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
Komisja Europejska zatwierdziła wprowadzenie rygorystycznych limitów emisji CO2 we włoskim mechanizmie zdolności wytwórczych.
Środek ten
przyczyni się do zapewnienia bezpieczeństwa dostaw i podniesienia
poziomu ochrony środowiska bez nadmiernego zakłócania konkurencji
na jednolitym rynku UE.
W lutym 2018 r.
Komisja zatwierdziła mechanizm zdolności wytwórczych dla całego
rynku we Włoszech zgodnie z unijnymi zasadami przyznawania pomocy
publicznej. W szczególności stwierdzono, że Włochy jasno
określiły ryzyko związane z bezpieczeństwem dostaw energii oraz,
że mechanizm ten został dobrze zaprojektowany w celu ograniczenia
tego ryzyka.
Włochy zgłosiły
Komisji swoje plany wprowadzenia pewnych zmian do zatwierdzonego
mechanizmu zdolności wytwórczych. Zmiany te zostaną zastosowane do
pierwszej aukcji w ramach włoskiego mechanizmu zdolności
wytwórczych zaplanowanego na koniec tego roku.
W szczególności
Włochy pozwolą dostawcom mocy, którzy spełniają rygorystyczne
limity emisji CO2, na udział w aukcji. Limity te są
określone w niedawno przyjętym rozporządzeniu dotyczącym energii
elektrycznej, ale nie są jeszcze obowiązkowe.
Limity emisji CO2 uniemożliwią udział wysokoenergetycznej produkcji energii elektrycznej, takiej jak elektrownie węglowe, we włoskim mechanizmie mocy wytwórczych. Jednocześnie Włochy zastosują kilka środków w celu zapewnienia, że mechanizm pozostanie konkurencyjny pomimo wykluczenia takich dostawców mocy. Fot. Pixabay
Opracowanie planów adaptacji do zmian klimatu w miastach powyżej 100 tys. mieszkańców to nowatorski projekt Ministerstwa Środowiska, którego głównym celem jest ocena wrażliwości na zmiany klimatu polskich miast i zaplanowanie działań adaptacyjnych, adekwatnych do zidentyfikowanych zagrożeń.
– Adaptacja do zmian klimatu jest stosunkowo nowym trendem w polityce rozwojowej państw i miast, której nie można lekceważyć – mówił podczas COP w Katowicach wiceminister ochrony środowiska Sławomir Mazurek. Minister zwrócił uwagę, że miasta są szczególnie wrażliwymi obszarami, w których koncentrują się najpilniejsze wyzwania, od niedoboru wody i złej jakości powietrza, po zakłócenia gospodarcze i niestabilność społeczną.
Obecnie ludność
polskich miast ocenia się na około 23,3 mln osób, co stanowi ponad
60 proc. populacji kraju – skala problemu jest więc olbrzymia.
Projekt stanowi pierwszy krok na drodze do adaptacji terenów
miejskich do zmian klimatu, przykład dla innych obszarów i punkt
odniesienia dla dalszych prac w zakresie adaptacji w Polsce.
Jakie zmiany klimatu dotykają polskie miasta? Każde miasto mierzy się ze specyficznymi dla swojej struktury i uwarunkowań zagrożeniami klimatycznymi. Polska jest bardzo zróżnicowana pod tym kątem. Wśród ekstremalnych zjawisk pogodowych dotykających kraj można wymienić m.in. wysokie temperatury (notuje się regularny wzrost średniej rocznej temperatury; w okresie 1951–2010 zaobserwowana różnica wynosi 1,2°C) czy ulewne deszcze (zwiększone opady roczne o 10-15 proc.). Powodzie, podtopienia, susze – to bezpośrednie zagrożenia dla bezpieczeństwa mieszkańców, ich sytuacji mieszkaniowej i infrastruktury miast. Zmiany klimatu niosą za sobą również problem deficytu wody i rozwoju gatunków inwazyjnych, stanowiących zagrożenie dla zdrowia ludzi. Przyrost liczby zachorowań związany jest również m.in. z falami upałów – wyniki badań prowadzonych w Polsce dowodzą wzrost śmiertelności z powodu chorób układu krążenia na poziomie ok. 18 proc. w efekcie ekstremalnie wysokich temperatur.
