Praktyczne rozwiązania z zakresu efektywności energetycznej

Praktyczne rozwiązania z zakresu efektywności energetycznej

Praktyczne rozwiązania z zakresu efektywności energetycznej/odnawialnych źródeł energii
w województwie świętokrzyskim, jako działania na rzecz zrównoważonego rozwoju regionu.
Wprowadzenie
Do najważniejszych problemów z jakimi boryka się ludzkość na początku XXI wieku zalicza
się między innymi zmniejszanie dostępnych zasobów surowców energetycznych oraz
zanieczyszczenie środowiska. Powagę tej sytuacji dostrzega coraz więcej państw, organizacji oraz
instytucji, które starają się wdrażać w życie wedle swoich możliwości zasady zrównoważonego
rozwoju. Oznacza on wg. Ralfa K. Stappena [2006] „rozwój, który zaspokaja podstawowe potrzeby
wszystkich ludzi oraz zachowuje, chroni i przywraca zdrowie i integralność ekosystemu Ziemi, bez
zagrożenia możliwości zaspokojenia potrzeb przyszłych pokoleń i bez przekraczania długookresowych
granic pojemności ekosystemu Ziemi”.
Podstawowymi narzędziami, które służą wdrażaniu zrównoważonej polityki energetycznej są
efektywność energetyczna i energetyka odnawialna.
Zgodnie z obecnie obowiązującą Ustawą o efektywności energetycznej z dnia 15 kwietnia 2011 r.,
określenie efektywność energetyczna rozumie sie jako „stosunek uzyskanej wielkości efektu
użytkowego danego obiektu, urządzenia technicznego lub instalacji, w typowych warunkach ich
użytkowania lub eksploatacji, do ilości zużycia energii przez ten obiekt, urządzenie techniczne lub
instalację, niezbędnej do uzyskania tego efektu.”
W Ustawie Prawo energetyczne z dnia 10 kwietnia 1997 r. odnawialne źródła energii zdefiniowano
jako „źródła wykorzystujące w procesie przetwarzania energię wiatru, promieniowania słonecznego,
geotermalną, fal, prądów i pływów morskich, spadku rzek oraz energię pozyskiwaną z biomasy,
biogazu wysypiskowego, a także z biogazu powstałego w procesach odprowadzania lub oczyszczania
ścieków albo rozkładu składowanych szczątek roślinnych i zwierzęcych”.
„Obie strategie muszą być rozwijane równocześnie, aby stabilizować i redukować emisję
dwutlenku węgla. Wydajne używanie energii jest kluczowe dla spowalniania wzrostu zapotrzebowania
na energię, tak by rosnące dostawy czystej energii mogły powodować głębsze redukcje w
wykorzystaniu paliw kopalnych. Jeśli konsumpcja energii będzie rosła zbyt szybko, rozwój energii
odnawialnej nie nadąży, by osiągnąć cel. Analogicznie, jeśli źródła czystej energii nie staną się
powszechnie dostępne, spowolniony wzrost popytu w niewystarczającym stopniu przełoży się na
ograniczenie całkowitych emisji węgla; potrzebne jest także zmniejszenie udziału węgla w źródłach
energii. W związku z tym zrównoważona ekonomia energetyczna wymaga większych zobowiązań
zarówno w odniesieniu do wydajności jak i źródeł odnawialnych” [Źródło: American Council for an
Energy-Efficient Economy].
Pozycja światowego lidera w dziedzinie ochrony środowiska od lat przypada Unii Europejskiej,
której jednym z priorytetów jest walka z globalnym ociepleniem. Swoje cele realizuje poprzez rozwój
wykorzystania odnawialnych źródeł energii i wdrażanie rozwiązań z zakresu efektywności
energetycznej. Kluczowymi dokumentami w tej kwestii są następujące dyrektywy:


Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r.
w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca
i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2012/27/UE z dnia 25 października 2012 r.
