Total energy systems after 50 years Totalni energetski...

Total energy systems after 50 years

Totalni energetski sistemi nakon 50 godina

Em. Prof. Dr. Peter NovakHon. Mb.:IIR, REHVA, KGH, SITHOK, SLOSELife and Fellov Member ASHRAEFaculty of Mehcanical Engineering UL, UNMEnergotech d.o.o., [email protected]

P. Novak: TES 50. Me unarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4–6.12.2019đ 50th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4–6 Dec. 2019

1

mailto:[email protected]:[email protected]

Outlay Sadržaj

P. Novak: TES 50. Me unarodni đkongres i izložba o KGH, Beograd, 4–6.12.2019

50th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade, 4–6 Dec. 2019

2

IntroductionTotal energy system - TES Present developmentRole of TES in Climat ChangeConclusions

UvodTotalni energetski sistemi - TESSadašnji razvojUloga TES u klimatskim promenamaZaklju cič

TES prije 50 godina

• Prije prve svetske energijske krize predavanje na prvom seminaru KGH „Klimatizacija visokog pritiska“ 1969 godine, imalo je za cilj prikazati, kako je mogu e smanjiti potrošnju fosilnih goriva optimalnim čkoriš enjem eksergije fosilnih goriva, kod grejanja i klimatizacije.č

• Razmišljanje, kako obezbediti zgradu sa svim potrebnim energentima iz jednog primarnog izvora, bilo je u to vreme neke vrste fantazija entuziasta.

• Da je direktna upotreba fosilnih goriva za loženje eksergetski pogrešno rešenje, nije bilo opšte prihva eno, jer su u ono vreme kotlovi na mazut i ugalj ve postizali energijsku efikasnost oko č č 70%. Da je pri tome eksergetska efikasnost bila ispod 12%, nikoga nije interesiralo.

• Nakon punih 10 godina TES se primenio u Beogradu izgradnjom Sava Centra i hotela Interconti i Hayat.

• TES danas obično nazivamo trigeneracijom: eksergija fosilnih goriva koristi se u dva ili tri stepena: proizvodi se struja, toplota za grejanje, hladnoča za klimatizaciju i ostatak za pripremu sanitarne tople vode.



3

Total Energy Sistem – Totalni energijski sistem

Predloženi sistem sastoji se od:

1.Motor-generatora sa rashladnim kompresorom za pokrivanje vršnog optere enja;ć2.Absorpcionog rashladnog uredjaja3.Izmenjiva a toplote za sanitarnu čtoplu vodu4.Izmenjiva a za grejanječ5.Pomo nog kotla za pokrivanje čvršnog optere enjać

Stepen efikasnosti sistema:Energijski: < 75%Exergijski: < 50%



4

Rekuperacija toplote kod klimatizacije

Sistemi sa visokim pritiskom radili su več o ono vreme samo sa svežim primarnim vazduhom. Ušteda toplote, upotrebom rekuperacije toplote povratnog vazduha, predložena je na četiri načina:1.Upotrebom sekundarnog fluida sa dva izmenjivača i pumpom (sl.11),2.Pomoču rotacionih izmenjivača (sl.16)3.Pomoču toplotnih cevi (sl.14)4.Ventilatorom – rekuperatorom (sl.17)

P. Novak: TES 50. Me unarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4–6.12.2019 đ


Hemijski sistem klimatizacije upotrebom LiClIzdvajanje vlage iz primarnog vazduha kod klimatizacije u letnem periodu je jedan od zadataka rashladnih mašina.Pored absorpcionih uredjaja predložen je i otvoreni sistem izdvajanja vlage iz vazduha pomoču LiCl sa naknadnim adiabatskih hladjenjem (sl.18).

Sistem, zbog problema korozije u dovodnim kanalima, kasnije nije dobio širu primenu.

Toplotno opterečenje zbog prigušivača u flouroscentnim svetilkama bilo je znatno, pa se predložila indukciona svetilka sa primarnim vazduhom za njihovo hladjenje i korištenje toplote (predhodnik sadašnjih toplotnih greda)



TES za klimatizaciju zgrada sa sistemom klimatizacije visokog pritiska

Sistem se sastoji iz:1.Podsistema za pripremu struje, hladne i tople vode2.Pomočnim uredjajima: rashladni toranj, rashladni kompresor i kotao za pokrivanje vršnog opterečenja3.Sistema za klimatizaciju sa visokim pritiskom sa ugradnjenim rotacionim rekuperatorom toplote povratnog vazduha i indukcionim svetilkama i/ili indukcionim konvektorima

Ušteda exergije je bila procenjena na 50% u odnosu na klasičan sistem sa velikom prednošću vlastite proizvodnje struje za pogon opreme u zgradi.



