do termicznego przekształcania (spalarnie); – suszarni, umożliwiające dalsze zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych poprzez spalanie, czy, przy zachowaniu odpowiednich parametrów, współspalaniem.

Pożądane będzie również zwiększenie wykorzystywania komunalnych osadów ściekowych w biogazowniach. Zastosowanie instalacji umożliwiających odzysk powstającego biogazu pozwoli na jego wykorzystanie do produkcji energii elektrycznej i cieplnej na potrzeby oczyszczalni ścieków, obniżając tym samym jej koszty eksploatacyjne. Nierozwiązanym do końca problemem pozostaje także oczyszczanie ścieków przemysłowych.


Przeciętny Polak wytwarza w ciągu roku 300-500 kg śmieci

Unia Europejska od roku 2013 nakłada na Polskę obowiązek odpowiedniego zagospodarowania odpadów, tak aby zapewnić, że do 2020 roku minimum 50 proc. masy odpadów tj.: papier, metal, plastik, szkło oraz 70 proc. odpadów budowlanych będzie poddawane przygotowaniu do ponownego wykorzystania, recyklingowi oraz innym metodom odzysku. Jak się okazuje w praktyce, odpady są znaczącym źródłem energii. Przeciętny Polak wytwarza w ciągu roku 300-500 kg śmieci. Wszystko to stwarza możliwości dla przedsiębiorstw energetyki cieplnej w dziedzinie nowatorskich metod pozyskania paliw i energii.
Fot. Pixabay

RYNEK MOCY ZASKARŻONY

Firma Tempus z Wielkiej Brytanii zaskarżyła do Europejskiego Trybunału Sprawiedliwości decyzję Komisji Europejskiej zatwierdzającą schemat polskiego rynku mocy. Tempus zarzuca Komisji niedostateczne zbadanie polskich regulacji pod kątem pomocy publicznej.

Tempus, w opublikowanym w piątek oświadczeniu przypomina, że w listopadzie 2018 r. sukces odniósł analogiczny pozew pod adresem zgody KE na rynek mocy w Wielkiej Brytanii.

Jak poinformowała PAP według Tempusa polski model rynku mocy faworyzuje wytwarzanie energii elektrycznej z paliw kopalnych – węgla i gazu, a dyskryminuje inne metody, jak np. DSR (Demand Side Response), czyli ograniczanie zużycia energii na żądanie. Brytyjska firma wskazuje, że DSR został dopuszczony do polskiego rynku mocy, ale może liczyć co najwyżej na jednoroczne kontrakty, co – według niej – jest dyskryminujące, a największe i nieuzasadnione profity otrzymują jednostki wytwórcze na paliwa kopalne, zyskując nieuzasadnione profity. Tempus jest dostawcą usług DSR w kilku krajach UE i – jak deklaruje – rozważa ekspansję na Polskę. Według firmy, Komisja Europejska, zgadzając się w lutym 2018 r. na polski model rynku mocy nie wzięła pod uwagę faktu, że istnieją tańsze dla konsumentów metody osiągnięcia tych samych celów, niż dodatkowa pomoc dla tradycyjnych wytwórców.


Według Tempusa polski model rynku mocy faworyzuje wytwarzanie energii elektrycznej z paliw kopalnych – węgla i gazu, a dyskryminuje inne metody, jak np. DSR (Demand Side Response), czyli ograniczanie zużycia energii na żądanie

W listopadzie ETS uznał, że KE nie przeprowadziła odpowiedniego badania, a bez niego nie da się stwierdzić np., że brytyjski system jest neutralny technologicznie, co Komisja stwierdziła. W rezultacie KE wszczęła pogłębione badanie zgodności brytyjskich regulacji z unijnymi regułami pomocy publicznej, a równolegle zaskarżyła wyrok.

