Inauguracyjne Posiedzenie

Rady Programowej Warszawa 19/03/2013

Jan KicińskiIMP PAN Gdańsk

Centrum Badawcze w Jabłonnej

Dlaczego?

Geneza

Sytuacja Energetyczna w Polsce

1. 40% zainstalowanej mocy ma 30-40 lat (do 2015 roku 6500 MW musimy wyłączyć)2. Trudny import: Słabe sieci wewnętrzne i transgraniczne, 3. Energetyka jądrowa dopiero po 2020 roku i tylko 3000 MW (to nas nie uratuje)4. Nadzieja na gaz łupkowy ? Wzrost importu gazu konwencjonalnego?5. Dotychczasowy rozwój OZE za wolny – brak elastycznych źródeł energii

Jeśli nic nie zrobimy to w 2016-2017 czeka nas KRYZYS energetyczny

Co robić? Nowy MIX energetyczny dla Polski

1. Inwestycje w efektywność energetyczną - NEGAWATY2. Inwestycje w sieci trangraniczne3. Budowa nowych bloków gazowych i wysokosprawnych kombinowanych4. Energetyka rozproszona OZE – Energetyka Obywatelska (krótkie, drobne inwestycje, szybko mogą powstać mikroźródła

Niemcy: w 2020 roku 35% energii z OZE, ma tu pracować 500 000 ludzi Koncerny samochodowe zatrudniają 220 000 ludzi A więc OZE to koło zamachowe gospodarki

CZY MAMY SZANSĘ NA ENERGETYKĘ OBYWATELSKĄ ?

EKOENERGETYKA ROZPROSZONA - MIKROŹRÓDŁA - ENERGETYKA PROSUMENCKA

TAK

Jeśli: 1. Przyjete zostanie stabilne prawo wspierające mikrogenerację2. Dostatecznie rozwinięte zostaną sieci inteligentne Smart Grid3. Opracowane i upowszechnione zostaną tanie technologie URE/ OZE

Energetyka Obywatelska (EO) - krok dalej

ICT Wolność

Informatycznaobywateli

EOWolność

EnergetycznaObywateli

Generacja rozproszona bazująca na OZE

Przyszłośc: Nadbudowa informatyczna technologii URE

Sieci informatyczne, instalacje wirtualne, modele internetowe, chmury obliczeniowe

A zatem:

Rozproszona energetyka oparta na technologiach URE/OZE, sieci inteligentne „Smart Grid” i aplikacje w „cyfrowej chmurze” będą kluczowym elementem polityki energetycznej Państwa w najbliższej przyszłosci

Wynika stąd że:

Hybrydowe instalacje integrujące technologie solarne, biomasowe, wiatrowe, pompy ciepła oraz magazyny energii dla domów, obiektów i osiedli Plus-Energetycznych pracujących w sieci inteligentnej to wyzwanie chwili

Co należy zrobić?Opracować ekonomicznie uzasadnione dla naszego rynku wielowariantowe rozwiązania wykorzystujące efekt synergii poszczególnych technologii a także opracować najbardziej użyteczne aplikacje do przetwarzania w „cyfrowej chmurze”

Naprzeciw tym oczekiwaniom wyszły władze PAN

Uruchamiając następujące działania:- Przeprowadzenie ekspertyz dotyczących możliwości budowy dedykowanego Centrum Badawczego- Podjęcie decyzji lokalizacyjnej w Jabłonnej na terenach należących do PAN- Wybór ścieżki finansowania- Wybór beneficjenta i realizatora Projektu

Ścieżka finansowania: Mazowiecki Urząd Marszałkowski

Beneficjent, Realizator Projektu: Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku

mT+E

Tanie, hybrydowe

Mini-Siłownie Poligeneracyjne

(ciepło, prąd, chłód)

Nowe rozwiązania dla magazynowania

Energii

Lokalny Smart Grid

Aplikacje do przetwarzania w

„chmurze”

Co Centrum powinno zaoferować?

Koncepcja Laboratoriów w CB PAN w Jabłonnej

Jak to zrobić?