Jak MPA mogą wpłynąć na życie mieszkańców? Wdrożenie Miejskich Planów Adaptacji realnie zmieni codzienność mieszkańców miast. Zmodernizowane systemy ochrony przeciwpowodziowej, efektywne schematy gospodarowania zasobami wodnymi czy rozwój systemów informowania i ostrzegania przed zagrożeniami sprawią, że mieszkańcy poczują się bezpieczniej. Estetyczne zmiany w infrastrukturze miejskiej i na terenach zielonych, obniżenie ryzyka termicznego, poprawa warunków mieszkaniowych i inwestycyjnych za sprawą planów zagospodarowania przestrzeni miejskiej – to wszystko wpłynie na komfort życia w mieście i ograniczenie ryzyka, które płynie ze skutków zmian klimatu.
W inicjatywie biorą udział 44 polskie miasta, dzięki czemu jest to największe tego typu przedsięwzięcie w Europie. Miasta otrzymują kompleksowe dokumenty identyfikujące zagrożenia wynikające ze zmian klimatu oraz dopracowane, indywidualnie dobrane rozwiązania adaptacyjne. Jednolita dla wszystkich miast, ale elastyczna metodyka, zapewnia spójność strukturalną wszystkich 44 miejskich planów adaptacji do zmian klimatu i pozwala uwzględniać cechy indywidualne poszczególnych miast. Fot. Pixabay
Malownicza miejscowość Gram w południowej Jutlandii znana jest w Danii nie tylko z powodu szkieletu wieloryba przechowywanego w muzeum mieszczącym się na tamtejszym zamku. To tam wykorzystywane są magazyny sezonowe ciepła.
Przedsiębiorstwo ciepłownicze w Gram jeszcze w 2009 roku produkowało ciepło w oparciu o jednostkę kogeneracyjną (CHP) zasilaną gazem ziemnym, a także dwa kotły wodne także opalane gazem ziemnym. Moc jednostki CHP wynosiła 6,5 MWth, a moc kotłów – 5,0 MWth każdy, tymczasem roczne zapotrzebowanie na ciepło wynosi w Gram około 30 000 MWth. W 2009 roku zbudowano więc pierwszą instalację słoneczną o wielkości ponad 10 tys. m kw. i mocy 6,5 MWth. Instalacja kolektorów słonecznych pokryła wówczas ok. 15 proc. zapotrzebowania na ciepło została podłączona do istniejącego zasobnika zbudowanego ze stali o pojemności 2,3 tys. m sześc. Sześć lat później postanowiono powiększyć instalację o następną złożoną z kolektorów słonecznych, tym razem o powierzchni 35 tys. m kw. (wówczas moc instalacji wzrosła do 31 MWth). Według przeprowadzonych symulacji, system w takim kształcie może pokryć ok. 60 proc. zapotrzebowania na ciepło. Maksymalne wykorzystanie tak wyprodukowanego ciepła wymagało wcześniejszego przeprowadzenie dokładnych symulacji i analiz zapotrzebowania na ciepło oraz zastosowania sezonowego magazynu ciepła o pojemności 122 tys. m sześc. i pomp ciepła, które pozwalają kolektorom działać przy niższej temperaturze. Bo co robić, aby wykorzystać ciepło wyprodukowane w cieplejszych miesiącach w czasie jesiennych i zimowych chłodów? Odpowiedź jest prosta – zamagazynować je.
Magazyny ciepła to
zaizolowane termicznie stalowe zbiorniki z wymiennikami jedno-
dwuwężownicowymi, o odpowiedniej pojemności. Praca w niższej
temperaturze zwiększa wydajność pomp. Wykorzystują one
niskotemperaturowe ciepło z dna sezonowego magazynu ciepła.
Instalacje magazynów sezonowych ciepła to drogie inwestycje, nawet jak na duńskie warunki. Ale koszty inwestycyjne poważnie spadają wraz ze wzrostem pojemności magazynu. Aby więc uzyskać odpowiedni efekt skali i maksymalizować korzyści płynące z zastosowania tego typu magazynów, trzeba je wprowadzać tam, gdzie rozbiór energii jest odpowiednio duży (np. osiedle domów wielorodzinnych). W przypadku najmniejszych systemów warto wybrać zdecentralizowaną koncepcję wprowadzania ciepła słonecznego.