Z kolei brytyjski rząd formalnie nie zawiesił funkcjonowania mechanizmu rynku mocy, ale tak zreorganizował harmonogram aukcji, aby nie przeprowadzać żadnych w oczekiwaniu na rezultaty pogłębionego badania Komisji. Z kolei Tempus uważa, że rząd w Londynie uchyla się od wykonania wyroku i 5 marca pozwał władze, domagając się sądowego zakazu prowadzenia jakichkolwiek działań związanych z rynkiem mocy i nakazu zwrotu konsumentom ponad 5 mld funtów, pobranych od nich jako opłaty mocowe. Rynek mocy jest w założeniu mechanizmem wsparcia dla elektrowni i firm energetycznych, dla których ceny energii na rynku hurtowym w długim okresie nie gwarantują spłaty inwestycji w nowe, konwencjonalne jednostki wytwórcze, potrzebne dla utrzymania bezpiecznego funkcjonowania systemu energetycznego i zapewnienia dostaw energii elektrycznej.


Koszty poniosą końcowi odbiorcy prądu, w postaci tzw. opłaty mocowej, która pojawi się na ich rachunkach od 2021 r

Zgodnie z ustawą moc jest towarem, który można kupować i sprzedawać. Jednostki – wyłaniane podczas aukcji do pełnienia tzw. obowiązku mocowego, polegającego na gotowości do dostarczania mocy elektrycznej do systemu oraz zobowiązaniu do faktycznej dostawy mocy w okresie zagrożenia – będą wynagradzane. Koszty poniosą końcowi odbiorcy prądu, w postaci tzw. opłaty mocowej, która pojawi się na ich rachunkach od 2021 r. w wyniku pierwszej aukcji rynku mocy na rok 2021 r. zakontraktowano w sumie 22 tys. 427 MW obowiązków mocowych. Aukcję wygrało 160 jednostek rynku mocy – źródeł wytwórczych oraz jednostek DSR. Główną aukcję na 2022 r. wygrało 120 jednostek, zakontraktowano 10 tys. 580 MW obowiązków mocowych, a wliczając w to wieloletnie kontrakty z aukcji 2021 r. – na rok dostaw 2022 zawarte zostały umowy mocowe na 23 tys. 38 MW. W aukcji głównej na 2023 r. wybrane zostały 94 oferty na 10 tys. 631 MW. Sumaryczna wielkość obowiązków mocowych na ten rok – uwzględniając wieloletnie umowy z lat poprzednich – wyniosła 23 tys. 215 MW.
FOT. Pixabay

ENERGIA SŁONECZNA JAKO ŹRÓDŁO CIEPŁA

Dr Włodzimierz Smolec, Instytut Inżynierii Chemicznej, Gliwice, Polska Akademia Nauk

Globalne ocieplenie, coraz szybciej rosnące ceny energii, zanieczyszczenie powietrza… Problemy te mogłyby być mniejsze, gdybyśmy lepiej wykorzystywali energię dostarczaną przez Słońce.
Dla upowszechnienia wykorzystania energii promieniowania słonecznego zasadnicze znaczenie ma cena uzyskiwanego z niego ciepła użytkowego. Strumień energii niesionej przez promieniowanie słoneczne jest stosunkowo niewielki (1367 W/m2 poza atmosferą ziemską), dlatego aby ilości uzyskiwanego ciepła miały znaczenie praktyczne, przetwarzające ją na ciepło instalacje muszą być duże. Wciąż jednak światowe zapotrzebowanie na energię wynosi rocznie 939 MWh, czyli około 16000 razy mniej niż ilość energii słonecznej, która dociera w ciągu roku na powierzchnię Ziemi. Celem badań prowadzonych nad wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego jest przy tym nie tylko obniżenie kosztów uzyskania ciepła użytkowego, ale również ograniczenie zapotrzebowania na energię (nie tylko cieplną). Warto też podkreślić, że każda kilowatogodzina energii elektrycznej wyprodukowana ze Słońca pozwala uniknąć emisji 0,8–1 kg dwutlenku węgla.

Absorber najważniejszy
Oparte na kolektorach słonecznych instalacje słoneczne służące do podgrzewania wody do celów sanitarnych zobaczyć można już w wielu miejscach w Polsce.

