Solární systémy a zdroje na biomasu - možnosti integrace a optimalizace
Článek se vrací k již proběhlému úspěšnému semináři - Solární systémy a zdroje na biomasu, který proběhl v rámci doprovodného programu AQ 2006. V krátkosti se vrací k předneseným tématům a tomu podstatnému, co bylo v přednáškách zmíněno.
Program semináře:
| 15,00 - 15,05 | Zahájení T. Voříšek, SEVEn |
| 15,05 - 15,20 | Dosažitelnost lokální energetické soběstačnosti Miroslav Šafařík, CZ Biom |
| 15,20 - 15,40 | Optimalizace návrhu solárních systémů Petr Kramoliš, specialista - projekce OZE |
| 15,40 - 16,00 | Maximalizace solárních zisků řádným provozem solárních soustav Jaroslav Peterka, SOLAR DYNAMICS Liberec |
| 16,00 - 16,20 | Integrace obnovitelných zdrojů do systémů vytápění budov Tomáš Matuška, ČVUT |
| 16,20 - 16,40 | Příklad systémového řešení integrace solárního systému do systému ÚT a spolupráce s doplňkovým/hlavním zdrojem tepla Luboš Brunner, BUDERUS |
| 16,40 - 17,00 | Vývojové trendy v technologii (nejen) lokálních zdrojů na biomasu Jiří Hlávka, VERNER |
| 17,00 - 17,20 | Zrcadlení nových trendů na trhu s biomasou v produkci fy PONAST Jan Pešat, PONAST |
| 17,20 - 17,40 | Řešení palivového hospodářství malých zdrojů využívajících biopaliva Zdeněk Lyčka, LING |
| 17,40 - 18,00 | Teplovodní krb jako nejúčinnější zdroj tepla pro vytápění rodinných domů Petr Měchura, AVE Bohemia |
Shrnutí semináře:
V rámci doprovodného programu letošního ročníku mezinárodního veletrhu AQUATHERM (21.11.-25. 11.2006) byl první den veletrhu uspořádán specializovaný seminář věnovaný problematice (kombinovaného) využití biomasy a solární energie s důrazem na možnosti optimalizace.
Tématické zaměření semináře bylo orientováno především na odborníky zodpovědné za návrh a posuzování technické a ekonomické efektivnosti těchto systémů (energetičtí auditoři, poradci EKIS, projektanti) a na druhé straně na zástupce orgánů státní správy a samosprávy, kteří mají na starosti programy podporující využívání obnovitelných zdrojů.
Vedle předních projektantů-specialistů, věnujících se teoretickému a praktickému návrhu těchto systémů, na semináři dále vystoupili i zástupci hlavních tuzemských výrobců a dodavatelů těchto systémů a jejich hlavních komponent.
Cílem bylo představit zásady "dobré praxe", jež by pak bylo vhodné a žádoucí aplikovat u dalších instalací v budoucnu, a nastínit, jak v rámci stávajících i možných podpůrných instrumentů k nim do budoucna i motivovat.
Úvod semináře však začal v obecnější rovině - na pozvání organizátorů se úvodního příspěvku ujal M. Šafařík, předseda sdružení CZ Biom, které u nás patří asi k nejhlasitějším obhájcům využívání obnovitelných zdrojů v souladu s principy trvale udržitelného rozvoje.
Sdružení před časem započalo s relativně novátorskou iniciativou ESO. Za touto zkratkou se skrývá idea energeticky soběstačné obce.
Že tato možnost nemusí být utopií demonstroval na příkladu hned několika obcí v Severočeském kraji, u kterých kombinací úspor energie (zejména při vytápění budov jejich řádným zateplením) a využitím místních zdrojů obnovitelného původu je možné do budoucna zásadně snížit jejich současnou závislost na externích dodávkách energie. Bude zajímavé sledovat, zda se tuto výzvu podaří u nás v dohledné době v nějaké obci či regionu uskutečnit.
Poté již byla vystoupení plně v duchu zvolené problematiky. První příspěvek k tématu optimalizace návrhu solárních soustav přednesl uznávaný odborník na projekci solárních systémů Petr Kramoliš.
Optimalizace solárního systému je v prvé řadě o hledání (ekonomického) kompromisu mezi velikostí soustavy (a dimenzování dílčích komponent) a požadavkem solárního pokrytí.
Dimenzování soustavy na menší solární pokrytí umožňuje dosáhnout vyššího využití a naopak, velký systém generuje velké absolutní zisky, ale má pak menší využitelnost.
