automatyczna korekta punktu biwalentnego w biwalentnych

Piotr Jadwiszczak, Bartosz Cyba
AUTOMATYCZNA KOREKTA PUNKTU BIWALENTNEGO
W BIWALENTNYCH ŹRÓDŁACH CIEPŁA
WSTĘP
Układy biwalentne pozwalają wytwarzad ciepło wykorzystując
najkorzystniejsze w danych warunkach źródło ciepła. Współpraca
dwóch źródeł ciepła wymaga określenia wartości granicznych ich
przełączania tzw. punktu biwalentnego. W praktyce punkt biwalentny
przyjmowany jest na podstawie wytycznych producenta lub prostych
analiz granicznych sprawności współpracujących ze sobą źródeł.
Ważnym czynnikiem wpływającym na efekt ekonomiczny pracy
biwalentnego źródła ciepła są aktualne ceny wykorzystywanych
nośników energii oraz ich zmiennośd i wzajemna relacja.
Nierównomierny wzrost cen poszczególnych nośników energii zmienia
warunki ekonomiczne pracy układów biwalentnych, co powinno
prowadzid do korekty nastawy punktu biwalentnego.
UZASADNIONA
EKONOMICZNIE
TEMPERATURA
PUNKTU
BIWALENTNEGO
W celu określenia znaczenia i wpływu korekty nastaw punktu
biwalentnego na ekonomikę pracy układów biwalentnych dokonano
analizy kosztów wytwarzania ciepła w przykładowym układzie
biwalentnym. Koszty wytwarzania ciepła obliczano dla jednej taryfy
zasilania gazem W-2 i kolejno trzech taryf zasilania w energię
elektryczną: jednotaryfowej C11, dwutaryfowej szczytowej C12a
i dwutaryfowej nocnej C12b.
4,00 zł
WYKORZYSTANIE EMULATORA
Emulator równolegle wykonuje dwa potoki obliczeo bieżących kosztów
ciepła z pompy ciepła i z kotła kondensacyjnego. Emulator zawiera
model energetyczny budynku służący do wyznaczania obciążenia
cieplnego budynku dla aktualnej temperatury zewnętrznej, które jest
podstawą określenia sprawności kotła. Chwilowa sprawnośd kotła,
w połączeniu z informacjami o bieżącej taryfie i cenie gazu, pozwala
określid aktualny koszt ciepła z tego źródła. Równolegle analogiczne
obliczenia wykonywane są dla pompy ciepła: model pompy ciepła na
podstawie temperatury powietrza zewnętrznego (dolnego źródła)
wyznacza aktualny COP, co w połączeniu z informacją o taryfie i cenie
energii elektrycznej pozwala określid bieżący koszty ciepła z tego źródła.
Porównanie obu kosztów energii pozwala na bieżąco, automatycznie
wybierad najtaosze w danych warunkach źródło ciepła.
EMULATOR
COP pompy
ciepła
3,00 zł
MIN
Obciążenie
cieplne
Sprawnośd
kotła
model budynku
model kotła
Koszt dla
dlapompy
pompyciepła
ciepła
Koszt
Koszt
Kosztdla
dlap.p.biwalentnego
biwalentego
ustalanego
dynamicznie
korygowanego
dynam.
1,50 zł
1,00 zł
Kocioł
Emulator sterujący rozpatrywanym biwalentnym źródłem ciepła.
Emulator used to control the bivalent source switching.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Kosztdla
dlap.p.biwalentnego
biwalentnego
Koszt
oo stałej
stałejtemp.
temp.5°C
-5°C
Średniogodzinowe koszty ogrzewania budynku C-6. Przykładowa doba. Taryfa C12a.
Hour avarage building C-6 heating cost. Hour-long step. Tariff C12a.
zł/kWh
Gaz
cena i taryfa
2,50 zł
2,00 zł
Pompa
ciepła
zł/kWh
Temperatura
zewnętrzna
Koszt dla gazowego kotła
Koszt dla gazowego kotła
kondensacyjnego
kondensacyjnego
3,50 zł
model
pompy ciepła
E.elektryczna
cena i taryfa
ZMIANY CEN ENERGII
Analiza ukazuje duże zmiany optymalnych nastaw punktu biwalentnego
w rozpatrywanym okresie 20 lat eksploatacji źródła ciepła. Według
prognoz Ministerstwa Gospodarki w ciągu najbliższych lat cena energii
elektrycznej drastycznie wzrośnie przy jednoczesnym utrzymaniu ceny
gazu na obecnym poziomie
E. elekryczna w taryfie C11
zł1,00
zł0,80
E. elekryczna w taryfie C12a
w okresie szczytowym
E. elekryczna w taryfie C12a
w okresie pozaszczytowym
E. elekryczna w taryfie C12b
w okresie dziennym
E. elekryczna w taryfie C12b
w okresie nocnym
zł0,60
zł0,40
zł0,20
zł2000
2005
2011
2015
2020
Jednostkowy koszt 1 kWh energii cieplnej na podstawie rzeczywistych cen gazu i energii
elektrycznej w latach 2000, 2005, 2011 i prognozowanych na 2015 i 2020.
Natural gas and electric energy prices for 2000, 2005, 2011 and 2015, 2020 forecast chart
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
2000
2005
2011
2015
2020
p biw. min dla taryfy
C11
p biw. min dla taryfy
C12a szczyt
p biw. min dla taryfy
C12a pozaszczyt
p biw. min dla taryfy
C12b dzieo
p biw. min dla taryfy
C12b noc
MOŻLIWE OSZCZĘDNOŚCI
W analizie 20-letniego okresu eksploatacji biwalentnego źródła ciepła,
od roku 2000 do 2020, stwierdzono zmiennośd optymalnej nastawy
punktu biwalentnego nawet od -20˚C w roku 2005 do +12˚C
w 2015 i 2020. Wykazano, że pozostawienie nastawy punktu
biwalentnego na poziomie z okresu uruchamiania układu powoduje
obniżenie ekonomiczności układu nawet o 42%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
oszczędnośd dla taryfy
C11 w stosunku do
p.biw. -5
oszczędnośd dla taryfy
C12a w stosunku do
p.biw. -5
oszczędnośd dla taryfy
C12b w stosunku do
p.biw. -5
2000
2005
2011
2015
2020
Oszczędności kosztów energii dzięki automatycznej korekcie punktu biwalentnego.
Savings related to automated setting of bivalent point temperature.
Optymalne ekonomicznie nastawy punktów biwalentnych w analizowanych latach.
Economically optimal bivalent point temperature in analysed years
Air & Heat - Water & Energy 2011