w sprawie efektywności energetycznej, zmiany dyrektyw 2009/125/WE i 2010/30/UE oraz
uchylenia dyrektyw 2004/8/WE i 2006/32/WE
Również Polska jako członek Unii Europejskiej jest zobowiązana do spełniania wspólnotowych
wytycznych w zakresie odnawialnych źródeł energii i efektywności energetycznej. Obecnie na terenie
naszego kraju można zaobserwować znaczący wzrost udziału elektrowni funkcjonujących w oparciu o
odnawialne źródła energii. Pierwsze miejsce pod względem łącznej mocy zajmuje energetyka
wiatrowa z 663 instalacjami (2341,312 MW). Na drugim miejscu znajduje się energetyka wodna, która
z 765 obiektami jest najliczniejszą gałęzią energetyki odnawialnej. Ich aktualna moc wynosi łącznie
958,160 MW. Na kolejnych miejscach znajdują się elektrownie biomasowe (24 instalacje, łączna moc
559,260 MW) oraz biogazownie (193 instalacji, łączna moc 124,015 MW). Natomiast ostatnią pozycję
zajmują elektrownie fotowoltaiczne. Ich jest zdecydowanie mniej w porównaniu z innymi instalacjami
OZE (9 obiektów o łącznej mocy 1,251 MW). W zestawieniu nie uwzględniono elektrowni realizujących
technologię współspalania ze względu na niemożność określenia ich mocy. W poniższej tabeli
przedstawiono elektrownie funkcjonujące w oparciu o OZE na terenie województwa świętokrzyskiego,
w porównaniu do sytuacji ogólnopolskiej [Źródło: URE, dane z dnia 30.09.2012].
Energetyka odnawialna w województwie świętokrzyskim na tle sytuacji ogólnopolskiej
Rodzaj elektrowni
Ilość
elektrownie wodne
elektrownie wiatrowe
biogazownie
elektrownie biomasowe
współspalanie
Źródło: URE, dane z dnia 30.09.2012
37
12
4
2
1
Łączna moc [MW]
2,190
4,406
2,140
12,700
----------
Udział mocy w Polsce [%]
0,23
0,19
1,73
2,27
------
W zakresie wdrażania założeń efektywności energetycznej w Polsce udało się osiągnąć
pewne postępy, aczkolwiek pozostaje jeszcze wiele do zrobienia. „Gospodarka Polski charakteryzuje
się nadal nadmiernym, w stosunku do wyników osiąganych w innych krajach, zużyciem energii,
surowców i materiałów w tworzeniu dochodu narodowego. Energochłonność PKB, definiowana jako
iloraz konsumowanej energii pierwotnej lub finalnej i wartości produktu krajowego brutto, ulega
stopniowej poprawie - w latach 2000-2006 w tempie ok. 2%/rok, pozostając jednak na poziomie
wyższym od średniej krajów Unii Europejskiej, a dużo wyższym od energochłonności rozwiniętych
gospodarczo krajów.” [Źródło: Efektywność energetyczna polskiej gospodarki – szanse i zagrożenia,
R. Wnuk, 2009]
Znaczne możliwości zastosowania rozwiązań z zakresu efektywności energetycznej i
odnawialnych źródeł energii w celu realizacji założeń zrównoważonego rozwoju można upatrywać we
wdrożeniu inteligentnych sieci elektroenergetycznych, tzw. „smart grid”. Nabierają one bowiem
szczególnego znaczenia w związku z dynamicznym rozwojem odnawialnych źródeł energii, które są
zależne od zmiennych warunków pogodowych. Poprzez odpowiednie sterowanie przepływem energii
w sieci dystrybucyjnej czy właściwe sterowanie zachowaniem wytwórców i odbiorców energii możliwe
jest bowiem redukowanie niedoborów czy naddatków energii, co przekłada się na zmniejszenie jej
bezpowrotnych strat.
Pod terminem smart grid kryje się sieć energetyczna, która integruje zachowania i działania
wszystkich przyłączonych do niej użytkowników, poczynając od wytwórców po odbiorców, zapewnia
zrównoważone ekonomicznie, niezawodne oraz bezpieczne działania, aktywnie angażuje odbiorców w
proces wytwarzania energii; promuje postawy związane z odpowiedzialnym korzystaniem z energii,
tworząc aktywną postawę konsumencką oraz umożliwia uczestnictwo odbiorcy w procesie
wytwarzania energii (zmienia konsumenta energii w prosumenta tj. świadomego odbiorcę i wytwórcę
jednocześnie).
Schemat sieci smart grid
Źródło: http://www.wamax.wasko.pl/Portals/13/Smart%20Grid%205.png
Sieci inteligentne wykorzystują nowoczesne technologie telekomunikacyjne/ telemetryczne oraz
innowacyjne systemy i urządzenia do sterowania, regulacji i zabezpieczenia sieci, optymalizujące
zużycie energii, co w konsekwencji ogranicza wpływ procesów energetycznych na środowisko. Należą
do nich między innymi instalacje HAN, dysponujące podłączeniem do sieci internet, wyposażonych w
inteligentne i energooszczędne odbiorniki energii (pralki, lodówki, klimatyzatory, podgrzewacze),
samochody elektryczne, których stacje ładowania potrafią nie tylko naładować samochód w sposób
inteligentny (wtedy gdy prąd jest bardzo tani i dostępny), ale także konwertować energię z
akumulatora do sieci energetycznej, wtedy gdy prąd jest bardzo drogi. Nieodzownym elementem
smart grid są również przydomowe mikroinstalacje fotowoltaiczne lub wiatrowe, dzięki którym
konsumenci energii stają się jednocześnie jej wytwórcami.