Czekamy na magazyny W Polsce magazyny dobowe nie mają jak dotąd zastosowania, a szkoda, bo to dobre rozwiązanie. Działające instalacje grzewcze z OZE wykorzystują tzw. krótko- i średniookresowe magazynowanie ciepła w postaci zbiorników, przez okres od jednego do trzech dni. Zbiorniki takie mają pojemność od kilkuset litrów (dla małych instalacji grzewczych) do 5 m sześc. (dla bardzo dużych instalacji) i są łączone zwykle szeregowo. Jeśli chodzi o ciepło pozyskane ze źródeł konwencjonalnych, które zasilają systemy ciepłownicze, magazynowanie krótkookresowe wykorzystywane jest przede wszystkim w przypadku kogeneracji, w celu wyrównania dobowych dysproporcji między zapotrzebowaniem na ciepło i zapotrzebowaniem na energię elektryczną. Jednakże w przypadku zastosowania OZE w systemach ciepłowniczych kluczowym aspektem przemawiającym za zastosowaniem magazynu ciepła jest sezonowa dysproporcja w podaży ciepła z OZE (szczególnie ciepła słonecznego) i zapotrzebowaniu na ciepło.
Rodzaje magazynów Magazyny sezonowe dzielą się na kilka rodzajów: wodny naziemny, żwirowo–wodny zagłębiony w grunt, magazyn w warstwie wodonośnej, magazyn typu „sonda ziemna”. Magazyn naziemny (TTES) to najczęściej zbiornik wykonany z żelbetu, stali nierdzewnej, czasem szkła wzmocnionego tworzywem sztucznym napełniany wodą, o pojemnościach od kilku do kilku tys. metrów sześciennych. Zastosowanie ciepłej wody, jako sposobu na zgromadzenie ciepła, wymaga zastosowania właściwego uszczelnienia – musi być ono odporne na temperatury do ok. 80°C. W magazynie żwirowo-wodnym (PTES) do magazynowania ciepła wykorzystywana jest mieszanka ziemi lub żwiru z wodą. Z kolei w magazynach „wodonośnych” (ATES) do gromadzenia ciepła wykorzystuje się naturalne, zamknięte, podziemne zbiorniki wodne.
Procesy magazynowania energii są jednym z istotnych czynników pozwalających na osiągnięcie celów, jakie stawia się przed efektywną gospodarką niskoemisyjną i prosumencką. Wykorzystują je z powodzeniem Brytyjczycy i Skandynawowie. Czy przyjmą się w Polsce? Czas pokaże. Fot. Pixabay
W Ministerstwie Energii opracowywana jest strategia dla ciepłownictwa, która będzie dokumentem wykonawczym do Polityki Energetycznej Polski do 2040 r. i zostanie zatwierdzona przez ministra, poinformowali przedstawiciele resortu. Termin przygotowania dokumentu wyznaczono na koniec 2019 r. Termin przygotowania dokumentu wyznaczono na koniec 2019 r.
– Strategia dla ciepłownictwa jest na wstępnym etapie przygotowań. Jej powstanie wynikło z pracy nad ustawą o wsparciu dla wysokosprawnej kogeneracji. Nasze ciepłownictwo musi być coraz częściej związane z chłodzeniem. Będzie to wymagało coraz więcej energii – powiedział minister energii Krzysztof Tchórzewski dziennikarzom podczas I Kongresu Kogeneracji w Kazimierzu Dolnym.
Termin na opracowanie strategii, jaki został określony zarządzeniem to koniec 2019 r.
Minister wskazał, że resort jest otwarty na materiały o poszczególnych środowisk związanych z branżą. Nad strategią pracuje powołany przez ministra zespół.
– Termin na opracowanie strategii, jaki został określony zarządzeniem to koniec 2019 r. To będzie dokument zatwierdzony nie przez rząd, a przez ministra energii. Będzie to dokument wykonawczym do polityki energetycznej – dodał dyrektor Departamentu Elektroenergetyki i Ciepłownictwa w ME Tomasz Świetlicki. Fot. Pixabay
Osiedle Juliusz w Sosnowcu zużywa po energomodernizacji już ponad trzy razy mniej energii niż przed nią.
Po roku eksploatacji, Dalkia wypełniła kontraktową gwarancję obniżki zużycia energii po energomodernizacji osiedla Juliusz w Sosnowcu. Już w pierwszym okresie rozliczeniowym zużycie energii spadło trzykrotnie, co przekłada się na 39 proc. oszczędności dla mieszkańców.
Projekt w Sosnowcu to pierwsza w Polsce energomodernizacja mieszkaniowa w formule PPP, gdzie Dalkia jako partner prywatny i dostawca energii, udzieliła kontraktowej gwarancji utrzymania niskiego poziomu jej zużycia. Projekt wpisuje się w krajowy program walki ze smogiem i niską emisją.
