Jaki magazyn energii?
Magazyn to zapas energii, z którego chcemy bądź wręcz musimy później skorzystać. Wyzwaniem jest zakumulowanie energii pozyskanej w lecie, kiedy mamy jej nadmiar, a wykorzystanie w zimie, kiedy jest deficyt. Pomysły są różne, na przykład magazyny energii elektrycznej, a więc akumulatory, pompy ciepła rozgrzewające obiekty o znacznej masie np. grunt znajdujący się pod budynkiem. Poza wykorzystaniem wirtualnego magazynu w sieci elektroenergetycznej, który wydawał się najbardziej oczywisty i do niedawna całkiem dostępny, nie ma łatwej możliwości magazynowania energii przez czas dłuższy niż kilka dni czy tygodni, a o pół roku można w ogóle zapomnieć.
Energia elektryczna
Potrzeba magazynowania stała się z racji konfliktu i rosyjskiej agresywnej polityki tematem bardzo na czasie. Kryzys energetyczny podkreślił też nowe definicje, o których wcześniej nikt nawet nie rozmawiał. Oprócz magazynu ciepła lub energii, jest także autokonsumpcja, czyli maksymalizacja zużycia, bez oddawania jej do sieci. Warto w tym miejscu zaznaczyć, że sieć elektro-energetyczna jako taka nie jest prawdziwym magazynem.
Jak sprawdzić opłacalność inwestycji w nowoczesną technologię grzewczą? ; Analizy przedprojektowe efektywności energetycznej?
Właśnie w kierunku ograniczenia jej wykorzystanie, czyli zwrotu do sieci, poszły zmiany w polskim prawie, które weszły w życie z początkiem kwietnia 2022 roku tj. zastąpienie net-metteringu przez net-billing. Chodzi o rozliczanie nadprodukcji energii na przykład z instalacji fotowoltaicznych. W tym pierwszym była możliwość wysyłania do wirtualnego magazynu w sieci, a później otrzymania z powrotem na przykład 70% (80% dla osób prywatnych) energii wyprodukowanej przez prosumenta. W drugim rozliczenie sprzedaży, a później zakupu, odbędzie się po różnych cenach. Poza wykorzystaniem wirtualnego magazynu w sieci elektroenergetycznej, który wydawał się najbardziej oczywisty, magazyny energii elektrycznej, a więc akumulatory umożliwiają magazynowanie na krótko, rzędu kilka dni czy tygodni.
Ciepło
Tutaj mówimy o pozyskaniu oraz zmagazynowaniu ciepła, z myślą o późniejszym wykorzystaniu. Interesującą opcją jest zawsze pozyskanie go z najwyższą możliwą sprawnością. Szczególnym przykładem takiego schematu będzie układ pomp ciepła, pracujący i ładujący bufor w ciągu ciepłego okresu dnia, a przekazujący energię do obiektu w czasie zimnej nocy.
Schemat ideowy takiego rozwiązania znajdziesz poniżej. Jak łatwo zauważysz, opiera się on na wykorzystaniu więcej niż jednej pompy ciepła, do piętrzenia temperatury oraz magazynowaniu go w zbiorniku akumulacyjnym. Układ zaczyna skutecznie działać, gdy pojemność takiego magazynu jest wystarczająco duża w odniesieniu do dobowego zapotrzebowania obiektu na ciepło. Dla przykładu zbiornik o pojemności 4m³ pozwoli zmagazynować około 100kWh energii.
Korzyść bierze się z podwyższonej sprawności pomp ciepła, które pobiorą energię z dolnego źródła, na przykład powietrza, w najlepszych, dostępnych aktualnie warunkach. Dodatkową zaletą jest także obecność samego bufora, która tworzy możliwość kierowania do niego i magazynowania, ciepła odpadowego pochodzącego również z innych procesów, które aktualnie pracują w obiekcie. Jak zawsze, cała sztuka polega na tym, aby zawracać i korzystać wielokrotnie z ciepła i energii, płacąc za nią tylko raz.