Mając na względzie różne technologie wytwarzania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych,
można zaproponować stworzenie modelu współpracy w ramach rozproszonej grupy producentów
OZE (fotowoltaika, małe elektrownie wiatrowe, małe elektrownie wodne). W modelu tym grupa
producentów energii elektrycznej wykorzystuje instalacje OZE i wspólnie rozlicza oraz bilansuje
osiągniętą w nich produkcję, korzystając z faktu, że każde ze źródeł dysponuje odmienną
charakterystyką produkcji energii.
Wdrażanie rozwiązań OZE w Polsce napotyka na wiele barier, które utrudniają, bądź
niejednokrotnie uniemożliwiają realizację inwestycji. Do najważniejszych z nich należy wymienić
opóźnienia związane z wprowadzaniem regulacji prawnych warunkujących funkcjonowanie OZE,
między innymi Ustawę o odnawialnych źródłach energii. Także brak pewności co do ostatecznie
zatwierdzonych stawek wsparcia dla poszczególnych technologii, czy innych szczegółowych zapisów
nie pozwala na stworzenie wiarygodnych biznesplanów. Bez nich nie jest możliwe uzyskanie wsparcia
w postaci kredytów inwestycyjnych. Istotnym ograniczeniem, wstrzymującym na długi czas wszelkie
inwestycje jest również brak miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego, gdzie
przygotowanie i zatwierdzenie takiego planu jest jedną z najdłużej trwających części w cyklu rozwoju
projektu i zajmuje ok. 2 lat. Ponadto długotrwałe procedury administracyjne (np. wydanie decyzji
środowiskowej), jak i wymagania organów zaangażowanych w te procedury zniechęcają wielu
inwestorów do działania. Przykładowo zbyt rygorystyczne wymogi ochrony środowiska przyrodniczego
przy realizacji elektrowni wodnych sprawiają, że ich spełnienie zwłaszcza, przy realizacji mniejszych
inwestycji pochłonie większe nakłady inwestycyjne niż koszt wybudowania samej elektrowni. Z kolei
niejasna sytuacja prawna nieruchomości, na których planowana jest inwestycja może całkowicie
zablokować projekt w danym miejscu, gdyż określenie prawowitego właściciela nieruchomości może
trwać nawet wiele lat. Utrudnieniem, na które w największym stopniu narzeka branża energetyki
wiatrowej jest brak technicznej możliwości podłączenia elektrowni do sieci energetycznej. Zakłady
energetyczne zazwyczaj ze względu na brak odpowiednich funduszy nie są w stanie zrealizować
przyłącza, na którym zależy inwestorowi. Z kolei, jeśli koszty podłączenia elektrowni do sieci miałby
spaść na inwestora, niejednokrotnie jest to jednoznaczne z zaniechaniem inwestycji, gdyż, będą one
zbyt duże w stosunku do przychodów, jakie ma dostarczyć planowana elektrownia. Na koniec pozostał
do poruszenia problem uzgodnień o charakterze społecznym. Ze względu na zbyt słabą edukację
ekologiczną społeczeństwa wiele inwestycji napotyka na nieuzasadniony opór ze strony mieszkańców.
Konieczne jest przeprowadzenie długotrwałych konsultacji, spotkań z autorytetami, wyjazdów
dydaktycznych, aby móc przekonać lokalne społeczności o korzyściach jakie wynikają z wykorzystania
odnawialnych źródeł energii i ich rzeczywistym oddziaływaniu na otoczenie.
Przezwyciężenie przedstawionych barier jest kluczowe, jeśli w Polsce ma następować dynamiczny
rozwój wykorzystania odnawialnych źródeł energii. Wiele z nich jest praktycznie niemożliwe do
pokonania przez pojedynczego inwestora i w tej sytuacji niebagatelnego znaczenia nabierają
organizacje branżowe, które aktywnie uczestniczą w procesach legislacyjnych oraz działają na rzecz
promocji tej branży energetyki.