Dzięki energomodernizacji osiedla Juliusz miasto zyskało podwójnie. Po pierwsze znaczący spadek emisji pyłów do atmosfery przyczynił się do poprawy jakości powietrza w Sosnowcu. Po drugie, oszczędności, które wyniknęły z przeprowadzonej modernizacji, znacznie poprawiły komfort życia, a co za tym idzie, zadowolenie mieszkańców osiedla. Realizacja tego projektu ma również ogromny wpływ na poprawę wizerunku naszego miasta. Obecnie Sosnowiec jest wymieniany wśród najbardziej innowacyjnych miast w obszarze efektywności energetycznej i walki ze smogiem. Mam nadzieję, że będziemy realizowali tego typu przedsięwzięcia na innych osiedlach w naszym mieście – mówi Arkadiusz Chęciński, prezydent Sosnowca.
W
ramach projektu energomodernizacji na osiedlu Juliusz w Sosnowcu,
Dalkia zaprojektowała i wykonała przyłącza centralnej sieci
ciepłowniczej do budynków, wewnętrzne instalacje centralnego
ogrzewania i ciepłej wody użytkowej oraz zbudowała dwufunkcyjne
węzły cieplne. W budynkach zainstalowano autorski zintegrowany
system IT automatycznego sterowania ciepłem. Jest to system
predykcyjny, który uwzględnia – na podstawie prognozy pogody –
inercję cieplną budynku i zapobiega jego przegrzewaniu lub
wychłodzeniu optymalizując zużycie energii. Inwestycja obejmowała
22 budynki mieszkalne (538 lokali) i żłobek.
Dalkia jako partner prywatny przedsięwzięcia udzieliła kontraktowej gwarancji utrzymania niskiego zużycia energii. Nasze autorskie innowacyjne rozwiązania IT wdrożone w Sosnowcu na bieżąco monitorują i dostosowują zużycie energii do bieżących potrzeb budynków, co przekłada się na wymierne oszczędności dla mieszkańców – mówi Thierry Deschaux, dyrektor generalny Dalkii Polska.
Współczesne standardy zamieszkiwania czyli to, czego oczekują najemcy w mieszkaniach, to przede wszystkim dostępność energii: ciepła i ciepłej wody użytkowej, rzadziej chłodu.
Energomodernizacja osiedla Juliusz jest elementem lokalnego programu rewitalizacji Sosnowca na lata 2016-2023, którego celem jest m.in. poprawa jakości powietrza, szczególnie na terenach pokopalnianych, gdzie zdecydowana większość budynków wciąż jest ogrzewana piecami węglowymi. Rozwiązania zorientowane na walkę ze smogiem, jak np. wymiana źródła ciepła na bardziej ekologiczne, są wdrażane w Sosnowcu od kilku lat. Takie rozwiązania wiążą się jednak zazwyczaj z większymi kosztami dla mieszkańców. W przypadku energomodernizacji przeprowadzonej przez Dalkię na osiedlu Juliusz, już w pierwszym okresie rozliczeniowym tj. marzec 2018 r. – marzec 2019 r., zużycie energii spadło ponad trzykrotnie. W efekcie koszty ogrzewania i ciepłej wody użytkowej (CO i CWU) spadły, dając 39 proc. oszczędności dla mieszkańców. W skali roku, miasto zakłada obniżkę emisji CO2 o 8000 ton i emisji pyłów o 81 ton, przy jednoczesnej optymalizacji kosztów oraz zwiększenia komfortu i standardu życia mieszkańców.
Współczesne standardy zamieszkiwania czyli to, czego oczekują najemcy w mieszkaniach, to przede wszystkim dostępność energii: ciepła i ciepłej wody użytkowej, rzadziej chłodu. Chcąc wypełniać misję zapewnienia naszym mieszkańcom życia w środowisku wolnym od zanieczyszczeń, podjęliśmy procedurę, której celem było uatrakcyjnienie istniejących zasobów. Nakłady na energomodernizację stały się oczywiście znaczącym kosztem w fazie budowy, ale już od fazy eksploatacji, czyli operowania instalacją i zarządzania energią, pojawiły się oszczędności wynikające z kosztów zaniechanych takich jak brak konieczności czyszczenia przewodów dymowych, naprawy kominów, budowy i remontów pieców. Pojawił się też realny wzrost przychodów wynikający ze wzrostu stawek czynszu najmu. Bezcenna jest świadomość, że mieszkańcy doceniają ogromny postęp w standardzie zamieszkiwania i obecnie mieszkania w dzielnicy Juliusz są wybierane w pierwszej kolejności – mówi Joanna Sekuła, dyrektor Miejskich Zakładów Zasobów Lokalowych w Sosnowcu.
