04 август 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Топлофикацията на бъдещето е слънчева

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 13 май 2020 в 00:07 35381

Когато говорим за необходимостта от трансформация на енергийната система и намаляване на горенето на изкопаеми и други горива, често възниква следния въпрос: как ще се отопляваме през зимата?

Затова този материал дава пример за вид централи, които успешно използват източници на енергия като слънцето. Те се комбинират с технологии за сезонното ѝ съхранение, за да отопляват градовете, които разчитат на тях.

В началото вмъквам/е една важна скоба — има централи, които произвеждат единствено топла вода и енергия за отопление и такива, които комбинират електро и топлопроизводството. Макар че вторият вид се смятат за по-ефективни, наличието на субсидия за произведената електрическа енергия изкривява системата, какъвто е случаят и в България. По данни от Асоциацията на топлофикационните дружества в България, едва 16% от българските граждани ползват централно отопление, а цената му се поддържа изкуствено ниска чрез завишена цена на изкупуване на произведената електрическа енергия. Същевременно, 84% от гражданите не ползват комфортното централно отопление, а се отопляват самостоятелно както могат – с дърва, въглища, брикети, пелети, скъп фосилен газ, ток, климатици или комбинация. Тези 84% плащат част от цената на централното отопление на останалите 16% през цената на консумираната от тях електрическа енергия.

Проблемът се заражда още когато са строени повечето големи енергийни мощности —  през 50-70-те години на миналия век. Оттогава организацията на живот между градове и по-малки населени места в България много се е променил. В онзи период е имало смисъл от централизирана система на производството на енергия, но в момента тази нужда се появява единствено за по-големите градски центрове. За по-малките населени места, за да се постигне високо ниво на сигурност на енергийните доставки на цена, която не е непосилно висока, е много по-рентабилно да се инвестира в децентрализирани системи за производство и на електро- и на топлоенергия, къде хората са ключови играчи в този модел на работа, произвеждайки голяма част от енергията си сами.

Заедно с това трябва да се постави и въпросът дали не е по-смислено да се гарантира конкуренция на пазара и равните условия като отоплителните централи не получават преференциални цени за производство на електрическа енергия? Особено в случаи, в които единственият критерий е “етикетът” комбинирано производство, без да е оценено колко ефективно е наистина то?

Модел на премахване на субсидираната цена е приложен в Дания и работи успешно. 70% от топлината се произвежда от 50 топлофикации собственост на общините, а 30% от топлината се произвежда от 340 кооперативни сдружения. 

Общо 390 централи са с публично участие, от тях 117 са със слънчеви колектори. Много от  слънчевите отоплителни централи са дори изградени благодарение на въпросните общностни проекти.

В държави като Финландия пък местните топлофикации изследват пазарните възможности за това потребителите да се включат в мрежата на топлинната енергия. (линк)

Илюстрация: Даниела Янкова

Независимо от избрания модел за стопанисване, има няколко основни принципи на работа на соларната отоплителна централа:

  • към съществуваща топлофикационна система се добавят слънчевите топлинни колектори - за производство на топла вода;  
  • слънчевите топлинни колектори са в състояние да подгряват водата в мрежата в нужния температурен диапазон (използва се една и съща вода, който циркулира в мрежата на централата и на домакинствата);
  • Може да се увеличи броя на колекторите и към системата да се добави воден топлинен акумулатор с един или два резервоара, който да служи за съхранение на енергията, необходима за потребление в рамките на същото денонощие, в което е генерирана;

През деня допълнително количество вода се насочва от студения резервоар (синьото цилиндърче на снимката) към горещия резервоар (червеното цилиндърче на снимката), преминавайки и подгрявайки се в колекторите.

През нощта домакинствата се захранват с топлоенергия от горещия резервоар.

Илюстрация: Даниела Янкова

Резервоарът също може да е един като зареждането му с топла вода и след това “разреждането” му да стават на етапи.

Илюстрация: Даниела Янкова

Сезонни топлинни акумулатори:

  • що се отнася до студените месеци, над 90% от произведената през лятото топлоенергия се „складира“/съхранява в сезонния топлинен акумулатор;
  • при липса на достатъчно слънчево греене потребители се захранват с акумулираното количество слънчева топлоенергия;

Така отоплителната централа работи през цялата година.

Тези акумулатори могат да бъдат водни или в плътни земни слоеве със сондажни кладенци.

Водни сезонни топлинни акумулатори

Източник

  • Използват ефекта на топлинно разслояване (стратификация);
  • Циклите „зареждане“/“разреждане“ са аналогични на тези при дневните акумулатори с един резервоар;
  • Зареждането се осъществява през лятото, разреждането протича през останалите годишни сезони;
  • Предимство на водата за сезонни акумулатори – в малък обем вода се поема много топлина;  

  

  • Дъното и страничните стени се покриват с непромокаема мембрана;
  • Отгоре се покрива с “плаваща” топлоизолация;
  • Във вътрешността се разполагат устройства за равномерно извеждане и подвеждане на топлоносителя;

Възможно е и вместо голямо пространство с вода, топлоакумулаторът да представлява множество “U”-образните тръби, през които последователно преминава вода.