Oferta Centrum

Badawczego

Badania i rozwój

Badania komercyjne

(Badania eksploatacyjne)

Edukacja i promocja

Prosumencki obrót energią

Pokazy, targi, konferencje

L1L2

L3

L4

L5 mT+E

Akcent „gdański” - bursztynowe podświetlenie

Podstawowe parametry Powierzchnia użytkowa

Centrum składa się:4 obiekty dwukondygnacyjne - Budynek 1: Laboratorium Mikrosiłowni Kogeneracyjnych L2 1095 m2 - Budynek 1/1: Magazyn Biomasy L2 118 m2 - Budynek 2: Laboratorium Technik Słonecznych, Energetyki Wiatrowej i Inżynierii Bezpieczeństwa L1, L3, L4 966 m2 - Budynek 2/1: Tunel Aerodynamiczny L3 145 m2

1 obiekt trzykondygnacyjny: Zintegrowane Laboratorium Plus Energetyczne L5 1287 m2 ---------------------------------------------------------------------------------------- Razem 3788 m2

Magazyn energii z basenem 392 m2Stacja eksperymentalnych małych siłowni wiatrowychScieżka edukacyjna OZEBaseny wodne i fontanny 415 m2Parking niezamarzający na 106 miejscPrzestrzeń integracyjna

Parter: Budynek 1 i 1/1Budynek 2 i 2/1

L5

Zestaw demonstracyjnych mikroukładów kogeneracyjnych, BMS, Smart Grid

Techniki słoneczne i wiatrowe

Centralna ciepłownia,Siłownie ORC,

technologie biomasowe

I Piętro

Dyrekcja, pomieszczenia biurowe, techniczne

(serwerownie), socjalne

II Piętro

Sala konferencyjna, pomieszczenia

hotelowe

CB JabłonnaUrządzenia i

instalacje energetyczne

Bilans energetyczny

Możliwe są alternatywne rozwiązania I, II lub III (media zewnętrzne : gaz, biomasa) (zainstalowane będą wszystkie)

I. Nowoczesny agregat kogeneracyjny (turbina gazowa)Moc cieplna: ok.165 kWMoc elektryczna: ok.100 kWLokalizacja: parter Budynku B1 (Laboratorium L5/2)Tryb pracy: uruchomienie uzależnione od zapotrzebowania na ciepło lub od zapotrzebowania na energię elektryczną w Centrum

II. Kocioł na biomasę:Moc cieplna: ok.2x105 kWLokalizacja: parter Budynku B1 (Laboratorium L5/2)Tryb pracy: uruchomienie uzależnione od zapotrzebowania na ciepło w Centrum

III. Alternatywnie: kocioł gazowy 2x108 kW ( Bezpieczniejsze rozwiązanie)

A. System Podstawowy (zimowy)

( Na ogrzanie Centrum zimą wystarczy moc ok. 200 kW )

II. Pompy ciepła

Całkowita moc cieplna:2x100kW, czynnik roboczy CO2

Lokalizacja: odwierty na terenie działki 10x50mb, pompy ciepła w Lab 5/1 Tryb pracy: ciągły (przerywany) na potrzeby pokrycia szczytowego zapotrzebowania na ciepło (ewentualny nadmiar ciepła gromadzony w magazynie ciepła PCM)

Kolektory słoneczne próżniowe Moc cieplna około: 30kWLokalizacja: dach budynku B1/2Tryb pracy: ciągły (ewentualny nadmiar ciepła gromadzony w magazynie ciepła PCM)

Ogniwa fotowoltaiczne Moc elektryczna:220 kWpLokalizacja: dach budynku L5, L3/4, oraz na magazynie PCMTryb pracy: ciągły – nadmiar energii oddawany do sieci

Turbiny wiatrowe Moc elektryczna 6kWLokalizacja: dach Budynku L5Tryb pracy: ciągły – nadmiar energii oddawany do sieci

Do celu produkcji chłodu na potrzeby klimatyzacji poddano analizie:• dolne źródło pompy ciepła• obieg absorpcyjny

Dla celu magazynowania energii cieplnej poddano analizie• magazyn ciepła PCM, BTES, TTES, oraz zasobnik C.W.U. i C.O.

B. System „Plus Energetyczny”laboratoryjno – demonstracyjny (wiosna, lato, jesień)

W konfiguracji + energetycznej w okresie letnim, jesiennym i wiosennym przy dostatecznym nasłonecznieniu załączane

będą:Ogniwa fotowoltaiczne

Pompa ciepła i układ absorpcyjnyKolektory słoneczne

Ogniwa PV wyprodukują około 200 kW mocy elektrycznejPompy ciepła wykorzystają 55 kW energii elektrycznej

Uzyskamy w efekcie 155 kW chłodu, oraz 160kW ciepła --------------------------------------------------------------------------------

a pozostała energia elektryczna - 145 kW może być wykorzystana na potrzeby własne lub do sieci zewnętrznej