W instalacjach, które mają być użytkowane przez cały rok, stosuje się ciecz roboczą odbierającą ciepło od absorbera o niskiej temperaturze krzepnięcia.
fot. Grzejemy.com

Najważniejszym elementem kolektora jest absorber pochłaniający promieniowanie i przetwarzający je na ciepło. Najczęściej jest on wykonany z blachy. Powstające w absorberze ciepło odbiera ciecz robocza przepływająca rurkami, które są do niego przymocowane. Przepływ cieczy wymuszony jest przez pompę obiegową. Przed utratą ciepła absorber chroniony jest przez szybę, którą jest osłonięty od góry, a od dołu i z boków jest typowa izolacja cieplna. Jednak ani szyba, ani izolacja cieplna nie eliminują całkowicie strat ciepła. Absorber traci ciepło na rzecz szyby przez promieniowanie oraz przez przewodzenie i konwekcję w warstwie powietrza znajdującej się między nimi, a szyba oddaje je do otoczenia. Od dołu i z boków absorber traci ciepło w wyniku przewodzenia przez izolację cieplną. Powierzchnia absorbera wynosi zwykle ok. 2 m2. Kolektory łączone są w zestawy. Typowa temperatura pracy kolektorów wynosi ok. 40–60°C.

Ograniczanie strat
Promieniowanie słoneczne padające na szybę jest przez nią częściowo odbijane i absorbowane, w związku z czym nie cały strumień promieniowania dociera do absorbera. Straty promieniowania spowodowane odbiciem zmniejsza się, pokrywając powierzchnię szyby cienkimi warstwami przezroczystego materiału, którego współczynnik załamania światła jest mniejszy od współczynnika załamania szkła. Pożądanymi właściwościami charakteryzują się porowate warstwy krzemionki czy tlenku glinu. Grubość takich warstw nie przekracza długości fali promieniowania słonecznego.


By zmniejszyć straty promieniowania spowodowane absorpcją w szkle, obecnie używa się szyb wykonanych ze szkła niezawierającego żelaza.

Promieniowanie słoneczne odbite od szyb pokrytych cienkimi warstwami krzemionki i tlenku tytanu w wyniku interferencji staje się barwne. Co więcej, szyby takie mogą cechować się równocześnie wysoką przenikalnością dla promieniowania. Dzięki użyciu takich szyb w kolektorach znajdują one szersze zastosowanie. Okazuje się, że wbudowane w południowe fasady budynków kolektory są atrakcyjne dla ich mieszkańców i dla architektów. Zmniejszenie absorpcji promieniowania słonecznego w szybach wymaga innych zabiegów. Typowe szkło używane do produkcji szyb zawiera domieszkę tlenków żelaza, silnie absorbujących promieniowanie słoneczne. By zmniejszyć straty promieniowania spowodowane absorpcją w szkle, obecnie używa się szyb wykonanych ze szkła niezawierającego żelaza. Dalszy wzrost sprawności kolektorów płaskich można osiągnąć, praktycznie eliminując przepływ ciepła przez konwekcję w warstwie powietrza wypełniającej przestrzeń między absorberem a szybą. Osiąga się to w wyniku zastosowania tzw. przezroczystej izolacji cieplnej. Izolacja taka może być wykonana z tworzyw sztucznych i złożona jest zwykle z cienkościennych, podłużnych komórek. Budową przypomina plaster pszczeli. Izolacja może być utworzona również ze szklanych kapilar. Jest wtedy odporna na działanie wyższych temperatur. Kapilary umieszczone są między dwiema szybami, które zapewniają izolacji niezbędną sztywność. Zamknięte w powstałych komórkach powietrze jest praktycznie nieruchome i przepływ ciepła przez takie materiały zachodzi przez przewodzenie i przez promieniowanie. Większą sprawność pozwalają osiągnąć tzw. kolektory próżniowe, w których zostało usunięte powietrze z przestrzeni pomiędzy absorberem a osłoną przezroczystą (stąd nazwa: kolektor próżniowy). Selektywny absorber umieszczony jest w szklanej rurze próżniowej o długości ok. 2 m i średnicy ok. 7 cm. Ciepło generujące się w absorberze odbierane jest za pomocą przymocowanej do niego tzw. rury cieplnej, która oddaje je następnie wodzie użytkowej. Rura cieplna to zamknięty odcinek rury metalowej częściowo wypełnionej cieczą roboczą, która pod wpływem ciepła do pływającego z absorbera zmienia się w parę. Część rury cieplnej przylegająca do absorbera nosi nazwę parownika. Rura próżniowa pochylona jest do poziomu. Pary cieczy unoszą się do górnej części rury cieplnej, która omywana jest z zewnątrz przez wodę użytkową i skraplają się. Ta część rury cieplnej to tzw. skraplacz. Skroplona para spływa pod działaniem grawitacji do parownika. Badania nad kolektorami słonecznymi przynoszą oczekiwane rezultaty. W warunkach klimatycznych Grecji, w porównaniu z rokiem 1980, koszty inwestycyjne instalacji do podgrzewania wody zmalały o blisko 20 proc., ilość ciepła uzyskiwanego z jednostki powierzchni kolektora wzrosła o ponad 50 proc., a koszt ciepła zmalał o ok. 45 proc.