Sadašnji razvoj TES - razloziPosle 1970 godine mnogo se promenilo u svetu i kod nas. Klimatske promene traže nova rešenja kod grejanja i klimatizacije zgrada. Zbog novih propisa bitno se menja toplotno i rashladno opterečenje u zgradama. Prelaskom na OIE menjaju se izvori struje, toplote i hladnoče.Direktiva EU o energijskoj efikasnosti zgrada traži izgradnju SBEZ - NZEB (Near Zero Emission (Energy ) Building). Postojeće zgrade će se morati energijski sanirati. Prema podacima u (www.coolheating.eu ) neto sadašnja prose na potrošnja goriva u EU iznosi, čza: -grejanje (po stanovniku u doma instvima): 17 kWh/dan,s ili ć 6 205 kWh/god,s -grejanje u doma instvima (po mć 2 površine) 155 kWh/god/m², -pripremu PTV-a po stanovniku u doma instvima: 3,2 kWh/dan,s ili ć 1 168 kWh/god,s.-grejanje pasivnih zgrada 15 kWh/god/m2, (skoro 10 puta manje)

Maksimalno toplotno opterečenje kod pasivnih zgrada kreče se oko ~10W/m2, a rashladno opterečenje ~ 7W/m2 . Ventilacija zgrade je prisilna i uključena u taj iznos.



http://www.coolheating.eu/

Zašto su TES danas aktualniji nego ikada?• U novim i energijski saniranim zgradama po pravilu ugradjeni su niskotemeperaturni

grejni sistemi (sa polaznom temperaturom vode 35 ÷ 50°C) i visokotemperaturni sistemi hladjenja (12÷16°C), što omogučava primenu OIE: sunčeve energije, geotermalne energije i biomase.

• Pošto su obnovljivi izvori energije nestacinarni, u tim sistemima nužni su akumulatori: struje, tople ili/i hladne vode.

• Medjutim za korištenja OIE u zgradama veliki su problem gradovi sa velikom gustoćom stanovništva.

• U tom slučaju, pored energetske sanacija zgrada, nama stoje na razpoloženje, za smanjenje potrebne primarne energije, toplotne pumpe za celogodišnji pogon.

• Medjutim, za toplotne pumpe potrebna je struja iz OIE, koja mora biti na razpoloženju i zimi i leti, bez obzira na vreme.

• Jedno od mogučih rešenja, koje može ispuniti ove zahtjeve, je trigeneracija sa biomasom, ili totalni energetski sistem na obnovljive izvore energije - TES na OIE.



TES na OIEKako mogu TES postati glavni nosioci prelaza sadašnjeg društva u društvo sa cirkulacijom ugljenika (ili društvo sa malo ili bez ugljenika), prikazano je na primeru jednog rešenja, koje dobiva punu podršku u Sloveniji. 1.Eksergija goriva i drvena biomasa (organski otpad) u TES-u

• Drvena biomasa u svim oblicima, danas se upotrebljava masovno za kuvanje i grijanje.• U Slovenije je to skoro 40% konačne energije u domačinstvima. • Eksergija sunca, koja je akumulirana u drvu, koristi se kod loženja sa eksergetskom efikašnošću

od 12%. • Sa temperaturom plamena od 900°C i više, mi pripremamo vodu od 90°C ili manje.• Gubitak eksergije je preko 88%.• Zbog očuvanja šuma takvo se korištenje drva mora hitno menjati.

2. Gasifikacija biomase – eksergetsko dobro rešenjeU medjuvremenu u Sloveniji je završen projekat gasifikacije drvenih sećki sa plinskim motor-

generatorom snage 50 kWe i rapoloživom toplotom 85 kWt, temperature 90°C, koja se upotrebljava za grejanje ili za pogon absorpcione dizalice toplote sa rashladnom snagom od 70 kW. Postrojenje je isprobano i nalazi se u fazi pripreme serijske proizvodnje.



Totalni energetski sistem na drvene se ke sastoji se: ć• od gasnog generatora sa svom opremom za avtomatski rad, pred-suša a drvnih se ki i ć ć

pre ista a gasač č• 8-cilindarskog plinskog motora sa generatorom izmeni ne struje 50 kW, 400V, č• izmenjiva a toplote za hladjenje motora i izduvnih gasovač• sigurnostnog izmenjiva a toplote sa ventilatorom zaq prinudno hladjenje motora, č• absorpcionog rashladnog agregata sa zatvorenim rashladnim tornjem, • cirkulacionih pumpi, akumulatora i ostalog pribora na nesmetan rad, • elektro ormara sa komandnom plo om za nadzor sistema i č• kontejnera za smeštaj sistema.