Energia z Natury - Bilans Plus Energetyczny

Gaz

PC Sondy pionowe

Pelety

Ogniwa PV

Kolektory

Odzysk z klimatyzacji

Kocioł gazowy

Turbina gazowa

Gazowe urządzenia absorbcyjne

MikrogeneracjaKocioł biomasowy

Sieć elektr. wewnętrzna

Pompy ciepła

Pompy ciepła

Zasobniki CWU

Układ absorbcyjnychłodniczy

Magazynyciepła

Zasobnikiwody lodowej

Ogr

zew

anie

Stra

ty

Sieć elektr. zewnętrzna

Klim

atyz

acja

Źródła Urządzenia ProduktyDo ogrzania Centrum zimą wystarczy ok. 200 kW energii cieplnej

Do celów klimatyzacji przewidziano urządzenia o mocy sumarycznej ok. 170 kW

Bilans energetyczny w CB Jabłonna

Podsumowanie

CB Jabłonna - Co ważne i nowe

Magazyny Energii – - rozwiązania własne i komercyjne - poligon doświadczalny (hybrydy, efekt synergii)

Nowa koncepcja zarządzania energią i informacją - poszerzony BMS - laboratoria: automatyczny zapis i zdalna obróbka wyników

Magazyny ciepła i chłodu

Zasobniki ciepłej wody użytkowej oraz wody lodowej

Zasobnik wody ciepłej i wody lodowej o objętości 5m3.Warunki eksploatacji w zakresie od 40 do 90oC, lub 7-15oC dla wody lodowej.Dostarczany strumień ciepła (szczytowy) wynosi 5kW.Pozyskiwanie użytecznego ciepła odbywa się przez około 1,9 dnia.

Magazyn w postaci zbiorników wodnych

Magazyn w postaci zbiorników 100m3.Parametry eksploatacyjne od 50oC do 90oC. Dostarczany strumień ciepła wynosi około 50kW.Magazyn „zbiornikowy” pozwala zmagazynować ciepło w ilości 50kW w czasie 4 dni pracy ciągłej i przyroście temperatury 40oC.

Magazyn w postaci basenu wodnego

Magazyn „basenowy” pozwala zmagazynować ciepło w ilości 50kW w czasie 3 dni pracy ciągłej i przyroście temperatury 10oC.

Magazyny Energii CB jako poligon doświadczalny

Magazyny ciepła i chłodu

Magazyn ciepła PCM

Magazyn PCM 5m3 pozwala zmagazynować ciepło w ilości 5kW w czasie 4 dni pracy ciągłej i przyroście temperatury 40oC

Magazyn ciepła BTES – sondy pionowe w gruncie

Założenia główne do doboru magazynu:zmiana temperatury o 10 oC , przechowujemy 100kW przez miesiąc przy pacy ciągłej, Ilość sond gruntowych 50, odległość między nimi 2 metry, głębokość odwiertu 80 metrów

Schemat systemu monitorowania oraz zarządzania budynkiem (kolorem żółtym zaznaczono dedykowane specjalnie dla projektu Centrum w Jabłonnej elementy systemu BMS).

Zarządzanie Energią i Informacją

Laboratoria

Budynki

Nowa koncepcja BMS

Kierunek: Jezioro Zegrzyńskie

Kierunek: Centrum Warszawy

Ulica Akademijna

Centrum Badawcze: doskonała lokalizacja

Park technologiczny

„ZIELONA ENERGIA”

INKUBATOR

małych i średnich

przedsiębiorstw

PAWILON

WYSTAWOWY

(producentów OZE)

Centrum Badawcze

Jabłonna dzisiaj

Ulica Akademijna

mT+E

Jabłonna: Zakres Prac

L5 badania eksploatacyjne różnych technologii kogeneracyjnych w zakresie mocy od 1 do 30kW mocy elektrycznej – poligon doświadczalny innowacyjnych urządzeń

prace badawcze i demonstracja obiektów energetycznych w postaci zintegrowanych układów ogniw fotowoltaicznych i pompy ciepła (PV/PC), fotowoltaiki i kolektora słonecznego (PVT), oraz hybrydowych układów z ogniwem fotowoltaicznym, kolektorem słonecznym i pompą ciepła PVT/PC oraz magazynów energii

trigeneracja – jednoczesna produkcja ciepła, energii elektrycznej i chłodu współpraca urządzeń w ramach sieci „smart-grid”

analiza pracy przy różnych scenariuszach zapotrzebowania na ciepło i energię elektryczną symulacja pracy urządzeń kogeneracyjnych w warunkach rzeczywistych obiektów

analizy porównawcze różnych technologii kogeneracji: silnik spalinowy, silnik spalania zewnętrznego, ORC, współpraca z magazynami energii cieplnej i elektrycznej

współpraca z niestabilnymi źródłami energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych: małą elektrownią wiatrową, fotowoltaiką – stabilizacja produkcji energii