През лятото подгрятата със слънчева енергия вода се подава към централните части и се отвежда от периферните участъци, а през зимата – от централните части се извежда гореща вода, подава се към консуматорите, а охладената вода се връща и се подава към периферните участъци.

Пример от Дания

Топлофикационна система на Gram – с най-голям дял на слънчевото топлопроизводство в Дания: над 60%

Снимка

В градчето Gram с население 2 600 души, топлофикационното предприятие се стопанисва от местното население под формата на кооператив. Слънчевата им инсталация за отопление е с максимална топлинна мощност 31.4 MWth, за която са били необходими плоски слънчеви колектори с площ 44 836 m2. За съхранение на генерираната енергия от слънцето се използва и топлинен акумулатор в покрит воден басейн с обем 122 000 m3. Топлинният акумулатор е изграден чрез изкоп в глинеста почва, а извадената земна маса се насипва около изкопа. Изкопът е с дълбочина 10 m, насипът е височина 5 m, така общата дълбочина на басейна става 15 m. Изграждането на топлинния акумулатор е струвало 2 800 000 евро.

Слънчевата част осигурява 61% от общото годишно топлопроизводство в системата. Останалото топлопроизводство се осигурява от газов двигател, ел. котел, термопомпа и газов котел като в бъдеще се цели замяната на този изкопаем източник с друг, който има по-малко влияние върху околната среда.

Цената на произведената слънчева топлоенергия е 40 евро/MWh.

Други примери за подобни централи има в Silkeborg, Vojens, Marstal. Хелзинки пък имат централа на базата на гигантска термопомпа. В Канада е изградена слънчева отоплителна централа със подземен сезонен топлинен акумулатор, чиито създатели твърдят, че може да достигне дял на слънчевата енергия 100%.  

Наличието на добре изградени и функциониращи системи, достатъчно слънчево греене и наличие на земни площи, които се нуждаят от рекултивация след въгледобива, са само част от факторите, които осмислят инвестицията в слънчеви отоплителни централи - като се започне от въглищните райони в България.

Нещо повече, технологиите се развиват и дори с публикуването на тази статията, информацията няма да е актуална. Вече се развиват дори проекти, които комбинират производството на енергия с фотоволтаични панели и технологиите за съхранение на топлинна енергия, за да постигнат още по-ниска цена на енергията и висока ефективност на производството.

Пример от Австрия

Големият соларен Грац - най-големият проект за сезонно съхранение на енергия до момента?

Един от най-големите известни проекти за слънчева топлинна енергия се казва "Big Solar Graz" в града Грац, Австрия. Целта на проекта е да покрият 20% от бъдещите нужди за централно отопление като използват комбинация от слънчеви колектори и съхранение на топлина във вода. 

  • През есента ще използват генерираната енергия директно;
  • През зимата и пролетта необходимата температура ще се поддържа с термопомпи
  • Мощност: 232 GWh слънчева енергия (по-голямата част от нея ще бъде съхранявана);
  • Площ: 100 ха (= 1 кв. км) за 450.000 кв. м соларни колектори и 1.8 млн. Куб. м воден акумулатор за съхранение на енергията (600м x 600м x 5м или 420м x 420м x 10м).

Примери от Финландия

Въвеждането на нови технологии за производство на топлинна енергия и съхранението ѝ във Финландия е пример за това как решенията трябва да бъдат изградени изцяло въз основа на местните особености. В Хелзинки например са започнали да адаптират стари пещерни хранилища за петрол, за да ги използват като топлохранилища по подобие на топлинните акумулатори, описани по-горе. Интересното в случая е, че те използват вече съществуваща инфраструктура и я пригодяват към новите нужди за отопление на града. Тук можете да видите един такъв традиционен проект, а тук - първият по рода си в света акумулатор за вода (поне според компанията), в който морската вода, загрята от слънцето, се съхранява в стара петролна пещера, а през зимата към нея се добавя термопомпа за използване на топлината на морската вода (18 градуса).

Както виждаме, принципът е известен и работи, дори в държави с много по-студен климат от България. Това, че производството на топлинна енергия за парно от възобновяеми източници е централно, а не еднофамилно, прави инвестицията значително по-изгодна. Говорейки за мащаб, топлофикации със слънчеви панели могат да се окажат много по-изгодно решение за квартали и дори за малки градове. За Перник например съществува проект за централно отопление на слънчева енергия, който е част от внесената миналата година в общината от група местни граждани Визия за Перник. Соларните инсталации наистина са “технология на бъдещето”, което се приближава към нас все по-бързо. Както виждаме, има градове, които се отопляват по този начин тук и сега. Това е реална възможност и е крайно време да бъде взета предвид. Слънчевата топлофикация не само не замърсява въздуха, тя разчита изцяло на ресурс, който вече имаме и никой не може да ни отнеме — слънчевата енергия.

***

Още източници:

Базата данни за соларни централи Solar District Heating - уебстраница с информация за слънчева топлинна енергия, където повечето проекти използват сезонно съхранение на енергия (данните са от 2017 г.).


Препоръчани материали
WOW
Рейтинг : 3040
13.05 2020 в 10:57 1
+ 2
- 2
Това са скъпи фантазии
 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.