Neúprosné ekonomické faktory však zpravidla od systémů vyžadují dosahovat měrný solární zisk - jenž bude dále využit - právě co nejvyšší.
Pak nastupuje potřeba optimalizace dílčích komponent - vhodné dimenzování kolektorového pole vůči zásobníku (a naopak), správná pracovní teplota systému, účinný typ výměníku, kolektoru i akumulační nádoby. A tak platí, že měrný zisk soustavy stoupá se snižujícím se solárním pokrytím, kvalitnějším kolektorem (s lepšími izolačními schopnostmi), stanovištěm s vyšší sluneční intenzitou, nižší pracovní teplotou soustavy, větším akumulátorem, schopným stratifikace. Protiváhou tomu jsou však vynaložené investice.
Vystoupení pana Kramoliše bylo současně atraktivní upoutávkou na připravovaný český překlad knihy "Große Solaranlagen" od německého autora K.-H. Remmerse, jež se možnostmi optimalizace solárních soustav detailně věnuje.
Že nejen návrh, ale i způsob provozu může do značné míry pozitivně i negativně ovlivnit výši solárních zisků pak popisem a doprovodnými fotografiemi desítek dobrých i špatných příkladů instalací solárních systémů dokumentoval Ing. Peterka, dlouholetý propagátor solární energetiky a redaktor časopisu Alternativní energie.
Způsoby integrace zdrojů využívajících obnovitelné zdroje energie do energetického zásobování budovy pak byl tématem prezentace Ing. Matušky z Ústavu techniky prostředí, ČVUT v Praze.
Ve svém příspěvku uvedl hlavní zásady integrace s ohledem na daný druh zdroje vytápění (kotlů na biomasu, solárních systémů, tepelných čerpadel). Jako nejdůležitější přitom vidí nutnost pečlivého dimenzování výkonu zdroje tepla s ohledem na reálné potřeby.
U solárních systémů se nesprávné zohlednění tohoto kritéria projeví vysokou dobou stagnace, u kotlů na kusové dřevo pak nízkou účinností výroby tepla (s následnými vyššími emisemi).
Prostředkem, jak v případě hůře výkonově regulovatelných zdrojů (kotle na tuhá paliva bez automatického přikládání, také ale tepelná čerpadla) tuto disproporci překlenout, je instalace akumulační nádoby, jež výkonové rozdíly mezi instalovaným výkonem zdroje a aktuální potřebou tepla je schopna efektivně eliminovat.
Problematika integrace má však častokrát i aspekt architektonický (zejména v případě solárních systémů bývá tento faktor i rozhodujícím) a konstrukční (obnovitelný zdroj energie nebo jeho část tvoří součást konstrukce budovy).
Problém integrace zařízení pro využití obnovitelných zdrojů energie do struktury budov se proto s ohledem na aktuálnost stal i předmětem projektu VaV-SN-3-173-05.
Graf č. 1 - Srovnání účinnosti kotle na palivové dřevo a pelety
v celém rozsahu regulačního výkonu (Zdroj: Matuška ČVUT)
Příklad vzorového řešení integrace solárního systému do systému ÚT a spolupráce s dopňkovým/hlavním zdrojem tepla pak demonstroval Ing. Brunner ze společnosti Buderus.
Jeho jádrem je pokročilá regulace chodu solárního systému prostřednictvím solárního modulu, jenž současně spolupracuje s digitální kotlovou regulací, spolu s využitím (termosifonového) akumulačního zásobníku schopného stratifikace.
Solární modul průběžně sleduje teplotní diferenci mezi teplotou v/na kolektorové ploše a teplotními čidly v dolní a střední části akumulátoru a tomu přizpůsobuje rychlost průtoku teplonosného média v systému.
Objemovou regulací průtoku tak urychluje disponibilitu tepla o vyšší teplotě ze sluneční energie než u standardního řešení a současně i zvyšuje využitelnost solárních zisků a snižuje potřebu (uvádění do chodu) doplňkového zdroje tepla.
Graf č. 2 - Porovnání rychlosti a způsobu nabití bivalentního a termosifonového
zásobníku umožňujícího stratifikaci (Zdroj: Buderus).
Druhá část semináře se pak více zaměřila na malé spalovací zdroje na biomasu. Přednášky zástupců firem Verner a Ponast doložily aktuální trendy, které dnes tuzemští výrobci na domácím trhu sledují.