Zintegrowane laboratorium Plus –Energetyczne (1)Mini – siłownie poligeneracyjne

prace badawcze z zastosowań rozwiązań informatycznych i systemowych w energetyce;

monitorowanie przepływów w lokalnej sieci energetycznej i jej ewentualna modyfikacja pod kątem lepszego zarządzania energią (np. wprowadzenie zasobników energii);

analizy urządzeń do inteligentnego pomiaru energii „smart metering”

opracowanie systemu informatycznego do zarządzania energią

o modułu planowania zadań ze zwiększonym poborem energii, związanego z możliwością jej generacji

o modułu równoważenia na bieżąco generacji i poboru energiio modułu analizy technologii wytwarzania energii pod kątem ich oddziaływania na środowisko

L5 Zintegrowane laboratorium Plus –Energetyczne (2)Lokalny Smart Grid, BMS

• Certyfikacja urządzeń OZE• Dążenie do akredytacji modułów, tzn. jednostka akredytująca np. Polskie

Centrum Akredytacji uznaje kompetencje danego laboratorium• Wystawianie rekomendacji Centrum PAN Jabłonna• Badana eksploatacyjne, półkomercyjne produkty zgromadzone w jednym

miejscu (field test)• Standaryzacja metod pomiarowych w energetyce rozproszonej• Integracja technik energetyki rozproszonej

Badania komercyjne

(Badania eksploatacyjne)

Edukacja

• Edukacja podmiotów samorządowych• Lobbing OZE i energetyki rozproszonej• Edukacja podmiotów gospodarczych• Międzynarodowe kursy OZE (jak np. w VKI Bruksela)• Integracja środowiska akademickiego• Praktyki studenckie• Kursy podyplomowe itp.

L1 - LABORATORIUM TECHNIK SŁONECZNYCH

L.p.Nazwa aparatury naukowo -

badawczej

1Symulator słoneczny wraz z

oprzyrządowaniem

2Symulator PV impulsowy wraz z

oprzyrządowaniemdo badania charakterystyk

3

Stanowisko do ciągłego monitorowania efektywności energetycznej modułów PVT

(fotowoltaiczno-termicznych), współpracujących z kolektorami

słonecznymi, układem pompy ciepła oraz magazynem ciepła z przemianą fazową w

warunkach eksploatacyjnych

4Stanowisko do badania parametrów

eksploatacyjnych sprężarkowej pompy ciepła z systemem regulacji

PLANOWANE NAKŁADY

RAZEM:5 250 000 PLN

L2 - LABORATORIUM MIKROSIŁOWNI KOGENERACYJNYCH I KOTŁOW EKOLOGICZNYCH

L.p. Nazwa aparatury naukowo - badawczej

1Stanowisko do badania materiałów zmiennofazowych

oraz badań magazynów ciepła z PCM

2Stanowisko demonstracyjno badawcze prototypowych

mikrosiłowni (ORC,..)

3Mobilne laboratorium diagnostyki i analizy

środowiskowejobiektów rzeczywistych

4Zespół stanowisk badawczych mikro-wirników i łożysk

dla mikrosiłowni domowych

5Stanowisko termicznego przetwarzania biomasy i

biopaliw drugiej generacji

PLANOWANE NAKŁADY

RAZEM:7 910 000 PLN

Wyposażenie laboratoriów Otrzymane środki z MNISW

L3 - LABORATORIUM ENERGETYKI WIATROWEJ

L.p. Nazwa aparatury naukowo - badawczej

1

Tunel aerodynamiczny (o wymiarach przekroju poprzecznego przestrzeni pomiarowej 2m x 2m, do 30 m/s) o obiegu otwartym, przeznaczony do

badania turbin wiatrowych wraz z systemem pomiaru obciążeń (sił i momentów) na

elementach wirnika oraz systemem pomiaru podstawowych parametrów pracy tunelu

2

System wyznaczania pola prędkości przepływającego powietrza (Particle Image Velocimetry) do badania charakteru opływu

turbin wiatrowych

PLANOWANE NAKŁADY

RAZEM:2 600 000 PLN

L4 - LABORATORIUM INŻYNIERII BEZPIECZEŃSTWA DLA ENERGETYKI

L.p. Nazwa aparatury naukowo - badawczej

1 Wyposażenie warsztatu szybkiego prototypowania: system obróbki elektoroerozyjnej

2

Stanowisko do badań nieniszczących z wykorzystaniem Terahertzowych fal

elektromagnetycznych(w skład stanowiska wchodzi stół optyczny)

3Laboratorium materiałów funkcjonalnych

(spektrofotometr UV-VIS-NIR, mikroskop optyczny, drukarka do cienkich warstw, profilometr)

PLANOWANE NAKŁADY

RAZEM:4 750 000 PLN

L5 - ZINTEGROWANE LABORATORIUM PLUS - ENERGETYCZNE

L.p. Nazwa aparatury naukowo - badawczej

1Demonstracyjny kompletny układ (instalacja) PVT (ogniw fotowoltaicznych z

produkcją ciepła)/PC(pompy ciepła)/PCM (opcjonalnego układu magazynowania ciepła) - projekt, dostawa, montaż i uruchomienie systemu

2Demonstracyjno użytkowy układ kogeneracyjny/trigeneracyjny (z produkcją chłodu) wykorzystujący technologię ORC z kotłem na biomasę/gazowym lub

silnik gazowy)

3 Demonstracyjno-użytkowy zespół turbin wiatrowych małej mocy

4Stanowisko demonstracyjno badawcze mikrokogeneracji „elementy smart grid”

-poligon doświadczalny kilku obiektów o mocy ok.1-30kW (różne techologie, np.: silnik spalania wewnętrznego i zewnętrznego, ORC, ogniwo paliwowe)

5

System monitorowania i zarządzania energią w budynku (Building Management System). Stanowisko zdalnego i inteligentnego sterowania pracą mikrobloków

kogeneracyjnych – „micro smart grid” (wyposażenie central, Jablonna i Gdańsk, oprogramowanie, sprzęt komputerowy).Stanowisko sterowania procesami w

tym budowa, rozbudowa i bieżące utrzymanie pracysieci teleinformatycznych, serwerowni, obsługi ruchu internetowego

wychodzącegoi wchodzącego, centrali telefonicznej, centrum monitoringu.

Prace badawcze w zakresie zastosowania rozwiązań informatycznych i systemowych w energetyce

PLANOWANE NAKŁADY RAZEM: 13 490 000 PLN

SUMA CAŁOŚCI: 34 000 000 PLN

Współpraca naukowa

• Instytut Maszyn Przepływowych PAN • Politechnika Warszawska • Uniwersytet Warmińsko – Mazurski w Olsztynie• Szkoła Głowna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie• Politechnika Gdańska • Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN • Instytut Badań Systemowych PAN w Warszawie• Instytut Inżynierii Chemicznej PAN w Gliwicach

Główni partnerzy naukowi

• LOTOS• ENERGA SA,

• TAURON Polska Energia SA,

• KGHM Polska Miedź SA.

• Siemens AG.

Współpraca przemysłowa

• Roboty budowlane - 45,1 mln zł• Wyposażenie – 35,3 mln zł• Budowa sieci komputerowych – 1,6 mln zł• Nabycie wartości niematerialno prawnej - 100 tyś zł• Pozostałe – 7,6 mln zł

BUDŻET PROJEKTU

39,4%50,3%

8,4%

1,8%

0,1%

za nami…

Rozstrzygnięcie przetargu na Inżyniera Kontraktu: grudzień 2012 r.-IK reprezentuje Zamawiającego-jego obowiązkiem jest nadzór nad inwestycją- monitoring zgodności realizacji z przyjętym harmonogramem rzeczowo-finansowym - odbiory częściowe robót, instalacji

przed nami…Rozstrzygnięcie przetargu na Głównego Wykonawcę Inwestycji - III. 2013Zatwierdzenie projektu budowlanego, uzyskanie pozwoleń na budowę - X. 2013

Uruchomienie przetargu na zakup aparatury badawczej - VI. 2013

Rozpoczęcie budowy - XI. 2013

Rozpoczęcie instalacji aparatury badawczej i sieci komputerowej - IX. 2014

Zakończenie budowy - XII. 2014

ZAKOŃCZENIE INWESTYCJI

Odbiór i uruchomienie Centrum Badawczego - XII. 2014

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