ekoEnergia: ogrzewanie, wentylacja pomieszczeń, mądre budowanie, energia solarna, ekologia

W instalacjach sezonowych bardzo obiecujące wyniki uzyskiwano z podziemnymi akumulatorami energii cieplnej. Można się spotkać z dwoma sposobami magazynowania energii w gruncie.

1. W przypadku gdy grunt jest nieprzepuszczalny dla wody (glina, piasek zagliniony, ił ) wówczas stosuje się metodę ogrzewania gruntu za pomocą pionowych wymienników. Najczęściej są to wprowadzane do gruntu rury w kształcie litery U lub wymienniki koncentryczne składające się z dwóch rur umieszczonych jedna w drugiej. W fazie magazynowania, podgrzana w kolektorach ciecz, przepływając przez wymienniki ogrzewa grunt. W fazie odzyskiwania energii, przepływająca ciecz jest ogrzewana w wymienniku i kierowana do systemu grzewczego.
2. Gdy do dyspozycji jest warstwa przepuszczalna dla wody (piasek, żwir) wówczas można zastosować metodę iniekcyjną. Podgrzana woda jest iniekowana do warstwy wodonośnej. Przy okazji ogrzewa się przepuszczalny dla wody grunt. Energia akumuluje się zatem zarówno w ogrzanej wodzie jak i gruncie. W fazie odzyskiwania energii wystarczy odpompowywać wodę z warstwy wodonośnej i przesyłać ją do systemu grzewczego.

W obu metodach najczęściej wykorzystuje się w systemie grzewczym pompę ciepła.

Powstaje pytanie o straty energii cieplnej z takich akumulatorów. Straty te zależą w dużym stopniu od wielkości akumulatora i jego kształtu. światowe badania i wykonane instalacje demonstracyjne wskazują na możliwość odzyskania w cyklu rocznym nawet 85 % energii zakumulowane.

Projekt wykorzystania energii słonecznej w systemie grzewczym szkoły w Legionowie jest rozwiązaniem pionierskim w Polsce. Ze względu na stosunkowo dużą powierzchnię kolektorów słonecznych ( 2000 m2) stanowi właściwie ciepłownię słoneczną i prawdopodobnie będzie największą instalacją solarną w kraju w najbliższych latach. Zastosowanie gruntowego akumulatora energii cieplnej umożliwia przechowywanie energii cieplnej przez kilka miesięcy i wykorzystanie jej w sezonie grzewczym. Dzięki zastosowaniu akumulatora gruntowego zwiększa się również systemu efektywność – każdy nadmiar energii może być przechowany i spożytkowany wówczas, gdy energii słonecznej nie można wykorzystać bezpośrednio (noc, dłuższe okresy bezsłoneczne). W Polsce istnieje tylko jedna instalacja doświadczalna z magazynowaniem energii w cyklu rocznym (IMGW - Borowa Góra). System na tak dużą skalę jak projektowany w Legionowie będzie jedynym w kraju. Projekt ma również charakter demonstracyjny i edukacyjny – zastosowane rozwiązania będą mogły być powielane w innych systemach grzewczych w całej Polsce.

 Akumulacja energii w gruncie.

W praktycznych zastosowaniach energii odnawialnej najpoważniejszym problemem jest sezonowy i losowy charakter tych Źródeł energii. Wzajemne dopasowanie wydajności Źródła energii do również zmiennego zapotrzebowania na energię to właściwie jest problem efektywnego magazynowania energii. Jednym ze sposobów taniego magazynowania energii cieplnej w ilości mającej znaczenie gospodarcze są akumulatory gruntowe.

Znane są dwa podstawowe sposoby magazynowania energii cieplnej – w wodzie i w gruncie.

Pierwszy polega na wtłaczaniu do warstwy wodonośnej gorącej wody. Po pewnym czasie woda ta jest wypompowywana z warstwy wodonośnej i może być wykorzystana do ogrzewania. Sposób ten wymaga istnienia gruntu przepuszczalnego dla wody np. piasku lub żwiru.

Drugi sposób polega na ogrzewaniu gruntu za pomocą wymienników. Mogą być stosowane wymienniki koncentryczne lub typu „U”. Ogrzewanie za pomocą wymienników stosuje się przeważnie w przypadku, gdy grunt jest nieprzepuszczalny dla wody. W obu przypadkach występują straty energii cieplnej, które zależą od wielu czynników, między innymi od parametrów termodynamicznych gruntu, ale również od sposobu eksploatacji akumulatora w tym czasu przechowywania energii w akumulatorze. światowe badania i wykonane instalacje demonstracyjne wskazują na możliwość odzyskania nawet do 85 % energii w cyklu rocznym.

Do obliczeń akumulatora gruntowego przyjęto następujące parametry gruntu:

Jeżeli założyć, że w akumulatorze trzeba zgromadzić 5 GJ energii cieplnej to niezbędna objętość akumulatora dla przyrostu temperatury gruntu 30 K wynosi 72,7 tys. m3. Stąd można obliczyć wymiary akumulatora. Przy założeniu, że akumulator ma kształt prostopadłościanu o podstawie kwadratu w zależności od głębokości akumulatora bok kwadratu wynosi:

• 27,0 m przy głębokości 100 m
• 31,1 m przy głębokości 75 m
• 38,1 m przy głębokości 50 m

Maksymalna moc poboru energii cieplnej (grudzień cała doba) wynosi 280 kW, natomiast maksymalna moc zrzutu energii (lipiec tylko dzień) wynosi 1186 kW.

Większą wartość stanowi zrzut energii z kolektorów słonecznych w lipcu. Współczynnik zrzutu energii dla wymiennika można przyjąć na poziomie 10 W/m/K (przerwa nocna w zrzucie), co daje łączną długość wymienników 3950 m przy różnicy temperatur 30 K.

Przy maksymalnym poborze energii 280 kW (grudzień), współczynnik poboru energii dla wymiennika można przyjąć na poziomie 2 W/m/K (ciągła praca przez całą dobę), całkowita długość wymienników przy różnicy temperatur 20 K (ciągła praca przez całą dobę) wynosi 5930 m.

Z tych przybliżonych obliczeń można wnioskować, że dla zabezpieczenia odpowiednich parametrów poboru magazynowania energii w akumulatorze wystarczy około 6000 m wymienników. Koszt instalacji wymienników wyniesie około 600 tys. zł. (prace instalacyjne) + wartość materiałów.

Dla podniesienia efektywności systemu magazynowania (zwiększenie mocy dyspozycyjnej akumulatora) należy rozważyć posadowienie w centrum akumulatora studni pompującej ogrzaną wodę. Studnia ta spełniałaby również funkcje korygujące naturalny przepływ wody gruntowej, co zmniejszyłoby straty poziome akumulatora.

Całkowity koszt akumulatora nie powinien przekroczyć 1 mln zł.

Uściślenie rozwiązań i kosztów może nastąpić po wykonaniu projektu szczegółowego akumulatora.

Opracował: Dr inż. Andrzej WITA Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej

Komentarze (1) >>

...
Napisane przez Andrzej, luty 14, 2008

Prosze poprawić błąd w danych do obliczeń , mianowicie zapotrzebowanie na energię powinno być 5000GJ a nie 5GJ.

Write comment

Imię

Tytuł komentarza

Komentarz

Wyślij komentarz