Wymiana źródła ciepła na bardziej ekologiczne wiąże się z wyższymi rachunkami za energię dla mieszkańców. Odpowiednie zarządzanie zużyciem energii może jednak znacznie ograniczyć koszty utrzymania komfortu cieplnego w budynkach – w przypadku osiedla Juliusz koszty ogrzewania po energomodernizacji spadły o 39 proc. w skali roku. Dzięki temu każdego mieszkańca stać na „czyste ciepło” – dodaje Thierry Deschaux. Żródło: agencja Nesweria Foto: Janusz Jakubowski/Flickr
Prof. dr hab. inż Tadeusz Orzechowski, Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
Rzeczywiste procesy w układach zmiennofazowych są bardzo skomplikowane. Z tego względu modelowanie zachowania się takich układów wymaga indywidualnego opisu uwzględniającego właściwości PCM, geometrię układu oraz usytuowanie zasobnika w instalacji.
Celem niniejszej pracy jest propozycja prostego modelu obliczeniowego, który przy pewnych założeniach ma rozwiązanie analityczne, co ma szczególnie znaczenie w praktyce inżynierskiej. Przedmiotem rozważań jest modelowanie pracy zasobnika zmiennofazowego do współpracy ze źródłem lub odbiornikiem energii cieplnej. Geometrię zasobnika przedstawiono na rysunku 1. Zakłada się, że jest on dobrze izolowany od otoczenia tak, że straty ciepła do otoczenia są pomijalnie małe. Ze względu na niską przewodność PCM oraz odpowiednio gęsty rozstaw kanałów, którymi płynie nośnik ciepła, pomija się strumień ciepła wzdłuż długości, którą dla wygody zastąpiono powierzchnią bieżącą wymiennika F. Wymiana ciepła pomiędzy nośnikiem, a materiałem akumulującym zachodzi jedynie na powierzchni ich rozdziału, gdzie znany jest współczynnik przenikania ciepła U.
Rys. 1. Schemat zasobnika magazynującego
Z bilansu ciepła
dla elementarnej objętości układu przedstawionego na rysunku 1
wynikają następujące równania opisujące rozkład temperatury
nośnika ciepła T1 oraz PCM T2. Obydwie wielkości są funkcją
czasu t i powierzchni F.
gdzie wskaźniki 1,
2 odnoszą się odpowiednio do nośnika ciepła i zmiennofazowego
materiału akumulującego, Ft – jest całkowitą powierzchnią
wymiany ciepła, M1 – masa PCM w zasobniku, m1 – strumień masy
nośnika ciepła, Cp – ciepło właściwe.
Dodatkowo założono, że wymiana ciepła towarzysząca procesom konwekcji swobodnej występująca przy niejednorodnym rozkładzie temperatury wzdłuż wysokości zasobnika jest pomijalnie mała w porównaniu z ciepłem wymienianym pomiędzy obydwiema substancjami, tj. materiałem akumulacyjnym i przepływającym nośnikiem ciepła.
W ogólnym przypadku powyższy układ równań jest nieliniowy, który – po zadaniu warunków początkowych i brzegowego – może być efektywnie rozwiązany numerycznie. Warto zaważyć, że ich prawe strony mają taką samą postać liniowej zależności od różnicy temperatury pomiędzy przepływającym nośnikiem ciepła i materiałem akumulacyjnym. Po sprowadzeniu tego układu do postaci bezwymiarowej można wykazać następującą relację:
W takim przypadku
pochodna temperatury nośnika ciepła po czasie w pierwszym równaniu
może być pominięta, a równanie (1) przyjmie poniższą postać:
Zależności (2) i
(4) stanowią układ równań opisujących niestacjonarny rozkład
temperatury w zasobniku. Ilustrację przykładowego procesu ładowania
zasobnika z parafiną ze źródła o stałej w czasie temperaturze
T1=T10=90oC pokazano na rysunku 2.