Nepochybně nejsilnější je rostoucí orientace trhu (zákazníků i dodavatelů) na energetické využití alternativních bio-paliv, jako je obilí, kukuřice a granulované odpady po čištění obilí. Zejména u těchto alternativních pelet, vyráběných z odpadů rostlinných pletiv, je s ohledem na velké objemy této odpadní suroviny a nízké výrobní náklady velký potenciál rozvoje - údajně by využití celé současné produkce jako paliva postačovalo pro 100 tis. kotlů.
S ohledem na specifické vlastnosti těchto bio-paliv je však doporučeno ověřit možnost jejich spalování v daném zdroji u výrobce.
Graf č. 3 - Srovnání výhřevnosti různých alternativních bio-paliv v kWh/kg
(Zdroj: VERNER)
Charakteristická sypnost těchto paliv pak umožňuje proces přikládání do topeniště zautomatizovat - jako velmi efektivní se přitom jeví pneumatický způsob dopravy paliva ze zásobníku, jak demonstroval Ing. Lyčka ze společnosti LING. Tento systém je oproti šnekovým dopravníkům mnohem méně energeticky náročný a umožňuje umístit zásobník paliva i do větších vzdáleností od kotle, a to i do jiného podlaží.
Závěr semináře pak přinesl asi nejožehavější téma - otázku skutečné energetické účinnosti velké části současného kotelního fondu na tuhá paliva využívaného dnes v lokálních systémech vytápění v sektoru domácností.
Stále se snižující energetická náročnost stávajících i nových staveb zvýrazňuje výkonovou disproporci mezi zdroji tepla na tuhá paliva a reálnými potřebami. Minimální hranice výkonového rozsahu kotlů na tuhá paliva - a to i na pelety - dnes začíná na úrovni 10-12 kW, tedy obvyklé tepelné ztráty současných novostaveb běžné velikosti (100-150 m2).
Jelikož je však skutečná tepelná ztráta objektu po většinu topné sezóny jen cca poloviční, zdroj velkou část sezóny pak pracuje významně mimo své výkonové optimum - se všemi negativními dopady na účinnost a emise.
Tento problém před nedávnem otevřel svým článkem Judr. Ing. Měchura, který přišel s vlastním řešením - svůj vylepšený krb osazený teplovodní vložkou a spalinovými výměníky zapojil do systému ÚT, jehož srdcem je akumulační nádoba.
A právě v (masovém) rozšíření akumulačních nádob lze do budoucna spatřovat klíč k významnému zlepšení situace u decentralizovaných způsobů vytápění obytné zástavby využívajících dnes výkonově předimenzovaná topidla. Nejen, že by zásadně snížilo (s)potřebu paliv a množství produkovaných emisí škodlivin, ale pokud by byla akumulační nádoba koncipována jako multivalentní, bylo by pak možné v budoucnu lehce do systému připojit další zdroje tepla, a to včetně solárního systému, u nějž by pak výše investice byla významně nižší (díky možnosti využít již existujícího akumulátoru tepla).
Takovéto řešení je proto potřeba nejen důsledně propagovat a v praxi uplatňovat, ale i k němu podpůrnými mechanismy do budoucna motivovat - např. aby žadatel o dotaci odborným posudkem prokázal, že zdroj bude při svém provozu dosahovat průměrnou roční účinnost minimálně 80 %.
Seminář byl organizován společností SEVEn, o.p.s., jako hlavní informačně-vzdělávací aktivita evropského projektu ACCESS, jehož se SEVEn za ČR účastní. Uspořádání semináře finančně podpořila Česká energetická agentura a Evropská komise prostřednictvím programu DG TREN "Intelligent Energy Europe".
Přednášky v PDF ke stažení:
- Přednáška Šafařík (PDF; 7555 kB)
- Přednáška Kramoliš (PDF; 18035 kB)
- Přednáška Matuška (ČVUT) (PDF; 4512 kB)
- Přednáška Hlávka (VERNER) (PDF; 10822 kB)
- Přednáška Pešat (PONAST) (PDF; 5234 kB)
- Přednáška Lyčka (LING) (PDF; 523 kB)
- Přednáška Měchura (AVE BOHEMIA) (PDF; 252 kB)
- Přednáška Brunner (BUDERUS) (PDF; 3012 kB)
- Přednáška Peterka (SOLAR DYNAMICS) (PDF; 43,7 kB)
- Foto Peterka (SOLAR DYNAMICS) (PDF; 18,0 MB)
Podpora a rozvoj využívání úspor energie: poradenská činnost propojuje technické znalosti možností hospodárného využívání energie s jejich ekonomickou analýzou, celkovým hodnocením včetně dopadů na životní prostředí, návrhy optimálního způsobu financování ...