Posluživanje sistema• Sistem može biti postavljen samostalno

i radi avtomatski sa tri podjednaka kontejnera za sečke, koji se automatski povezuju sa radnim kontejnerom.

• Jedan snabdeva sistem, drugi je spreman za rad a treči se menja, kada je prazan i služi za transport.

• Kapacitet jednog kontejnera omogučuje neprekidan rad više od 10 dana.

Sistem je modularan i može se sastavljati prema potrebama.

P. Novak: TES 50. Me unarodni kongres i izložba o KGH, Beograd, 4–6.12.2019 đ 50th International HVAC&R Congress and Exhibition, Belgrade,

4–6 Dec. 2019

12

Kogeneracijski sistem sa tri transportna kontejnera za drvne se ke (19,52 x 9,34 m ili 182 m2)ć

Preimu stvo: ć TES proizvodi najviše struje u doba najhladnijih dana. U tom periodu rade sa najve om snagom i toplotne pumpe, koje znatno optere uju distribucionu mrežu. Time č čse postiže ve a ravnoteža u distribuciji, smanjuju se troškovi za njezino oja anje i č čubrzava se prelaz na OIE.

Povečavanje sistema do 500 kWePovečanje snage do 500 kWe moguće je sastavljanjem pojedinih jedinica, dok neće biti razvijen sistem od 200kWe (ukoliko se pojavi potreba).Povečanjem snage povečava se i logistika snabdevanja sa drvnim otpadom a time i njegova cena.



Efikasnost sistema• Ukupan stepen korisnog dejstva zimi je oko 86% a

leti 70%. • Kako se i otpadna toplota koristi za sušenje sećki, to

je energijska efikasnost još veča.• Korištenje exsergije sunca preko otpadne biomase se

time bitno povečava od 12% na preko 65%.

Sistem je pogodan za mikro daljinsko grejanje i hladjenje, naročito u selima i manjim gradovima, za modernizaciju škola, opštinskih zgrada itd.

Ako se na proizvedenu struju priključe TP, onda se ukupan kapacitet za grejanje povečava na 250 KW (kod ε=4).

Ulazna energija sećki od156 kWh (50 kg/h) daje nama ukupno sa TP 335 kWh toplote, što znači faktor efikasnosti koriščenja biomase od 335/156 = 2,15.



Doma i izvor goriva, energijska nezavisnost i čvelika fleksibilnost su velike koristi jednog takvog sistema.

Mikro TES za snabdevanje zgrada sa energijom bez emisije

• etverocevni sistem za grejanje i Čklimatizaciju radi u osnovu sa dva primarna cirkulaciona kruga.

• Prvi služi za rekuperaciju toplote motora i izduvnih gasova (uklju uje i pomo ni – sigurnosni č čsistem za vazdušno hladjenje motora)

• Drugi primarni krug služi za opskrbu absorpcionog rashladno uredjaja, zajedno sa zatvorenim reshladnim tornjem.

• Obadva vodena kruga povezana su sa protistrujnim izmenjiva em čtoplote.

• Absorpcioni rashladni uredjaj može da zimi radi i kao TP.



Mikro TES sa toplotnim pumpama i geosondama

• Kada se koriste TP onda možemo koristiti za izvor toplote pored vazduha i geosonde, koje obezbedjuju ravnomernije opterečenje TP.

• Struja za toplotne pumpe dolazi iz gasifikatora a potrebna toplota za dogrijavanje iz motora ili akumulatora sa pomočnim kotlom.

• Umesto geosondi mogu se koristti i solarni kolektori i slično.

• I u tom slučaju sistem može da radi nezavisno, pokrivajući i vršno opterečenje, ili u sastavu elektrodistribucije.

• Regulacija proizvodnje struje može se kretati izmedju 100% do 30% nazivne snage.



Koliko površine zgrada možemo opskrbeti sa jednim takvim sistemom?

• Energijski sanirane zgrade i nove zgrade gradjene po načelu pasivnih zgrada imaju relativno nisko maksimalno opterećenje, koje traje u prosjeku manje od 10% ukupnog vremena grejanja i hladjenja.

• U preostalom periodu možemo računati sa 90% računskog maksimalnog opterećenja. • Ako računamo sa 90% opterečenjem za grejanje od 9W/m2 (0,9x10 W/m2) kod pasivnih zgrada i

27 W/m2 (0,9x30 W/m2) toplotno saniranih zgrada, onda možemo sa jednom jedinicom gazifikatora snabjevati pasivnu zgradu od 6000 m2 površine (etažne visine 2,7 m), uključujući i 0,5 izmena vazduha na sat sa efikasnošću rekuperacije od 0,7 (kod dt = 35K).