Kolektory słoneczne stosuje się nie tylko w krajach położonych w ciepłej strefie
klimatycznej. Często spotyka się je w dbających o wykorzystanie odnawialnych źródeł energii krajach alpejskich
.
fot. Ekoenergia.com

Wbrew pozorom nie najgorsze warunki do bezpośredniego wykorzystania słonecznej energii ma również Polska. Roczna suma energii promieniowania słonecznego na płaszczyźnie poziomej jest oczywiście różna w poszczególnych regionach naszego kraju i waha się od 900 do 1200 kWh/m2. W analogiczny sposób jak kolektory cieczowe działają kolektory do podgrzewania powietrza. Najprostszy absorber wykonany jest z płaskiej blachy. Podgrzewane powietrze przepływa kanałem utworzonym przez dolną powierzchnię absorbera oraz tylną i boczne ściany kolektora. Przepływ wymuszony jest przez wentylator. Powietrze jako czynnik roboczy ma znacznie gorsze właściwości niż ciecz. W związku z tym opracowano różne metody intensyfikujące przepływ ciepła z absorbera do podgrzewanego powietrza. Bez nich sprawność kolektorów powietrznych byłaby niska. Największym użytkownikiem kolektorów do podgrzewania powietrza jest rolnictwo. Kolektory wykorzystywane są w suszarnictwie produktów rolniczych, przechowalnictwie warzyw i owoców, w szklarniach i tunelach do ogrzewania gleby.

Schemat typowego kolektora płaskiego:
1 – izolacja cieplna, 2 – absorber, 3 – rurki z przepływającą cieczą roboczą, 4 – szyba, 5 – obudowa. Strzałki wskazują kierunek przepływu cieczy roboczej

rys. Włodzimierz Smolec

Mniej energii w budownictwie
Stosunkowo często, choć jeszcze nie w Polsce, kolektory powietrzne wykorzystywane są do dogrzewania budynków szkolnych. Budynki szkolne użytkowane są tylko w porze dziennej. W związku z tym nie ma potrzeby magazynowania ciepła uzyskiwanego w kolektorach o tej porze dnia w celu wykorzystania go w godzinach wieczornych i nocnych. Instalacje ogrzewania słonecznego oparte na kolektorach cieczowych budowane w naszej strefie klimatycznej z myślą o zaspokojeniu zapotrzebowanie na ciepło przez cały rok mają obecnie charakter doświadczalny. Koszt ich jest wysoki z uwagi na konieczność użycia dużej liczby kolektorów. Niezbędna jest ponadto budowa tzw. gruntowych magazynów ciepła, w których w porze letniej magazynuje się ciepło uzyskiwane w kolektorach, po to by odzyskiwać je jesienią i zimą. Do magazynowania ciepła wykorzystuje się zwykle warstwy gruntu położone na głębokości ponad 8 m. Odbiór ciepła zmagazynowanego w gruncie wymaga użycia pompy ciepła. Pompy ciepła wykorzystywane są również do odzyskiwania ciepła odpadowego. Ciepło odpadowe odbierane jest ze zużytego powietrza usuwanego z wnętrza budynku przez układ wentylacyjny oraz ze zużytej wody przed odprowadzeniem jej do kanalizacji.