Rys. 2. Rozkład temperatury w zasobniku z wypełnieniem parafinowym w przypadku bez uproszczeń (linia ciągła) i po uproszczeniach (linia przerywana)
Dla zasobnika o masie PCM (parafina) M2=50 kg i początkowej temperaturze T20=20o C, przy pojemności wewnętrznej nośnika ciepła (woda) w ilości M1=1 kg i strumieniu masowym m1=0.02 kg/s stwierdzono, że błąd względny wynikający z poczynionych uproszczeń wynosi około 1,65 proc. dla bezwymiarowej temperatury T1/T20 i odpowiednio 2,6 proc. dla T2/T20. Obliczenia te pokazują, że już przy stosunku mas M2/M1=50 można pominąć pochodną lokalną w równaniu opisującym rozkład temperatury nośnika ciepła, a poczyniony błąd w obliczeniach w takim przypadku jest stosunkowo niewielki.
Ładowanie zasobnika z wkładem PCM o dużej masie Zastosowanie zbiornika akumulującego ciepło pracującego przy zmianie fazy czynnika wymaga ograniczenia negatywnego wpływu niskiej przewodności substancji zmiennofazowej. Można to osiągnąć poprzez dobre rozwiniecie powierzchni biorących udział w wymianie ciepła, co – przy odpowiedniej konstrukcji zasobnika – skutkuje jednakową temperaturą w całej objętości zasobnika. Przyjęcie jednakowej temperatury w całej objętości zbiornika nie wprowadza znaczących błędów w obliczeniach wtedy, kiedy liczba Biota jest mała. Dla obliczeń inżynierskich wystarczy Bi<0,1 [1].
Przy przyjętych założeniach lokalny bilans ciepła prowadzi do następującej zależności:
które opisuje zmianę temperatury wewnątrz zasobnika w funkcji czasu T2=T2(t). Prawa strona tego równania jest ciepłem wymienianym pomiędzy nośnikiem, a PCM w zasobniku i jest proporcjonalna do różnicy temperatury nośnika ciepła na wejściu do T1(t,0)=T10 i wyjściu z zasobnika T1(t,Ft).
W przypadku odpowiednio dużego stosunku M2/M1 równanie na rozkład temperatury wzdłuż długości zasobnika można – jak pokazano wyżej – w postaci (4), tj.:
Przy przyjętych
założeniach, w powyższym równaniu czas t jest parametrem, a
temperatura zbiornika T2= T2(t) i nie zależy
od powierzchni F, zależność (4) można łatwo scałkować.
Przyjmując, że na wlocie do zbiornika jest dana temperatura
czynnika zasilającego T10 otrzymujemy:
Warto zwrócić
uwagę, że zależność temperatury nośnika T1 od czasu
jest zależnością pośrednią poprzez T2(t).
Wykorzystując powyższe w równaniu (3) otrzymujemy następujące
jego rozwiązanie:
gdzie E jest stałą
określaną wzorem:
Przy całkowaniu
wykorzystano warunek początkowy, przyjmując, że znana jest
temperatura zbiornika na starcie procesu ładowania T2(t=0)=T20.
Rys. 3. Zmiana temperatury zbiornika z PCM oraz nośnika ciepła na wypływie w funkcji czasu
Widoczna na rysunku
3 niewielka różnica pomiędzy temperaturą T2 w
zbiorniku z PCM a temperaturą T1(t,Ft) na wylocie ze
zbiornika świadczy o poprawnym doborze strumienia cieczy zasilającej
(tutaj m1=0,02 kg/s). Jego zwiększenie skutkuje
zwiększeniem różnicy tych temperatur, a więc i dłuższym czasem
nagrzewania przy zwiększonych oporach przepływu, co jest zjawiskiem
niekorzystnym.
Rys. 4. Rozkład temperatury cieczy grzewczej w zasobniku dla różnych czasów w początkowym okresie akumulacji
Podsumowanie i wnioski Zapoczątkowane działania ograniczenia zużycia nieodnawialnych nośników energii o przynajmniej 20% w najbliższych latach wymagają wielu technologicznie nowatorskich rozwiązań. Jednym z możliwych jest szersze zastosowanie akumulacji energii, w tym cieplnej niskotemperaturowej. Jej zasób jest ogromny, lecz jej efektywne wykorzystanie jest ograniczone okresową dostępnością: krótkoterminową i długoterminową. W pracy wprowadzono prosty układ równań, który opisuje proces ładowania lub rozładowania zasobnika z wypełnieniem PCM w przypadku niestacjonarnym i jednowymiarowym. Omówiono możliwe uproszczenia tak, aby otrzymać zależności do wykorzystania w praktyce inżynierskiej. Wskazano również na błędy czynionych założeń upraszczających, które zależne są od stosunku masy substancji akumulującej do masy czynnika grzewczego pozostającego w zasobniku.
