VII Forum Klastra Bioenergia dla Regionu, Łódź, 21-09-2010 r. 1

Zintegrowane oraz hybrydowe systemy energetyczne

dr Magdalena Rogulska

www.ipieo.pl

Rozproszona generacja energii (1)

Zgodnie z koncepcją rozproszonej generacji energii jej celem jest:

Wytwarzanie energii blisko miejsca użytkowania lub zużywanie energii w miejscu jej wytwarzania

Dopasowanie produkcji energii – w szczególności z OZE – do profilu obciążeń celem najlepszego wykorzystania

Zrównoważona środowiskowo lokalna produkcja energii

A.Jarża, M.Podolski – Integrating of distributed generation in local energy systems, Częstochowa 2006 r.

Rozproszona generacja energii (2)

Rozproszoną generację energii można podzielić na dwie grupy technologii:

Wysokosprawna kogeneracja ciepła i energii elektrycznej (CHP), moce od 1 kW do setek MW, w tym turbiny gazowe, turbiny parowe, silniki Stirlinga, ogniwa paliwowe i mikro-turbiny

Lokalne systemy „on-site” wykorzystujące OZE oraz odzysk energii (technologie takie jak PV, biomasowe, silownie wiatrowe, mała energetyka wodna, wykorzystanie ciepła odpadowego z procesów przemysłowych, pompy ciepła itp..)

Zintegrowane systemy energetyczne

Racjonalnym i efektywnym sposobem na zwiększenie niezawodności ekologicznego systemu energetycznego pracującego w danych warunkach klimatycznych może być jednoczesne wykorzystanie kilku lokalnie dostępnych źródeł energii odnawialnej. Są to tzw. systemy hybrydowe lub systemy zintegrowane.

Każde z energetycznych źródeł odnawialnych ma zarówno swoje wady, jak i zalety, niemniej ich umiejętne, optymalne zintegrowanie pozwala na maksymalne wykorzystanie ich możliwych zalet, a jednocześnie na znaczną minimalizację ewentualnych konsekwencji ich wad.

Obserwowane korzyści ekonomiczne z zastosowania zintegrowanych systemów energetyki odnawialnej to przede wszystkim mniejszy koszt eksploatacyjny (przy wciąż stosunkowo wysokich nakładach inwestycyjnych) i bardziej przyjazny ekologicznie wpływ na otaczające środowisko naturalne.

ZSE w gospodarstwie rolnym

Pojęcie „integracja procesów” w szerokim rozumieniu oznacza zastosowanie drugiego prawa termodynamiki do badania systemów energetycznych pod kątem możliwości redukcji zużycia paliw. Badania obejmują cały zintegrowany system energetyczny tj. źródła energii (konwencjonalne i alternatywne), urządzenia przetwarzające energię (np. siłownie wiatrowe, kolektory), oraz urządzenia umożliwiające wydajne jej zużycie.

Poszczególne elementy ZSE działają komplementarnie zapewniając płynną i efektywną dostawę energii do gospodarstwa (np. ciepło uzyskiwane z biomasy, promieniowania słonecznego, ewentualnie rezystancyjnych grzejników elektrycznych wykorzystane jest do ogrzewania budynku mieszkalnego lub szklarni).

Podstawowym założeniem jest aby potrzeby energetyczne obiektu w maksymalnym stopniu mogły być pokrywane energią otrzymaną z lokalnie dostępnych zasobów odnawialnych, a korzystanie z energii z nośników kopalnych ograniczyć do niezbędnego minimum.

BIOMASABIOGAZ

WIATR SŁOŃCE

ENERGIA DYSPOZYCYJNA

SYSTEM PRZEKSZTAŁCANIA ENERGII

ENERGIA UŻYTKOWA

ENERGIA KONWENCJONALNA

POGODAZAPOTRZEBOWANIE

ZBIORNIK

STRATY ENERGII

NADWYŻKA ENERGII

Schemat zintegrowanego systemu energetycznego

Etapy analizyKolejne etapy analizy powinny zawierać następujące

elementy: określenie ilości energii QA produkowanej dziennie

(miesięcznie) przez poszczególne urządzenia wykorzystujące odnawialne źródła energii,

określenie dziennego zapotrzebowania na energię (LOADj) cieplną,

określenie możliwości akumulacji energii (Q s ,Q L ,Q MAX),

porównanie tych wielkości w celu określenia stopnia pokrycia potrzeb energetycznych,

określenie efektywności energetycznej poszczególnych technologii wchodzących w skład ZSE, jak i całego systemu