Niektóre z tych instalacji od dawna znane są również u nas. Są to mianowicie atria oraz szklarnie przylegające do południowych ścian frontowych domów.

Z powodu wysokich kosztów instalacji grzewczych przeznaczonych do ogrzewania przez cały sezon grzewczy stosowane są inne, tańsze metody dogrzewania mieszkań. Ich celem nie jest całkowite, lecz częściowe pokrywanie zapotrzebowania na ciepło. Do tego celu służą, obok kolektorów powietrznych, tzw. bierne instalacje ogrzewania słonecznego. Działanie takich instalacji polega na tym, że niektóre ściany budynku (wewnętrzne, zewnętrzne oraz stropy) wykorzystywane są do absorbowania promieniowania słonecznego i krótkoterminowego (kilkugodzinnego) magazynowania generującego się na ich powierzchni ciepła. Oddawanie ciepła przez te ściany w godzinach wieczornych i nocnych pozwala w sprzyjających warunkach na dogrzewanie wnętrza budynku. Niektóre z tych instalacji od dawna znane są również u nas. Są to mianowicie atria oraz szklarnie przylegające do południowych ścian frontowych domów.

Przezroczysta izolacja
Ograniczenie zużycia tradycyjnych paliw do ogrzewania można również osiągnąć przy zastosowaniu wspomnianych wcześniej przezroczystych izolacji cieplnych. Przezroczysta izolacja cieplna umożliwia z jednej strony ograniczenie strat ciepła z budynku, a z drugiej – wykorzystanie promieniowania słonecznego do ogrzewania. Stosowane w budownictwie typowe izolacje mają grubość 25–30 cm, a ich przenikalność dla promieniowania słonecznego wynosi ponad 50 proc. Przezroczystą izolację cieplną zamocowuje się na południowej ścianie frontowej budynku. Pokryta izolacją i pomalowana na ciemny kolor powierzchnia budynku absorbuje promieniowanie słoneczne. Generujące się na tej powierzchni ciepło dzięki izolacji nie jest tracone do otoczenia, ale wnika w głąb ściany, która staje się krótkoterminowym magazynem ciepła. Po pewnym czasie ciepło przenika do powierzchni wewnętrznej ściany i zaczyna ogrzewać wnętrze budynku. Gdy zachodzi obawa przed przegrzaniem budynku w porze letniej, wówczas zostawia się szczelinę powietrzną między izolacją cieplną a ścianą. Cyrkulujące przez szczelinę powietrze z otoczenia zapobiega przegrzewaniu budynku.

Lepsze technologie
Prowadzone w ciągu ostatnich 30 lat badania przyniosły ogromny postęp w technologiach wykorzystania tego odnawialnego źródła energii. Osiągnięty został znaczny spadek kosztów uzyskiwanego ciepła użytkowego i zwiększyły się możliwości zastosowania otrzymanych wyników. Badania prowadzi coraz więcej ośrodków naukowych, a liczba publikacji dynamicznie rośnie. Głównym czynnikiem stymulującym rozwój badań na tym polu jest to, że wykorzystanie energii słonecznej nie wiąże się z emisją dwutlenku węgla. Można sądzić, że niedawny, wzrost cen ropy naftowej sprawi, iż badania nad wykorzystaniem energii słonecznej i innych odnawialnych źródeł energii doznają kolejnego bodźca do rozwoju, podobnego do tego, jakim był wzrost cen ropy w latach 70.