Modelowanie procesów ładowania i rozładowania zasobnika akumulującego z materiałem zmiennofazowym w instalacjach ze źródłem o okresowej dostępności zezwala na poszukiwanie optymalnych parametrów pracy i dobór charakterystyk sterowania [2]. Fot. Pixabay
Literatura: [1] Incropera F.P. at al. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. John Wiley & Sons. 2007 [2] Orzechowski T., Stokowiec K.: Heat storage tank operation with a phase change bed –numerical calculations. The 15th Conference for Junior Researches Science for Future. Engineering Systems for Building. 12-13 April 2012. Vilniaus Gedimino technikos universitetas. 93-97.
Na terenie Unii Europejskiej działa około 280 elektrowni węglowych, z których ponad 200 ma ponad 30 lat. Elektrownie węglowe, znajdujące się przeważnie w Wielkiej Brytanii, Polsce oraz w Niemczech, odpowiadają za emisję 18 proc. gazów odpowiedzialnych cieplarnianych w Unii Europejskiej.
Węgiel jest uznawany za najtańsze źródło energii, lecz tak jest naprawdę? W świetle danych Światowej Organizacji Zdrowia zanieczyszczenia generowane przez elektrownie węglowe, przeważnie znajdujące się w skupiskach ludzkich, są odpowiedzialne za wywołanie 28,6 mln schorzeń dróg oddechowych i ponad 18 tys. zgonów. Obciąża to system ochrony zdrowia UE kwotą od 15,5 do 42,8 miliardów euro. Zdaniem WHO, zanieczyszczenia powietrza w Polsce pochłaniają ponad 20 proc. PKB.
Trzy możliwości ograniczania emisji tlenków azotu
Wg. danych Krajowego
Ośrodka Bilansowania i Zarządzania Emisjami (KOBIZE), elektrownie
węglowe są odpowiedzialne za 11 proc. emisji aerozoli
atmosferycznych (PM2,5), 51 proc. emisji ditlenku siarki (SO2) oraz
31 proc. emisji tlenków azotu (NOx). Jednymi z najbardziej
szkodliwych gazów powstających w procesie spalania są tlenki
azotu, które w procesie reakcji z wilgocią zawartą w atmosferze
tworzą kwas azotowy i kwas siarkowy. Kwaśne deszcze zanieczyszczają
powierzchnię ziemi oraz zbiorniki wodne, sprzyjają zamulaniu
jezior, zmniejszają żyzność gleby.
Specjaliści
litewskiej spółki „Axis Technologies“ od ponad 20 lat świadczą
usługi w zakresie ekspertyz technicznych i wdrażania zaawansowanych
technologii w zakresie stosowania biopaliw w energetyce i mogą
zaproponować szereg rozwiązań przedsiębiorstwom produkującym
energię cieplną i elektryczną i poszukującym nowoczesnych
rozwiązań zmniejszających emisję zanieczyszczeń.
Zdaniem dyrektora Departamentu Projektowania i Produkcji Urządzeń Technologicznych Aleksasa Jazdauskasa, obecnie branża energetyczna ma trzy możliwości, które pozwolą zmniejszyć emisję tlenków azotu i ditlenku siarki.
1. Rezygnacja z węgla/zmiana rodzaju paliwa
W przypadku
mniejszych kotłowni, o mocy do 20 MW, przejście na biopaliwo jest
korzystne z technologicznego oraz finansowego punktu widzenia.
Średnio inwestycje w nowe urządzenia do spalania biopaliwa sięgają
ok. 300 000 euro/MW. Inwestycje zwracają się w krótkim czasie, zaś
urządzenia do spalania biopaliwa w instalacjach o takiej mocy
cechuje znaczna trwałość, dostosowana do biopaliwa o różnym
stopniu zawilgocenia. Ponadto, kotłownie o takiej mocy są
odpowiednie dla niedużych miast, gdzie energie cieplna jest
dostarczana dla 15-20 tys. mieszkańców. Zużycie biopaliwa w
kotłowniach takiego rodzaju jest stosunkowo nieduże, jego dostawy
mogą być zapewnione z lokalnych zasobów, dostępnych w promieniu
nie większym niż 50 km. Na biopaliwo skutecznie przestawiło się
szereg litewskich przedsiębiorstw energetycznych świadczących swe
usługi w regionach. „Axis Technologies“ zainstalowało w Olicie
(UAB Litesko) kotły na biopaliwo o mocy 20 i 10 MW. Podobny projekt
został również wdrożony w Mariampolu (UAB Litesko).