Przykłady praktycznych rozwiązań z zakresu EWE/OZE na terenie Województwa
Świętokrzyskiego
MEW Bieleckie Młyny
W drugiej połowie września 2011 roku
rozpoczęto eksploatację małej elektrowni
wodnej w miejscowości Bieleckie Młyny
w województwie świętokrzyskim. Obiekt
jest zlokalizowany w km 24+620 rzeki
Czarna Nida. Warto podkreślić, że ta
elektrownia wodna jest wyposażona
w pierwszą turbinę ślimakową całkowicie
zaprojektowaną
i
wyprodukowaną
w Polsce. Całość projektu została
zrealizowana przez firmę Instytut OZE.
Jest to 37 przepływowa hydroelektrownia
funkcjonująca na terenie województwa
świętokrzyskiego,
która
według
klasyfikacji
stosowanej
przez
Towarzystwo Rozwoju Małych Elektrowni
MEW Bieleckie Młyny – widok od wody dolnej, Fot. Michał Lis
Wodnych
należy
do
grupy
mikroelektrowni wodnych, o mocy nieprzekraczającej 100 kW.
Sercem elektrowni jest hydrozespół składający się ze śruby Archimedesa o średnicy 2800 mm
sprzężonej poprzez przekładnię zębatą i pasową z generatorem asynchronicznym o mocy 38 kW.
Ślimacznica jest zawieszona po obu końcach na łożyskach w rynnie stalowej, pod kątem 22˚ w
stosunku do poziomu. Oparcie dolnego łożyska turbiny stanowi stalowa belka zakotwiona w
pionowych ścianach komory turbinowej. Turbina znajduje się poza budynkiem, w którym znajduje się
generator, szafy sterownicze z zainstalowanym wyposażeniem elektrycznym oraz automatyką,
pozwalającą na zdalne kontrolowanie parametrów pracy elektrowni, a także na modyfikowanie
parametrów takich jak: poziom wody, spad, a także podstawowe parametry elektryczne. W skład
elektrowni wodnej wchodzi ponadto jaz betonowy z drewnianymi szandorami, a także przewał
kamienny. Umożliwia on uzyskanie piętrzenia o wartości 1,5 m. Spiętrzona woda kierowana poprzez
odkryty kanał doprowadzający do komory turbinowej. Ujęcie wody wyposażone jest w kratę służącą
wychwytywaniu niesionych przez wodę zanieczyszczeń w postaci konarów drzew, gałęzi, butelek i
3
innych odpadów. Zamierzony przepływ wody przez turbinę wynosi maksymalnie 3,2 m /s. Natomiast
3
przepływ nienaruszalny jest utrzymany na minimalnym poziomie 0,34 m /s i jest realizowany poprzez
stałą szczelinę w przewale kamiennym. Wyprodukowana energia elektryczna jest następnie poprzez
stację transformatorową wprowadzana do sieci energetycznej.
Plan MEW w Bieleckich Młynach
Źródło: Instytut OZE
Parametry elektrowni oraz potencjał hydroenergetyczny rzeki pozwala w rezultacie na
wyprodukowanie około 170 000 kWh energii elektrycznej w ciągu roku. Taka ilość energii pozwoli
zasilić ponad 100 gospodarstw domowych i stanowi ekwiwalent około 80 ton węgla kamiennego,
zużytego w konwencjonalnej elektrowni cieplnej.
Dzięki zastosowaniu śruby Archimedesa możliwe jest energetyczne wykorzystanie rzeki o małym
spadzie i przepływie, na której stosowanie tradycyjnych turbin nie gwarantuje opłacalności
ekonomicznej. Turbina Archimedesa cechuje się bowiem wysoką sprawnością przy mniejszych
przepływach wody, przy których turbiny Kaplana czy Francisa nie mogą pracować. Dysponuje ona
niemal maksymalną sprawnością już przy 1/3 przepływu nominalnego.
Mała elektrownia Wodna w Bieleckich Młynach nie tylko produkuje czystą energię, przyczyniając się
do redukcji zanieczyszczeń powietrza, ale także pozytywnie wpływa na lokalne warunki hydrologiczne
poprzez podnoszenie poziomu wód gruntowych na obszarze powyżej progu. Zwiększenie tzw. małej
retencji przyczynia się do poprawy bioróżnorodności, a także minimalizuje negatywne skutki suszy,
które są szczególnie dotkliwe dla rolnictwa. Elektrownia wodna zmniejsza ponadto erozję denną
powyżej progu. Ze względu na obowiązki wynikające z zapisów pozwolenia wodno prawnego,
właściciel jest zobowiązany do regularnego utrzymania w dobrym stanie koryta rzeki w obrębie obiektu
oraz w jego najbliższej okolicy. Działania te przyczyniają się miedzy innymi do zachowania drożności
koryta oraz zabezpieczenia skarp, dzięki czemu zmniejsza się ryzyko zalania przez rzekę okolicznych
terenów podczas wezbrań. MEW w Bieleckich Młynach spełnia również funkcję rzecznego
odkurzacza, który wyłapuje niesione z nurtem odpady antropogeniczne.
