Współpraca pomp ciepła z turbinami wiatrowymi i panelami fotowoltaicznymi – aspekty energetyczne i ekonomiczne

Cooperation of heat pumps with wind turbines and photovoltaic cells – energy and economic aspects
Jesienią i zimą, kiedy możliwości wykorzystania energii słonecznej znacznie się zmniejszają, turbiny wiatrowe, ze względu na zwykle występującą w tym czasie wietrzną pogodę, wytwarzają znacznie więcej energii elektrycznej niż ogniwa fotowoltaiczne.
Jesienią i zimą, kiedy możliwości wykorzystania energii słonecznej znacznie się zmniejszają, turbiny wiatrowe, ze względu na zwykle występującą w tym czasie wietrzną pogodę, wytwarzają znacznie więcej energii elektrycznej niż ogniwa fotowoltaiczne.
Rys. redakcja RI

Współpraca pomp ciepła powietrze/woda z odnawialnymi źródłami energii wiatrowej i słonecznej pozwala znacznie ograniczyć koszty eksploatacji budynku związane z ogrzewaniem i przygotowaniem ciepłej wody. Jednak konieczność spełnienia wymagań prawnych w zakresie wykorzystania energii odnawialnej przez nowe budynki nie zawsze idzie w parze z efektami ekonomicznymi, tj. z kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi.

Dostępność energii wiatru oraz promieniowania słonecznego w Polsce jest zmienna [1]. Zależy od miejsca jej pozyskiwania w danym regionie Polski, od aktualnej pory roku, dnia i godziny. Badania i analizy [2, 3] pokazują, że aby osiągnąć wymagane przepisami niskie wartości zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do przygotowania ciepłej wody i ogrzewania budynku mieszkalnego, konieczne jest wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, zwłaszcza takich jak energia słoneczna i wiatrowa.

W artykule:

• O korzyściach ekonomicznych wynikających ze współpracy pomp ciepła powietrze/woda z odnawialnymi źródłami energii wiatrowej i słonecznej
• Wyniki analizy lokalizacji odnawialnych źródeł energii w wybranych regionach Polski
• Zapotrzebowanie na energię elektryczną do napędu pompy ciepła
• Pokrycie przez OZE zapotrzebowania na energię elektryczną dla pompy ciepła

Połączenie w jednym budynku instalacji wykorzystujących obydwa te rodzaje OZE zapewnia korzyści wynikające z ich wzajemnej komplementarności.

Jesienią i zimą, kiedy możliwości wykorzystania energii słonecznej znacznie się zmniejszają, turbiny wiatrowe, ze względu na zwykle występującą w tym czasie wietrzną pogodę, wytwarzają znacznie więcej energii elektrycznej niż ogniwa fotowoltaiczne.

Sytuacja zmienia się w miesiącach letnich, kiedy ogniwa generują o wiele więcej energii ze względu na dłuższy dzień i dużo większe natężenie promieniowania słonecznego.

Wykorzystanie turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu oraz ogniw fotowoltaicznych znajduje zastosowanie w budownictwie o niskim zapotrzebowaniu na energię.

Istotą takiego budownictwa [4, 5] są rozwiązania charakteryzujące się znacznym zakresem redukcji potrzeb energetycznych, pokrywanych głównie z wykorzystaniem energii odnawialnej. Dotyczy to zarówno biernego, jak i aktywnego sposobu ich wykorzystania.

Głównym celem budownictwa o niskim zapotrzebowaniu na energię jest osiągnięcie znacznego ograniczenia zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną, niezbędną do pokrywania potrzeb tych budynków związanych przede wszystkim z ogrzewaniem, wentylacją i przygotowaniem ciepłej wody użytkowej.

Prąd elektryczny wytworzony dzięki współpracy turbin wiatrowych i ogniw fotowoltaicznych może w znacznym stopniu pokryć zapotrzebowanie na energię elektryczną niezbędną do napędu sprężarkowej pompy ciepła [6], stanowiącej jedyne źródło zaopatrujące budynek w ciepło. Zastosowanie w takim układzie systemu opartego na sprężarkowej pompie ciepła [7, 8], napędzanej głównie energią elektryczną z odnawialnych źródeł energii, przyczynia się do zmniejszenia zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną i umożliwia osiągnięcie wymaganej niskiej wartości jednostkowego wskaźnika EPH+W, zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody.

Rys. 1. Lokalizacja wybranych miast, dla których przeprowadzono analizę [źródło: PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego]
Rys. 1. Lokalizacja wybranych miast, dla których przeprowadzono analizę [źródło: PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego]
Tabela 1. Założenia do analizy i symulacji
Tabela 1. Założenia do analizy i symulacji
Rys. 2. Moc turbiny wiatrowej (5 kW) w zależności od prędkości wiatru [źródło: http://blitzmann.com/turbiny-wiatrowe, dane techniczne i katalogi (dostęp 1.06.2017)]
Rys. 2. Moc turbiny wiatrowej (5 kW) w zależności od prędkości wiatru [źródło: http://blitzmann.com/turbiny-wiatrowe, dane techniczne i katalogi (dostęp 1.06.2017)]

Zgodnie z Warunkami Technicznym 2017 [9] wskaźnik EPH+W dla budynków wielorodzinnych osiąga wartość graniczną wynoszącą 85 kWh/(m2 rok). Natomiast współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej dla zasilania z sieci elektroenergetycznej wynosi 3,0 [9], wpływając niekorzystnie na ostateczny wynik EPH+W.