• Snaga pomoćnog kotla iznosi ~10 kW. • U slučaju starih energijski saniranih zgrada, površina zgrade, koju možemo snabdevati energijom

je oko 2000 m2 . • To su zgrade od 60 do 20 stanova. Raspoloživa vlastita struja po stanu bila bi u prvom slučaju 20

kWh/dan a u drugom 60 kWh/dan, što je dovoljno za prosečnu porodicu i čak za punjenje električnih avtomobila. Višak struje predaje se u sistem distribucije.



Ekonomičnost sistemaEkonomika sistema zavisna je od niza faktora, medju kojima su najbitniji: investicija u opremu, vreme rada sistema, troškovi goriva (drvenih sećaka), subvencija ili zarada, kod prodaje viška struje. Ako računamo sa potrošnjom od 50 kg/h drvenih sećki kod njihove trenutne cene u Sloveniji od 55 €/t, tekuči troškovi proizvodnje iznose 2,75 €/h ili 0,0762 €/kWh za ukupnu proizvodnju struje i toplote. Kod neto cene struje 0,0573 €/kWh, cena toplote je svega 0,0189 €/kWh (2,211 RSD/kWh).• Investicija (trenutno, zbog maloserijske proizvodnje) je 250.000 €/jed•Godišjnje vreme pogona 7800 h/god (3000 za grejanje i hladjenje G+H)•Srednja neto cena struje za domaćinstva [(VT+NT)/2] u SI: 0,0573 €/kWh, bruto 0,1212€/kWh•Neto cena prirodnog gasa u SI : 0,02434 €/kWh, bruto 0,0598 €/kWhGodišnji prihodi po neto ceni po bruto ceniProizvodnja struje: 7800 x 50 x 0,0573 = 22.347 €/god 47.268 €/godProizvodnja toplote G+H: 3000 x 85 x 0,02434/0,8 = 7.758 €/god 19.061 €/godProizvodnja toplote G+H: 7800 x 85 x 0,02434/0,8 = 20.172 €/god 49.559 €/god

30.105 €/god 66.329 €/godUkupno 42.519 €/god 96.827 €/godAmortizacija (ROI) 8,3 god 3,75 god

5,9 god 2,76 godPošto se radi o 100% OIE mogu se očekivati subvencije od najmanje 30%. Uz to nastaju nova radna mesta za sakupljanje, pripremu i transport otpadne biomase.



Zaključci • TES ostaju aktualna tehnologija i danas, nakon 50 godina;• Smanjenjem toplotnih opterečenja u zgradama omogućuje se u njima šira

upotreba TES sa OIE;• Loženje drva i drvenih otpadaka, kao jedine prirodne hemijske akumulacije

sunčeve energije, je nepodobno i tehnički nije opravdano.• Korištenjem drvenih sečki u uredjajima sa gazifikacijom i trigeneracijom ukazuje

se mogučnost optimizacije upotrebe eksergije drva.• Nova tehnologija se može koristiti pre svega lokalno, čime se izbegavaju

troškovi logistike biomase.• Eksergetska efikasnost je veoma visoka i u skladu je sa održivim korištenjem

prirodnih resursa.• TES sa OIE: - podržavaju politiku izgradnje SBEZ (NZEB) i prelaz društva u eru bez fosilnih goriva.

- stvaraju veliki broj novih radnih mesta i smanjuje uvoznu zavisnost na području energetike- stabiliziraju distributivnu mrežu sa velikim učešćem TP

• TES postaju temelj oslonac za novi STRES – Sustainable Transactive Renewable Energy System.



Hvala na pažnji!Pitanja su dobrodošla!



Total energy systems after 50 years Totalni energetski sistemi nakon 50 godinaPowerPoint PresentationTES prije 50 godinaTotal Energy Sistem – Totalni energijski sistemRekuperacija toplote kod klimatizacijeHemijski sistem klimatizacije upotrebom LiClTES za klimatizaciju zgrada sa sistemom klimatizacije visokog pritiskaSadašnji razvoj TES - razloziZašto su TES danas aktualniji nego ikada?TES na OIETotalni energetski sistem na drvene sećke sastoji se: Posluživanje sistemaPovečavanje sistema do 500 kWeEfikasnost sistemaMikro TES za snabdevanje zgrada sa energijom bez emisijeMikro TES sa toplotnim pumpama i geosondamaKoliko površine zgrada možemo opskrbeti sa jednim takvim sistemom? Ekonomičnost sistemaZaključciHvala na pažnji! Pitanja su dobrodošla!

Total energy systems after 50 years Totalni energetski...

Documents

Transcript of Total energy systems after 50 years Totalni energetski...