Na terenie kraju znajduje się 765 tego elektrowni wodnych, co przekłada się na wykorzystanie
technicznego potencjału hydroenergetycznego w 17%. Pod tym względem Polska plasuje się
zdecydowanie poniżej średniej europejskiej, gdzie jest on wykorzystywany w 43% Ze względu na fakt,
że możliwy do wykorzystania potencjał energii wody w Polsce dostępny jest przede wszystkim na
niewielkich rzekach, w kolejnych latach będzie następował dynamiczny rozwój sektora mikro i małych
elektrowni wodnych.
Biogazownia Piekoszów
Biogazownia Piekoszów – na zdjęciu widoczne są komory fermentacyjne, zasobnik na kiszonkę, silos
magazynowy na treść żołądków, zbiornik mieszający oraz hala rozładunkowa, Fot. Instytut OZE
23 sierpnia 2012 roku w podkieleckiej miejscowości Piekoszów w województwie
świętokrzyskim została oddana do użytku biogazownia rolniczo-utylizacyjna, służąca do uzyskiwania,
oczyszczania i przetwarzania biogazu przy wykorzystaniu substratów biodegradowalnych.
Przetwarzane są w niej odpady poubojowe z pobliskiego zakładu przetwórstwa mięsnego, odpady z
hodowli zwierzęcej oraz nadwyżki upraw energetycznych z okolicznych gospodarstw rolnych, takie
jak: odpady poubojowe miękkie, krew, treści jelit i żołądków, gnojowica świńska oraz kiszonka
kukurydzy – łącznie 22 210 ton/rok.
Każdy z substratów jest transportowany na teren biogazowni odpowiednim sprzętem
uniemożliwiającym wydostawanie się przewożonego substratu oraz w przypadku tych substratów
gdzie będzie to konieczne, również zapachu. Substrat zielony jest magazynowany w silosie
przejazdowym i zakiszany pod przykryciem z folii w sposób identyczny jak robi się to na paszę dla
zwierząt. Gotowa kiszonka jest dostarczana do zasobnika, bezpośrednio z którego zostanie podana
do komór fermentacyjnych. Zasobnik jest napełniany raz lub dwa razy dziennie za pomocą ładowarki.
Rozładunek gnojowicy jest prowadzony bezpośrednio z beczkowozów za pośrednictwem szczelnego
układu hydraulicznego do zbiorników buforowych. Od tej chwili surowa gnojowica nie ma styczności
ze środowiskiem zewnętrznym podczas całego procesu przetwarzania w biogazowni. Z kolei odpady
poubojowe oraz zawartość przewodu pokarmowego wprowadzane są do systemu podawczego za
pomocą podajnika ślimakowego, znajdującego się w hali rozładunkowej. Są one rozdrabniane i
upłynniane, a potem kierowane do higienizatora, w którym ulegają ogrzewaniu w temperaturze 70 °C
przez jedną godzinę. Następnie wraz z pozostałymi substratami trafiają do zbiornika mieszającego, z
którego są dozowane do komór fermentacyjnych.
Biogaz produkowany jest na zasadzie fermentacji beztlenowej. Zachodzi ona w komorach
fermentacyjnych, które są najbardziej charakterystycznymi budowlami takiej inwestycji. Każda komora
jest zbudowana jako zbiornik żelbetowy okrągły, posadowiona na żelbetowej płycie. Komory
budowane są z betonów wodo i gazoszczelnych zabezpieczonych specjalnymi substancjami
wewnątrz, ocieplone i obłożone blachą na zewnątrz. Dzięki pokryciu ich dachem dwumembranowym
są one całkowicie szczelne. W komorach wsad jest mieszany za pomocą mieszadeł i podgrzewany z
wykorzystaniem energii uzyskiwanej w procesie spalania biogazu. Biogaz wydziela się z powierzchni
fermentującego substratu i magazynuje pod pokrywą dachu dwumembranowego. Biogaz jest
mieszaniną w ok. 60% metanu oraz azotu i innych gazów śladowych. Następnie zostaje on
odwodniony, oczyszczony i szczelnym układem rur gazowych jest transportowany do modułu
kogeneracyjnego. Moduł ten składa się z silnika spalinowego oraz sprzężonego z nim generatora
elektrycznego. Znajduje się on w specjalnie do tego celu przeznaczonym kontenerze.
