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
- 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%
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.).
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
6136
1
13.05 2020 в 10:57
Последни коментари