Efekty

Bezpośrednie efekty – pozytywne skutki techniczne – możliwe do uzyskania w wyniku realizacji ZSE to:

zwiększenie produktywności danego obiektu rolniczego,

zmniejszenie zużycia tradycyjnych środków energii,

zwiększenie dyspozycyjności i niezawodności systemu energetycznego,

zmniejszenie szkodliwości oddziaływania na środowisko,

zwiększenie parametrów jakościowych produkcji rolniczej (np. lepsza jakość suszu, uzyskanie wysokogatunkowego nawozu organicznego, itp.).

Struktura ZSE

O strukturze ZSE decyduje zestaw czynników, z których najważniejszymi są:

zapotrzebowanie energetyczne gospodarstwa, wynikające z profilu produkcji,

specyfika i parametry procesu produkcyjnego,

warunki klimatyczne i geodezyjne, analiza techniczno – ekonomiczna

wskazująca zasadność instalowania alternatywnych rozwiązań.

POTRZEBY ENERGIA

Dzienne zapotrzebowanie (ciepło, en.elektryczna) Dziennie dostępna energia

odnawialna

Parametry ekonomiczne i energetyczne, zakres zmienności urządzeń

ANALIZA

Wybór najkorzystniejszych rozwiązań

Eksperymentalnie określone zapotrzebowanie

energetyczne punktów użytkowych

Eksperymentalnie (lub teoretycznie) określone

zasoby energii odnawialnej

Obliczenia ekonomiczne i energetyczne wszystkich rozważanych kombinacji

Schemat ideowy systemu komputerowego INTEGRA

Rogulska M.: Metoda oceny zintegrowanych systemów energetycznych obiektów rolniczych. Praca doktorska. IBMER, Warszawa 1996

Systemy hybrydowe (1) Hybrydowe systemy (układy) wytwórcze (HSW), przez które

rozumie się połączenie różnych technologii wykorzystania odnawialnych zasobów energii, konwencjonalnych technologii wytwarzania energii elektrycznej (i/lub ciepła), urządzeń do magazynowania energii (zasobników energii) oraz złożonych systemów nadzoru i sterowania. Systemy HSW w wielu przypadkach mogą okazać się bardziej opłacalne ekonomicznie, a ich zastosowanie może być bardziej przyjazne dla środowiska.

Hybrydowe systemy wytwórcze zawierają dwa lub więcej źródeł po to by następowało wzajemne kompensowanie zalet i wad tych źródeł.

W systemach hybrydowych są lub będą stosowane elektrownie zasilane biomasą jako paliwem, w szczególności małe jednostki modularne (do 5 MW), małe elektrownie wodne oraz ogniwa paliwowe, łącznie z bateriami słonecznymi i turbinami wiatrowymi.

Systemy hybrydowe (2)

• Hybrydowe systemy zasilania są doskonałym źródłem energii w miejscach gdzie dostęp do standardowej sieci energetycznej jest mocno utrudniony lub wręcz niemożliwy. W zależności od przeznaczenia w układzie może być zastosowany inwerter generujący napięcie 230V AC lub 400V AC np. do zasilania odbiorników w domach. System może być zintegrowany z budynkiem lub zaprojektowany jako urządzenie wolnostojące.

Źródło: J.Paska: Wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w systemach hybrydowych

Schemat blokowy elektrowni

słoneczno-wiatrowej, gmach PW

Układ z baterią akumulatorów, pracujący na odbiornik wydzielony stałoprądowy

Źródło: J.Paska: Wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w systemach hybrydowych

Lniska - elektrownia wiatrowa 2kW i słoneczna o mocy 775W. Realizator – firma Sikora Energy, lipiec 2010r

www. elektrownie-wiatrowe.com.pl

Schemat ideowy układu hybrydowego

źródło: www.rms.com.pl

1. Generator wiatrowy 2. Moduł fotowoltaiczny lub

zestaw paneli 3. Regulator ładowania 4. Akumulator(y) żelowy(e) 5. Potencjalne odbiorniki na prąd stały 6. Inverter 7. Potencjalne odbiorniki na prąd

zmienny

źródło: www.rms.com.pl

www.makroterm.pl