Finalnym efektem pracy biogazowni o mocy 0,8 MWel i 0,8 MWth jest produkcja energii elektrycznej,
pochodzącej z generatora prądotwórczego oraz cieplnej pochodzącej z chłodzenia kogeneratora.
Rocznie ta biogazownia jest w stanie wyprodukować ok. 6 300 MWh energii elektrycznej i podobną
ilość energii cieplnej. Ta energia wystarczy, aby non stop, przez cały rok zasilać blisko 12 000
żarówek o mocy 60 W każda i zapewnić całoroczne zapotrzebowanie na energię cieplną dla ok. 170
średniej wielkości domów jednorodzinnych.
Całkowicie przefermentowane i uspokojone substraty trafiają do separatora w którym zostaje on
podzielony na dwie frakcje – frakcję stałą gromadzoną w silosie oraz frakcję płynną o zawartości
suchej masy ok. 4 %. Jest ona gromadzona w zbiornikach żelbetowych pokrytych dachem ze
specjalnej folii. W okresach do tego przeznaczonych poferment płynny jest wywożony z
wykorzystaniem beczek asenizacyjnych, wyposażonych w przystawkę z wężami wleczonymi,
napędzanymi przez ciągniki rolnicze. Wykorzystywany jest on do nawożenia pól uprawnych
przeznaczonych do produkcji substratu zielonego do biogazowni. Również poferment stały zostanie
wykorzystany jako nawóz. Ma on dobre właściwości nawozowe, dzięki wstępnemu rozkładowi
biologicznemu podczas fermentacji, w związku z czym jest łatwo przyswajalny przez rośliny i nie
powoduje zachwaszczenia gleby.
Biogazownia jest inwestycją proekologiczną, kwalifikowaną jako odnawialne źródło energii
charakteryzujące się zerową emisją CO2 oraz umożliwiającą zmniejszenie emisji metanu do
atmosfery. Zerowa emisja CO2 wynika z faktu iż przy spalaniu energetycznym biogazu powstaje taka
ilość CO2 jaką pochłoną rośliny lub zwierzęta, których pochodną są substraty stosowane do produkcji
biogazu.
Biogazownia w Piekoszowie stanowi wzorcowy przykład instalacji służącej do racjonalnego
gospodarowania zbędnymi odpadami przemysłu spożywczego, rolnego oraz nadwyżkami płodów
rolnych. Wyprodukowane w oparciu o przedstawione substraty ciepło i energia elektryczna są
wykorzystywane w zlokalizowanym w sąsiedztwie zakładzie mięsnym, a w przyszłości będą także
zasilać budynki pobliskiej strefy ekonomicznej. Natomiast nadwyżki energii elektrycznej sprzedawane
są lokalnemu dystrybutorowi energii.
Energetyczne wykorzystanie biogazu obejmuje zarówno produkcję energii elektrycznej, jak i
wykorzystanie ciepła odpadowego, wytwarzanego przez silnik, sprężaną mieszankę gazową, olej
smarujący i spaliny. Zastosowany system CHP ma sprawność całkowitą równą 85,1%. Energia
elektryczna generowana jest ze sprawnością 42,8%, natomiast cieplna ze sprawnością 42,3% Takie
podejście znacząco zwiększa efektywność energetyczną całego przedsięwzięcia.
Pompa ciepła w domu jednorodzinnym
Wykonanie wiercenia otworu dolnego źródła ciepła o głębokości 90 m
Fot. Michał Kubecki
Coraz powszechniejszym rozwiązaniem z dziedziny poprawy efektywności energetycznej, a także
wykorzystania odnawialnych źródeł energii jest zastosowanie pompy ciepła.
Nowo wybudowany dom jednorodzinny w klasycznej technologii (izolacja cieplna ścian 10-15 cm,
2
okna PCV o niskim współczynniku przenikania ciepła) o powierzchni 150 m potrzebuje ok. 50 W
2
mocy na ogrzanie 1 m pomieszczenia; roczne zużycie energii na ogrzewanie to ok. 18.000 kWh;
zużycie energii do ogrzania wody to ok. 4500 kWh.
Przy wykorzystaniu pompy ciepła o mocy 7,5 kW, współczynniku wydajności cieplnej COP= 4 i cenie
energii elektrycznej jednotaryfowej G11 rzędu 0,42 zł/kWh ogrzanie takiego domu kosztuje rocznie ok.
2363 zł. Dla porównania zastosowanie gazu ziemnego w kotle kondensacyjnym kosztowałoby 4912 zł
3
(cena 1,8 zł/m , COP= 0,85), a Ekogroszku 3750 zł (cena 750zł/t, COP= 0,6)
Pompa ciepła jest urządzeniem, które umożliwia pobranie energii cieplnej z otoczenia i przekazanie jej
do systemu grzewczego budynku przy jednoczesnym przeniesieniu jej na wyższy poziom
energetyczny. Tym sposobem energia cieplna z naturalnego źródła (tzw. dolnego źródła ciepła), tj.:
gruntu, powietrza, czy wody, które z racji swojej niskiej temperatury nie nadaje się do bezpośredniego
wykorzystania, zostaje przeniesiona do systemu grzewczego (zwanego górnym źródłem ciepła) przy
znacznie wyższej temperaturze. Warunkiem koniecznym zajścia całego procesu jest dostarczenie
energii zewnętrznej, napędzającej obieg.
Elementy instalacji: sprężarka, skraplacz, parownik, zawór rozprężny, oraz dolne i górne źródło ciepła,
połączone są rurkami, tworząc wewnętrzny obieg pompy. Jest on wypełniony tzw. czynnikiem
roboczym, który posiada właściwości pozwalające mu wrzeć w niskiej temperaturze, np. 0°C.
Czynnik przepływając przez parownik absorbuje ciepło z dolnego źródła, gdzie osiąga temperaturę
wrzenia stając się parą o niskiej temperaturze i niskim ciśnieniu. W takiej postaci zostaje zassany
przez sprężarkę, w której ulega sprężeniu, czemu towarzyszy gwałtowny wzrost jego temperatury.
Następnie rozgrzany trafia do skraplacza i oddaje w nim ciepło do górnego źródła (c.o. lub c.w.u.). W
trakcie tego procesu czynnik skrapla się i w postaci cieczy jest przekierowany do zaworu rozprężnego,
w którym zostaje zdławiony do ciśnienia panującego w parowniku. Wówczas cały proces rozpoczyna
się na nowo.
Zysk energetyczny układu grzewczego z pompą ciepła sięga 75%, co oznacza, że z każdego
dostarczonego 1 kW energii elektrycznej można otrzymać 4 kW energii cieplnej. Takie rozwiązanie
umożliwia nie tylko oszczędne i bezpieczne ogrzanie domu, bądź wody na cele użytkowe, ale i
ekologiczne, gdyż eksploatacja instalacji jest bezemisyjna.
Ponadto do jej zasilania mogą zostać wykorzystane inne odnawialne źródła energii – przykładem
może być Kieleckie Centrum Kultury, na dachu którego pracują mikroturbiny wiatrowe częściowo
zasilające zespół złożony z trzech pomp ciepła. Coraz częściej też w instalacjach tych stosuje się
układ chłodzenia pasywnego, który w okresie letnim działa podobnie jak klimatyzacja. Rozwiązanie to
zastosowano m.in. budynku „ENERGIS”, należącym do Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach.
a) Schemat działania pompy ciepła w trybie grzania, b) Schemat działania pompy ciepła w trybie
chłodzenia
Źródło: http://www.budujeko.pl/dzialanie-odwrocone-czyli-pompy-ciepla-jako-chlodzenie
Turbiny wiatrowe typu VAWT na dachu Kieleckiego Centrum Kultury
Jedna z trzech turbin wiatrowych VAWT zainstalowanych na dachu KCK
Fot. Jakub Grudziński
Wraz z końcem września 2012 r. zakończył się remont Kieleckiego Centrum Kultury, mieszczącego
się na Placu Stanisława Moniuszki w Kielcach. Oprócz widocznego „gołym okiem” odnowienia
elewacji, zastosowano szereg rozwiązań mających na celu poprawienie efektywności energetycznej
budynku, które dodatkowo zostały wsparte przez wykorzystanie odnawialnych źródeł energii.
W skład prac termomodernizacyjnych kieleckiego budynku wchodziło m.in. docieplenie styropianem i
wełną mineralną zewnętrznych ścian dolnej części obiektu, dachu oraz pudła scenicznego, zamiana
wszystkich okien na energooszczędne okna PCV, a także wymiana instalacji centralnego ogrzewania.
Dodatkowo zmodernizowana została instalacja dostarczająca ciepłą wodę, która obecnie korzysta z
energii odnawialnej.
Aby było to możliwe, na najwyższej części dachu KCK zainstalowano zespół trzech turbin wiatrowych
typu VAWT (ang. vertical axis wind turbine) o pionowej osi obrotu JFVC 2kW. Każda z nich ma moc
znamionową 2 kW i umieszczona jest na maszcie z odciągami o wysokości 2,5 m. Podczas
wietrznych dni kompozytowe łopaty turbin zostają wprawione w ruch i wytwarzają energię, która
dostarczona jest do trzech pomp ciepła OW-PC 270 firmy Biawar o mocy 2 kW każda. Urządzenia te
wykorzystują wywiewane powietrze wentylacyjne (dolne źródło ciepła) do ogrzania wody użytkowej,
która zmagazynowana jest w zintegrowanym, emaliowanym zbiorniku o pojemności 270 litrów.
Tym sposobem cały obiekt zaopatrzony jest w ciepłą wodę przeznaczoną do celów użytkowych. Warto
dodać, że podgrzanie wody odbywa się bardzo niskim nakładem finansowym, a cały proces jest
przyjazny środowisku – pacy turbin wiatrowych nie towarzyszy bowiem emisja żadnych
zanieczyszczeń.
Termomodernizacja Kieleckiego Centrum Kultury jest dobrym przykładem umiejętnego poprawienia
efektywności energetycznej budynku, przy jednoczesnym wykorzystaniu energii pochodzącej z
odnawialnego źródła energii, jakim jest wiatr. W ten sposób możliwe jest nie tylko zaoszczędzenie
sporej ilości środków finansowych związanych z użytkowaniem obiektu, ale też zapewnienie mu w
pewnym stopniu samowystarczalności energetycznej.
Energooszczędny, inteligentny budynek dydaktyczno-laboratoryjny Energis
Statyczna instalacja PV na dachu budynku ENERGIS
Fot. Michał Kubecki
Wraz z początkiem października 2012 r., Politechnika Świętokrzyska w Kielcach uroczyście
zainaugurowała rok akademicki 2012/2013 otwarciem nowego obiektu dydaktyczno-laboratoryjnego.
Budynek znajduje się u zbiegu ulic Warszawskiej i Studenckiej i jest siedzibą nowo powstałego
Wydziału Inżynierii Środowiska, Geomatyki i Energetyki.
„ENERGIS” wyposażony jest w najnowsze rozwiązania z dziedziny odnawialnych źródeł energii –
wykorzystuje energię promieniowania słonecznego oraz energię zakumulowaną w gruncie i powietrzu,
co w połączeniu z zastosowaniem nowoczesnych materiałów termoizolacyjnych zapewnia mu
znaczną autonomię pod względem energetycznym, ogranicza straty energii, a także redukuje emisję
zanieczyszczeń do otoczenia.
2
Obiekt ma powierzchnię 4 831 m i mieści 22 sale dydaktyczne. Na jego dachu zainstalowano 31
paneli fotowoltaicznych IBC MonoSol 195 MS o mocy nominalnej 195 Wp. Moduły wykonane w
technologii monokrystalicznej podzielono na dwie instalacje: nadążną i statyczną. Instalację nadążną,
która monitoruje ruch Słońca i automatycznie utrzymuje optymalne położenie paneli fotowoltaicznych,
tworzy sześć modułów PV usytuowanych na kolumnach Etatrack; jej łączna moc to 1170 W. Układ
statyczny składa się z dwudziestu pięciu modułów o łącznej mocy 4875 W, zamontowanych na
stojakach nachylonych pod kątem 45°. Obydwa układy pracują na odrębnych inwerterach typu Sunny
Boy i są niezależnie opomiarowane, dzięki czemu możliwe jest porównywanie sprawności rozwiązań,
tym samym realizacja misji naukowo-dydaktycznej obiektu.
2
Łączna powierzchnia modułów PV zainstalowanych na budynku ENERGIS wynosi blisko 40 m .
2
Całość instalacji zajmuje obszar niespełna 190 m , i przy sprawności paneli rzędu 15,3%, generuje 6
kW energii elektrycznej wykorzystywanej głównie na potrzeby oświetlenia korytarzy.
Ponadto, na dachu budynku znajdują się 4 kolektory słoneczne firmy Viessmann: dwa płaskie z
2
selektywnym pokryciem absorbera typu Vitosol 200-F (o powierzchni 2,3 m każdy), oraz dwa
2
próżniowe rurowe typu Vitosol 200-T (o powierzchni 3 m każdy), które współpracując z pompą ciepła
typu powietrze/woda Vitocal 160-A tej samej firmy, zapewniają ciepłą wodę do celów użytkowych w
całym budynku.
W obiekcie, oprócz wykorzystania odnawialnej i „czystej” energii słonecznej, zastosowano także
ekologiczne ogrzewanie za pomocą pompy ciepła z układem pasywnego chłodzenia w okresie letnim,
oraz odzysk wody deszczowej.