2. Spalanie reagentów w kotłach
Emisję tlenków
azotu można zmniejszyć o prawie 30 proc. w istniejących kotłach
poprzez zainstalowanie urządzeń oczyszczających spaliny, np.
systemu selektywnej redukcji niekatalitycznej (SNCR), o ile istnieją
stosowne możliwości techniczne. Metoda ta pozwala na usunięcie
tlenków azotu w sposób chemiczny, poprzez wstrzyknięcie amoniaku
lub innego reagenta chemicznego. Systemy SNCR „Axis Technologies“
zostały zastosowane w zmodernizowanym i dostosowanym do spalania
biopaliwa kotle parowym BKZ-75 wileńskich sieci ciepłowniczych, w
kotłowniach na biopaliwo o mocy 20 MW sieci ciepłowniczych Tallina.
System ten należy do najtańszych metod ograniczających emisję
tlenków azotu, gdzie możliwości techniczne pozwalają na
wstrzykiwanie odpowiednich reagentów w spaliny o temperaturze
850-950 °C i nie jest wymagana przebudowa lub wymiana posiadanych
urządzeń.
3. Wymiana komór spalania
Najbardziej skutecznym sposobem zmniejszenia emisji tlenków azotu w kotłowniach opalanych gazem lub paliwem płynnym jest wymiana komór spalania na nowe. Sposób ten może zostać wykorzystany w kotłowniach opalanych gazem, jak również paliwem płynnym (olejem opałowym). Jeżeli w kotłowni jest używany olej opałowy o sporej lub niskiej zawartości siarki, często wymieniana jest komora spalania na przystosowaną do spalania oleju napędowego. Do wtryskiwania oleju napędowego jest wykorzystywana para lub sprężone powietrze. Projekty polegające na wymianie komór spalania zostały z powodzeniem zrealizowane w szeregu litewskich przedsiębiorstw energetycznych. Przykładowo, w trzech kotłach typu PTVM-100 i dwóch kotłach typu KVGM-100 należących do „Vilniaus energia“. Po wymianie komór spalania kotłów emisja tlenków azotu uległa zmniejszeniu prawie dwukrotnie: z 220 mg/nm3 na 100 mg/nm3. Sposób ten jest zasadny w przypadku, jeżeli orurowanie kotłów jest dobrej jakości. Często poziom automatyzacji takich kotłów jest przestarzały. Zazwyczaj w trakcie wymiany komór spalania kotłów wymieniana jest również automatyka. Poziom inwestycji w projekty renowacji komór spalania sięga 30000 euro/MW.
Wsparcie ze środków UE – nowe możliwości przemysłu energetycznego
Obecnie fundusze
europejskie oferują środki na wdrażanie projektów energetyki
odnawialnej na polskim rynku. Jest to kolejna możliwość
przestawienia się przedsiębiorstw energetycznych na nowoczesne i
przyjazne dla środowiska technologie.
Na Litwie już ponad
70 proc. energii cieplnej jest produkowanych z biopaliwa. Sporą
część kotłów na biopaliwo w kraju zbudowało i wyposażyło
„Axis Technologies“, posiadające prawie 30-letnie doświadczenie
w branży biopaliw i ponad 200 wdrożonych projektów w krajach
bałtyckich, Skandynawii i Rosji.
– Mamy spore
doświadczenie w branży instalacji i modernizacji kotłów na
biopaliwo. Na polskim rynku pierwszy nasz projekt będzie realizowany
w Suwałkach wspólnie z polską spółką „Energika”, w oparciu
o umowę zawartą z Przedsiębiorstwem Energetyki Cieplnej w
Suwałkach – wyjaśnia Aleksas Jazdauskas.
W Suwałkach do 2020 r. powstanie nowoczesna kotłownia na biopaliwo z dwoma kotłami wodnymi, moc każdego wyniesie 12,5 MW. W kotłowni zostanie zainstalowany ekomizer kondensacyjny o mocy 5 MW oraz urządzenia odprowadzania produktów spalania. Zostaną zamontowane filtry elektrostatyczne w celu eliminacji ze spalin cząsteczek stałych. Wartość inwestycji wyniesie ok. 7,6 mln euro.