Dobowy magazyn ciepła i energii. Pozwala korzystać z tańszego źródła lub magazynować nadmiar ciepła pochodzący z odzysku, do wykorzystania np. w nocy.
Nie mniej ciekawym zagadnieniem jest magazynowanie ciepła w długim okresie czasu poprzez zakumulowanie energii pozyskanej na przykład w lecie, kiedy mamy jej nadmiar, a wykorzystanie w zimie, kiedy jest deficyt. Pomysły są różne, na przykład pompy ciepła rozgrzewające obiekty o znacznej masie np. grunt znajdujący się pod budynkiem.
Bilansowanie
Odpowiedź moim zdaniem leży jednak gdzie indziej, a mianowicie w efektywnym projektowaniu zasobów i gospodarowaniu nimi. Jak powtarzał Ginter Schlagowski, którego miałem przyjemność i zaszczyt poznać i od którego wiele się nauczyłem, „ciepła do ogrzewania [w budynku pasywnym – bo o tym rozmawialiśmy] potrzeba tak mało, że nawet nie opłaca się go mierzyć”. Wiedział, o czym mówi, bo poświęcił znaczną część życia na zgłębianiu możliwości podniesienia efektywności energetycznej, ze szczególnym uwzględnieniem budynków.
Chcesz wiedzieć więcej?:
W ostatnim okresie zajmowaliśmy się projektem odzyskania ciepła z pracy urządzeń klimatyzacyjnych, potocznie zwanych chillerami. To zespoły, które dostarczają chłodną wodę, kosztem energii elektrycznej, wyrzucając z siebie spore ilości ciepłego powietrza. To z kolei tworzy okazję do ujar
zmienia traconego strumienia energii i zawrócenia go do ponownego wykorzystania w obiekcie.
Oczywiście, z ciepła odpadowego warto korzystać wyłącznie wtedy, gdy temperatury na zewnątrz są niskie, ale to nie jedyne kryterium. Bowiem na halach produkcyjnych często występuje podciśnienie, które jest powodowane pracą działającej tam wentylacji wywiewnej. Takie połączenie tworzy wymarzoną wręcz okazję do podniesienia efektywności energetycznej obiektu, czyli odzyskania np. 120MWh ciepła z chillerów z jednoczesną kompensacją podciśnienia w hali produkcyjnej.
Kiedy odzysk ciepła z obiektów i procesów technicznych, a kiedy magazynowanie ciepła?
Łatwiej to oczywiście powiedzieć niż zrobić, bowiem na drodze do sukcesu w takim przedsięwzięciu stają różnorodne przeszkody, natury czysto technicznej. Co bowiem zrobić w odzyskiem ciepła w lecie? Jak zapobiegać wykropleniu wilgoci w kanałach? Czy podciśnienie nie zaszkodzi chillerom?
Co jednak jest najważniejsze przy tego rodzaju projekcie? Otóż czas zwrotu inwestycji w taki odzysk ciepła, w rzeczywistych warunkach tego zakładu przemysłowego, to zaledwie 6 miesięcy, a oczekiwany okres funkcjonowania nowej instalacji będzie bardzo długi, praktycznie nieograniczony. Oczywiście wynik poprawy efektywności energetycznej będzie już wkrótce widoczny w EnobCRM.
Odpowiedź na to pytanie sugerujemy zacząć od odwołania się do tabeli przedstawiającej zużycia ciepła i energii w różnego rodzaju obiektach w zależności od okresu ich budowy. Tabela (link poniżej), wraz z instrukcją korzystania można pobrać na przykład podczas zapisywania się do newslettera Enob.eu
Wyniki, dla różnych budynków, wraz z komentarzem odnośnie sposobu korzystania, w formacie PDF lub XLSX?
Kilka słów komentarza odnośnie zawartości tabeli, ze szczególnym naciskiem i odniesieniem do budynków użytkowych, komercyjnych oraz biur należałoby rozpocząć od rozróżnienia pomiędzy energią użytkową a końcową.