Współpraca instalacji korzystających z odnawialnych źródeł energii wiatrowej i słonecznej z pompą ciepła czerpiącą także z zasobów energii odnawialnej pozwala na znaczne ograniczenie kosztów eksploatacji budynku związanych z ogrzewaniem i przygotowaniem ciepłej wody oraz zmniejszenie wartości jednostkowego wskaźnika EPH+W przy zachowaniu ekonomicznej opłacalności, w odniesieniu do początkowych nakładów na takie rozwiązanie oraz dbałości o nasze środowisko.

Celem badań opisanych w artykule było przeprowadzenie analiz statycznych, w warunkach ustalonych (na podstawie skryptu obliczeniowego przygotowanego w programie MATLAB), poszczególnych wariantów doboru turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu i wielkości ogniw fotowoltaicznych zasilających sprężarkową pompę ciepła dla niskoenergetycznych budynków mieszkalnych zlokalizowanych w wybranych regionach Polski (rys. 1).

Analizy dotyczyły przede wszystkim oceny wpływu dobranych instalacji wiatrowych i fotowoltaicznych na jakość energetyczną budynku, uwzględniały także aspekty ekonomiczne związane z wybranymi instalacjami.

Założono, że w wyniku zastosowania właściwie dobranych wydajności źródeł korzystających z energii odnawialnej osiągnięte zostaną korzystne efekty w postaci wysokiej jakości energetycznej budynku oraz że taki dobór pozwoli na pokrycie w znacznym zakresie zapotrzebowania pompy na energię elektryczną przy zachowaniu korzystnej efektywności ekonomicznej rozwiązania.

Założenia do analizy

W celu przeprowadzenia analizy niezbędne było przyjęcie kilku założeń zestawionych w tab. 1. Moc dostarczana przez siłownię wiatrową zależy od prędkości wiatru (rys. 2) dla turbiny o pionowej osi obrotu [11] i mocy nominalnej 5 kW osiąganej przy prędkości 12 m/s.

Czytaj też: Czynniki robocze dolnych źródeł gruntowych pomp ciepła >>>

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
   30.11.2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Jak uzyskać do 5000 zł za polecenie instalacji na gaz »

ogrzewanie na gaz


 

Który grzejnik wybrać? Aluminiowy czy stalowy »

grzejniki aluminiowe czy stalowe


 


Zaprojektuj niezawodne instalacje w budynku »

Czy wiesz, jakich błędów unikać przy instalacji? »

zawory antyskażeniowe
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


 Jak zapewnić skuteczny monitoring parametrów środowiskowych w pomieszczeniach medycznych »

izolacje w instalacji


 


Czy bezdotykowy design stanie się standardem? »

Jak zminimalizować stratę energii w układach wentylacyjnych »
armatura bezdotykowa
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Skróć czas montażu i uruchomienia układu mieszającego nawet o 50% »

uklad mieszający projektowanie



Jak zadbać o higienę w miejscach publicznych »

Na której platformie znajdziesz niezbędne narzędzia dla instalatora »
 
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Co zrobić kiedy nie możesz pozbyć się wody z wycieku »

wyciek z rury


 


Jaki wybrać płyn do instalcji w przemyśle spożywczym »

Od czego zacząć, gdy chcesz zabezpieczyć hale przemysłowe przed pożarem »
panele fotowoltaiczne ochrona przed pożarem
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jak zabezpieczyć dylatację przed pożarem »

dyletacja

 



Do 77% oszczędności na zużyciu energii »

Z poradnika hydraulika - gdzie kupisz sprawdzony sprzęt »

cichy oszczedny klimatyzator hydraulik
jestem na bieżąco » korzystam z wiedzy »

 


Jakich elemntów potrzebujesz do projektu fotowoltaicznego »

alternatywne zrodla energii


 


Które pompy ściekowe mogą być stosowane na dużej głębokości » Upały dają się we znaki! Co lepsze? Centrala wentylacyjna czy rooftop? »
kanalizacja wentylatory
wiem więcej » poznaj dziś »

 


Czy pompa ciepła się opłaca »

alternatywne zrodla energii


 


Poznaj metody na oszczędność wody »

W czym tkwi sedno w projektowaniu instalacji grzewczej »
produkcja studni wodomierzowych
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Co osuszy powierznię do 80 m² »

osuszanie pomieszczeń


 

 


Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
10/2021

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 10/2021
W miesięczniku m.in.:
  • - Zmiany klimatyczne a ogrzewanie
  • - Rekomendacje dla central basenowych
Zobacz szczegóły

Bezpłatny newsletter

Mamy dla Ciebie prezent 


Wystarczy,

że zapiszesz się na newsletter,
a otrzymasz link do

e-book

" Kotły na biomasę i biopaliwa "

Zapisuję się »

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl