Akumulace energie Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. 1

Akumulace energie Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Akumulace energie Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

Akumulace energie Cílem je ekonomicky výhodný provoz. AKUMULÁTOR ZDROJ B P SPOTŘEBIČ Výstavba horkovodní kotelny 58 MW Česká Lípa Zákazník: ČLT a.s. Česká Lípa Místo plnění: Česká Lípa Rok: 1998- 1999 Investor: ČLT a.s. Česká Lípa Zástupce investora: Ivan Urban - ředitel Telefonní spojení: 487 834 020 - 5 Postavení spol. v dod. sys.: generální dodavatel Cena zakázky: 125 mil. Kč Výstavba horkovodní kotelny se 3 kotli LOOS o výkonu 3 x 19MW, palivo: zemní plyna mazut, včetně hořáků , včetně veškerých rozvodů médií, oběhových čerpadel, odvodů spalin, plynovodu, olejového hospodářství a všech pomocných technologií v lokalitě Česká Lípa.

Systém akumulace Smyslem akumulace je uchovávat energii a díky jejím vlastnostem proměnným v čase realizovat zisk. Hlavní důvody akumulace: Nedostatečný příkon zdroje Pokrytí odběrových špiček Rozdíly mezi potřebou a dodávkou energie

Systém akumulace Hlavní důvody akumulace: Nepravidelná dodávka energie Rozdíly v cenách energií ve sledovaném časovém období Využití přebytků energie Zefektivnění provozu zdroje (vyšší účinnost přeměny energie, provoz zdroje na tuhá paliva)

Návrh systému akumulace Časová perioda (8h, 24h) Potřeba energie v časové periodě (kWh) + parametry Je vhodná akumulace energie? Akumulace plná Akumulace částečná zdroj odběr ANO NE čas čas Nerovnoměrná potřeba energie Rovnoměrná potřeba energie

Návrh systému akumulace Systém akumulace - voda v zásobníku, ... Parametry akumulačního média (teplota, tlak) Parametry akumulátoru - ztráty - investiční a provozní náklady - údržba - životnost - spolehlivost Nástroje: Bilanční výpočet – Tabulkový procesor Počítačová simulace – TRNSYS Rozbor provozu

Bilanční výpočty

Bilanční výpočty

Akumulace energie Teplonosné médium Voda – vysoká tepelná kapacita, ekologická nezávadnost, snadná dostupnost, přímé použití v systémech, přijatelná účinnost předávání energie. Speciální tekutiny – rozvoj spíše pro oblast chlazení, tekutiny s nižším bodem tuhnutí. Látky měnící svoji fázi – výzkum, výsledky prozatím nepřesvědčivé. Ekologické problémy.

Akumulace energie Parametry akumulace Velikost akumulátoru Plná akumulace – nejdražší systém, výhodou je zásoba energie použitelná v případě výpadku dodávky. Částečná akumulace – snížení špičkových odběrů, systém je pružnější, schopný pracovat v případě potřeby i bez akumulace. Rozdělení do zásobníků, umístění.

Akumulace tepla Vodní zásobníky Akumuluje se citelné teplo. Ocel - vyzkoušená technologie, údržba. 150, 200, 300, 500, 750, 1000, 2000, 5000 litrů. Teplota 60-90°C. A B

Akumulace tepla Plasty Nízká hmotnost, chemická odolnost. Životnost, teplotní odolnost. Beton, stavební konstrukce

Akumulace tepla Sezónní zásobník tepla

Akumulace energie Zásobníky využívající latentní teplo A B Zásobníky, ve kterých je umístěna chemická látka, schopná přijmout nebo odevzdat teplo při změně skupenství, kdy změna nastává v příhodných tepelných a tlakových poměrech. Tento druh zásobníků je již poměrně rozšířen pro akumulaci chladu, pro akumulaci tepla je nutná chemická látka měnící skupenství při teplotách kolem 50°C. Konstrukčně se jedná o běžné zásobníky naplněné kapslemi, které obsahují příslušnou chemickou látku a médium v prostoru mezi nimi. Při jiné konstrukci naopak je médium v registru a látka měnící fázi vyplňuje zásobník.

Akumulace energie Zapojení zásobníku s kapslemi s látkou měnící fázi (PCM) do systému chlazení Životnost materiálů Ekologie provozu

Podzemní zásobníky Akumulace tepla a chladu do zvodnělé vrstvy Podzemní zásobník tvořený vlhkou zeminou ohraničený nepropustnou jílovou vrstvou. Kapacita přibližně 0,8 kWh/m3.K Zařízení vyžaduje příznivé geologické podmínky. Návrh i zkoušení jsou dlouhodobou záležitostí. (správná funkce se projeví po 3-5 letech provozu). Určeno pro větší množství energie, velikostně obchodní centrum. Obvyklá teplota je kolem 30°C. Provoz přerušovaný (dodávka a odběr) nebo trvalý -sezónní zásoba energie.

Akumulace energie Princip provozu zásobníků

Akumulace energie Slouží pro sezónní uchování přebytečné energie z kogeneračních jednotek a akumulaci chladu pro letní období. Vrstva ohraničena nepropustným jílem. Akumulace chladu 30-60m T=6-10°C, vstupní 5°C, 4250 MWh/a Zásobník pokrývá 60% potřeby chladu v letním období. Akumulace tepla 285-315m T=25°C, vstupní 70°C, 2650 MWh/a Celkem 2x 6 vrtů pro teplo a chlad.

Akumulace energie

Akumulace chladu Médium: studená voda (3-5°C) - kapacita 1,16 kWh/(m3.K) nemrznoucí směs (teplota dle vlastností směsi) směs vody a ledových krystalů (binární led) - teplota 0 až -40°C, lze dopravovat čerpadlem led - při 0°C skupenské teplo 84,4 kWh/(m3.K) v zásobníku nutný registr, tzn. 40-60 kWh/(m3.K) PCM látky (měnící fázi) 40 kWh/(m3.K) Organické - parafinový vosk, polyethylenglykol Anorganické - hexahydrát chloridu vápenatého

Akumulace chladu Použití vyžaduje velké vodní objemy, neboť pracujeme s teplotním rozdílem 2–10°C. Výhodnější je využívání ledu, kdy můžeme ještě navíc využít skupenské teplo tání. Nejběžnější je použití tepelně izolovaného ocelového zásobníku s vnitřními výparníky, ve kterých se vypařuje chladivo a odebírá tak ze zásobníku teplo. Pozitivní prostup – na výparnících se vytvoří ledová vrstva, kolem které proudí nuceně voda a ochlazuje se. Střídavý vnitřní prostup - pro akumulaci chladu slouží i samotný objem vody v zásobníku a trubky uvnitř zásobníku při nabíjení přivádějí chlad a při vybíjení ho naopak odvádějí. Střídavý vnější prostup - v zásobníku jsou umístěny tělíska s vodou, která tuhnou nebo tají podle toho, jaké má parametry chladivo proudící v zásobníku.

Akumulace energie Pro výběr zařízení pro akumulaci chladu je třeba znát: dobu nabíjení požadované množství chladu (kWh) Pozitivní prostup (stejný směr při nabíjení i vybíjení) Rovnoměrná námraza na výparníku pomocí míchadel, stlačeného vzduchu. Výparník chladiva Střídavý vnitřní prostup Systém trubek stočených do spirál. Střídavě pro akumulaci i zpětné získávání chladu.

Akumulace chladu Střídavý vnější prostup V zásobníku umístěny kapsle s vodou, mezi kterými proudí nemrznoucí směs. Dle teploty směsi led v kapslích taje nebo se tvoří. Systém lze zapojit do tlakového systému chlazení. Chladivo je rozváděno po celé soustavě chlazení.

Akumulace chladu

Aktivace betonového jádra Technologie založena na využívání masivních konstrukcí pro vytápění nebo chlazení budovy Odpadá nutnost umisťovat do interiéru otopné nebo chladící prvky Pro budovy s velkými vnitřními prostory, kanceláře, výstavní prostory, nemocnice Využití nízkopotencionálního tepla Omezení maximálním výkonem pro chlazení 40-60 W/m2

Aktivace betonového jádra

Děkuji za pozornost… Akumulace energie Použití akumulačních zařízení u systémů tepelných vede při správném návrhu ke snížení spotřeby primární energie o 20 - 30 %. Použití akumulačních chladících systémů může snížit spotřebu o 60 - 80 %, při snížení špičkových odběrů elektřiny až o 80 %. Děkuji za pozornost…