Mając powyższe za sobą, zauważamy w pierwszej kolejności trend związany z rosnącą potrzebą chłodzenia budynków, który ze szczególną intensywnością dotyczy właśnie biur. Wynika to z tego, że praca w nich, o ile pracownicy biurowi zdecydują się do nich przyjść zamiast pracy zdalnej, oczywiście, odbywa się zwykle w godzinach, które pokrywają się z maksymalnymi zyskami od słońca, w więc tuż przed i po południu. Tak więc o ile mniej ciepła potrzebujemy do ich ogrzania, o czym jeszcze za chwilę, o tyle energia potrzebna do ich chłodzenia weźmie górę nad ogrzaniem. Oczywiście dla porządku dodamy od razu, że budynki pasywne czy zeroenergetyczne mają tak dalece posunięte ograniczenie strat ciepła przez przegrody, że oświetlenie zużywa w nich jej więcej niż ogrzewanie i chłodzenie razem wzięte!
Inną ważną zmianą, o której właściwie nie da się zapomnieć, gdyż jest o tym głośno w każdym medium jest ogólny trend odchodzenia od paliw kopalnych. Głównym „narzędziem” do uzyskania redukcji ich zużycia są każdego rodzaju pompy ciepła. Co widać, to przy ich zastosowaniu spada 2-3 krotnie ilość potrzebnej energii końcowej, przy tej samej ilości energii użytkowej. Może nie brzmi to jakoś przesadnie euforycznie, ale jest to decydująca zmiana z punktu widzenia chociażby polityków, ale również lokalnego środowiska naturalnego. Dla porządku zauważmy, że dla użytkownika ta zmiana może być mniej czytelna, bo osadzona w twardych ekonomicznych realiach polityki cen energii, o czym piszemy w części dotyczącej wyboru źródeł ciepła.
Jaka będzie optymalna ścieżka postępowania, gdy chodzi o obniżenie zapotrzebowania na ciepło i energię dla Nowego Budynku?
Nie mniej ciekawym zjawiskiem jest zmiana w ogólnym zapotrzebowania na ciepło w odniesieniu do potrzeby ogrzewania i wentylacji w budynkach. Na przykładzie tego rodzaju obiektów widać spadek z 36 kWh/m2/rok w budynkach niskoenergetycznych w pobliże 4 kWh/m2/rok w budynkach zeroenergetycznych, a więc o około 90%. Wynika z tego, że dalsza redukcja w tym obszarze właściwie nie będzie możliwa. A to prowadzi do następnego spostrzeżenia odnośnie obiektów o radykalnie ograniczonym zużyciu energii, że ich bilans energetyczny będzie zerowy, albo wręcz dodatni, czyli będą przekazywać jej do sieci więcej, niż pobierają.
Ujmiemy to następująco, w ramach ograniczenia zużycia energii, z niektórych jego składowych nie sposób zrezygnować na przykład podgrzewania ciepłej wody. Fizycznie nie jest również możliwe zejście z zapotrzebowaniem np. energii na ogrzewanie poniżej zera. Jednak, stosowanie technologii, które dodają do układu więcej ciepła lub energii niż kosztuje ich praca (odbywa się to oczywiście kosztem jej doprowadzenia z zewnątrz np. pompa ciepła z powietrza albo fotowoltaika z promieniowania słonecznego) powoduje, że będziemy mieć do czynienia z budynkami biurowymi, które nie tylko bilansują własne potrzeby, ale również oddają energię do sieci. Tym samym poprawiają słupki w prezentacjach polityków, czyli osób, które decydują o ekonomicznych przesłankach, czyli dalszej ekonomicznej opłacalności tego zjawiska.
Oszczędność, a szerzej korzystanie z energii krąży, w okuł kilku składowych tego tematu. Są nimi takie elementy jak kupowanie np. gazu lub własna produkcja energii elektrycznej (z instalacji fotowoltaicznej), jest potrzeba jej zmagazynowania i ostatecznie jest sposób, w jaki ją zużywamy. Wszystkie one zależą tak naprawdę od znalezienia odpowiedzi na najważniejsze pytanie, a mianowicie ile ciepła, energii jest nam naprawdę potrzebne?