Literatura
Wong I.L., Eames P.C., Perera R.S. (2007). A review of transparent insulation systems and the evaluation of payback period for buildings applications. Solar Energy, 81, 1058.
Chavez-Galan J., Almanza R. (2007). Solar filters based on iron oxides as efficient windows for energy savings. Solar Energy, 81, 13.
Galloway T. (2004). Solar house. A guide for the solar designer. Amsterdam: Elsevier.
Santamouris M. (Red.). (2003). Solar thermal technologies for buildings. London: James&James Ltd.

fot. Grzejemy.com

KOGENERACJA – CIEPŁO I ENERGIA W JEDNYM

Kogeneracja jest wytwarzaniem ciepła i energii elektrycznej w najbardziej efektywny sposób, czyli w jednym procesie technologicznym, tzw. skojarzeniu i właśnie w takim systemie pracuje nasza spółka [Energa SA – red.].

W Unii Europejskiej kogeneracja jest promowana w szczególny sposób. Nie tylko z uwagi na jej efektywność energetyczną, lecz również związane z nią znaczne ograniczenie emisji dwutlenku węgla i innych szkodliwych związków chemicznych.

W skojarzeniu efektywniej… i oszczędniej
Jedną z istotniejszych zalet kogeneracji jest znacznie większy stopień wykorzystania energii pierwotnej zawartej w paliwie do produkcji energii elektrycznej i ciepła. Innymi słowy, efektywność energetyczna systemu skojarzonego jest nawet o 30 proc. wyższa niż w przypadku oddzielnego wytwarzania energii elektrycznej w elektrowni kondensacyjnej i ciepła w kotłowni.



Schemat obiegu ciepła i energii elektrycznej w klasycznej elektrowni i elektrociepłowni

Także w obiektach, które nie są bezpośrednio związane z przemysłem, występuje duże zapotrzebowanie na energię elektryczną i cieplną. Przykładami są duże budynki biurowe, hotele, pływalnie, szpitale, budynki mieszkalne lub całe osiedla. Jeśli obiekty są dodatkowo klimatyzowane, to taki układ nazywany jest trójgeneracyjnym. Może on wykorzystywać urządzenia chłodnicze absorpcyjne lub adsorpcyjne, które łatwo napędzać ciepłem wody lub pary. Na świecie tego typu urządzenia są szeroko stosowane i coraz lepiej sprawdzają się w długookresowej eksploatacji. Skojarzone wytwarzanie energii powoduje zmniejszenie zużycia paliwa do 30 proc. w porównaniu z rozdzielnym wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła. Dotychczas w ten sposób oszczędzanym paliwem w Polsce jest głównie węgiel kamienny. W krajowym systemie skojarzonego wytwarzania energii, czyli w elektrociepłowniach zawodowych, przemysłowych i komunalnych, udaje się zaoszczędzić miliony ton węgla rocznie. Mniejsze zużycie węgla to również ograniczenie emisji substancji szkodliwych – pyłów, dwutlenku siarki, tlenku azotu oraz gazów cieplarnianych.

Oszczędność energetyczna, charakteryzująca układy skojarzone, polega na wykorzystaniu ciepła, które w elektrowni kondensacyjnej odprowadzane jest do otoczenia jako produkt uboczny. Ciepło może być zastosowane do ogrzewania budynków mieszkalnych lub użyteczności publicznej, obiektów komercyjnych i zakładów przemysłowych. Za pośrednictwem pary technologicznej może być też stosowane w procesach produkcyjnych różnych gałęzi przemysłu. Wykorzystująca te zalety kogeneracja stanowi doskonały sposób integracji lokalnych dostaw energetycznych tak, aby miejscowe zapotrzebowanie na parę przemysłową, gorącą wodę i ogrzewanie pomieszczeń mogło być związane z równoległą produkcją energii elektrycznej. Atrakcyjność źródeł kogeneracyjnych można zwiększyć, stosując dodatkowo wytwarzanie chłodu. Odpadowe ciepło z produkcji energii elektrycznej stanowi wówczas energię napędową w absorpcyjnym procesie wytwarzania tzw. wody lodowej. Stwarza to latem szansę na zrekompensowanie (do pewnego stopnia) spadku zapotrzebowania na ciepło powodującego zmniejszenie produkcji energii elektrycznej w skojarzeniu. Jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu zwane jest trójgeneracją.

Materiał zredagowany na podstawie artykułu zamieszczonego na stronie internetowej www.energa-kogeneracja.pl

fot. Pixabay