Niemarnowanie ciepła
Z gorących przykładów redukcji zużycia, a konkretniej niemarnowania energii, jest wykorzystanie ciepła z miejsc, w których mamy go w nadmiarze, przy pomocy pomp ciepła. To rozwiązanie połączone z możliwością krótkoterminowego magazynowania znacznych ilości energii pozwala chłodzić i grzać jednocześnie. Dzieje się tak, ponieważ woda ma dużą pojemność cieplną (znacznie większą niż materiały budowlane, a nawet żelazo). Takie wykorzystanie nie marnuje energii, tylko ją przemieszcza pomiędzy konkretnymi strefami w budynku. Dlaczego to jest takie ważne? Ponieważ w klasycznym rozwiązaniu grzano i chłodzono, zużywając energię na każde z osobna.
System energetycznego wczesnego ostrzegania. Długofalowa weryfikacja nastawiona na trwałe obniżanie zużycia, a co za tym idzie kosztu użytkowania obiektów?
Prosto czyli lepiej
Można roboczo założyć, że każdy stopień obniżenia temperatury w pomieszczeniach w zimie, albo podwyższenia w lecie, przekłada się na 3% do 5% mniejsze zużycie energii. Arcyciekawym spostrzeżeniem jest kapitalna obserwacja amerykańskiego guru od efektywności energetycznej, profesora Amory Lovinsa. Wskazał on, że poprawne ułożenie i większe średnice przewodów, którymi prowadzi się ciepło, chłód oraz powietrze w budynku, stwarzają możliwość ograniczenia kosztu ich pompowania nawet o 97%. Oczywiście to nie koniec, bo żeby uświadomić sobie w pełni potencjał tylko tej jednej możliwości oszczędzenia, to jak dodaje profesor, wykonanie tego na skalę światową ograniczyłoby zużycie prądu o 20%. To z kolei wyłączyłoby z dnia na dzień połowę wszystkich elektrowni opalanych węglem na całym świecie.
Jak trwale obniżyć koszty, czyli zasada kija
W skali pojedynczego obiektu, chociaż nie tylko tam, obowiązuje zasada, którą roboczo określamy „zasadą kija”. Otóż kij, jak to kij, każdy ma dwa końce. Tak, faktycznie, może być też „proca”, ale w tym przykładzie pozostajemy przy modelu uproszczonym, a więc niech ten kij ma dwa, a nie na przykład trzy końce. Zakładamy zatem i to jest kluczowe, że na jednym końcu znajduje się cena za energię, czyli to ile trzeba zapłacić za każdą kWh. Cenę podyktuje rynek, operator systemu energetycznego, każdy tylko nie Użytkownik. Na drugim natomiast jest coś, na co mamy realny wpływ. Znajduje się tam bowiem jej zużycie, czyli konkretna ilość, tyle ile jej potrzeba – czasem mniej, a czasem więcej. Tutaj dochodzimy do meritum, którym jest zawsze aktualna zasada, że najtańsze jest to, czego nie musimy kupić. Tak więc w odniesieniu do energii będą to działania wpływające na trwałe obniżanie zapotrzebowania na energię obiektów, czyli wszystko, co przybliża do na przykład budynku pasywnego. Najkorzystniej będzie oczywiście oddziaływać na oba końce tego kija jednocześnie, czyli kupować tanio oraz mało. Wtedy wartość będzie zawsze najniższa. W realnym świecie nie mamy zwykle takiego komfortu. Pozostaje zatem drugie najkorzystniejsze działanie, czyli redukować zapotrzebowanie na energię, tak aby nawet przy wysokich cenach rachunek pozostał trwale niewielki. Reasumując, najkorzystniejszą inwestycją w dobie niepewności i drożejącej energii będzie zawsze inwestycja w jej niezużywanie.