Energetyczne, ekonomiczne i środowiskowe aspekty magazynowania ciepła w systemie ciepłowniczym

• Autorzy: Turski Michał , Jachura Agnieszka

Warianty tytułu

EN

Energy, economic and environmental aspects of heat storage in district heating system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono energetyczne, ekonomiczne i środowiskowe aspekty zastosowania magazynowania ciepła w sieci ciepłowniczej z wykorzystaniem pojemności cieplnej wody. Analiza obejmowała dwa niewykluczające się wzajemnie warianty. Wariant pierwszy dotyczył wykorzystania centralnego akumulatora ciepła na zasilaniu sieci ciepłowniczej. Wariant drugi zakładał wykorzystanie rozproszonych akumulatorów ciepła stabilizujących i regulujących temperaturę powrotu sieci ciepłowniczej. Badania zostały przeprowadzone dla systemu ciepłowniczego o mocy 330 MW, który stanowi standardowe i popularne rozwiązanie w wielu ośrodkach miejskich. Badania obejmowały wyznaczenie charakterystyk pracy systemu ciepłowniczego z zastosowaniem symulacji w programie TRNSYS dla wybranego okresu sezonu grzewczego. Symulacje dla proponowanych wariantów zastosowania magazynowania ciepła w sieci ciepłowniczej zostały przeprowadzone w odniesieniu do godzinowych wartości temperatury powietrza zewnętrznego dla roku standardowego. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że dla analizowanego systemu ciepłowniczego możliwe jest osiągnięcie oszczędności energii do 123 TJ/sezon, co stanowi 6,38% rocznej produkcji ciepła dla analizowanego systemu ciepłowniczego. Takie rozwiązanie może pozwolić na osiągnięcie rocznej korzyści finansowej 1,32 mln €, co stanowi 6.38% sprzedaży ciepła, przy ograniczeniu całkowitej emisji zanieczyszczeń ok. 15,1 Gg/sezon.

EN

The article presents energy, economic and environmental aspects of the application of heat storage in a district heating network with the use of heat capacity of water. The analysis included two variants that are not mutually exclusive and could be used simultaneously. The first variant concerned the use of a central heat accumulator at the supply of the heating network. The second variant assumed the use of dispersed heat accumulators to stabilize and regulate the return temperature of the heating network. The research was carried out for the district heating system with a heat output of 330 MW, which is a standard and popular solution in many urban areas. The research included determining the operating characteristics of the heating system using simulations in the TRNSYS software for a selected period of the heating season. The simulations for the proposed variants of the use of heat storage in the district heating network were carried out for the hourly values of the outside air temperature for the standard meteorological year. On the basis of the conducted research, it was found that for the analyzed district heating system it is possible to achieve energy savings of up to 123 TJ/season, which constitutes 6,38% of the annual heat production for the analyzed heating system. Such a solution may allow for an annual financial benefit of M€ 1,32, which is 6,38% of heat sales, with a reduction in the total emission of approximately 15,1 Gg/season.

Słowa kluczowe

PL

magazynowanie ciepła; rozproszony akumulator ciepła; miejskie systemy ciepłownicze

EN

heat storage; dispersed heat accumulators; district heating systems

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2021
• Tom: Nr 4
• Strony: 52--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Turski Michał

• Politechnika Częstochowska

autor

Jachura Agnieszka

• Politechnika Częstochowska

Bibliografia

• [1] Brum M., Erickson P., Jenkins B., Kornbluth K.: A comparative study of district and individual energy systems providing electrical-based heating, cooling, and domestic hot water to a low-energy use residential community. Energy and Buildings 2015, nr 92, str. 306-312.
• [2] Cabeza L., Martorell I., Miro L., Fernandez A., Barreneche C.: Introduction to thermal energy storage (TES) systems. Advances in Thermal Energy Storage Systems, A volume in Woodhead Publishing Series in Energy 2015, str. 1-28.
• [3] Connolly D., Lund H., Mathiesen B., Werner S., Möller B., Persson U., Boermans T., Trier D., Østergaard P., Nielsen S.: Heat Roadmap Europe: Combining district heating with heat savings to decarbonize the EU energy system. Energy Policy 2014, nr 65, str. 475-489.
• [4] Fabrizio E., Seguro F., Filippi M.: Integrated HVAC and DHW production systems for Zero Energy Buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2014, nr 40, str. 515-541.
• [5] Feliński P., Sekret R.: Experimental study of evacuated tube collector/storage system containing paraffin as a PCM. Energy 2016, nr 114, str. 1063-1072.
• [6] Haillot D., Franquet E., Gibout S., Bedecarrats J.: Optimization of solar DHW system including PCM media. Applied Energy 2013, nr 109, str. 470-475.
• [7] Hassine I., Eicker U.: Impact of load structure variation and solar thermal energy integration on an existing district heating network. Applied Thermal Engineering 2013, nr 50, str. 1437-1446.
• [8] Jie P., Zhu N., Li D.: Operation optimization of existing district heating systems. Applied Thermal Engineering 2015, nr 78, str. 278-288.
• [9] Jing Z., Jiang X., Wu Q., Tang W., Hua B.: Modelling and optimal operation of a small-scale integrated energy based district heating and cooling system. Energy 2014, nr 73, str. 399-415.
• [10] Kwestarz M.: Heat Storage in Storage Tanks and Their Influence on Operating Parameters of Districy Heating Network. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja 2012, nr 43/10, str. 416-422.
• [11] Lefebvre D., Handan Tezel F.: A review of energy storage technologies with a focus on adsorption thermal energy storage processes for heating applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2017, nr 67, str. 116-125.
• [12] Lund H., Moller B., Mathiesen B., Dyrelund A.: The role of district heating in future renewable energy systems. Energy 2010, nr 35, str. 1381-1390.
• [13] Lund H., Werner S., Wiltshire R., Svendsen S., Thorsen J., Hvelplund F., Mathiesen B.: 4th Generation District Heating (4GDH) Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systems. Energy 2014 nr 68, str. 1-11.
• [14] Pinel P., Cruickshank C., Beausoleil-Morrison I., Wills A.: A review of available methods for seasonal storage of solar thermal energy in residential applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2011, nr 15, str. 3341-3359.
• [15] Raab S., Mangold D., Muller-Steinhagen H.: Validation of a computer model for solar assisted district heating systems with seasonal hot water heat store. Solar Energy 2005, nr 79, str. 531-543.
• [16] Sabiniak H., Drożdż P.: Akumulatory ciepła – zjawisko stratyfikacji termicznej. Interdyscyplinarne zagadnienia w inżynierii i ochronie środowiska 2013, nr 3, str. 585-592.
• [17] Sharma A., Tyagi V., Chen C., Buddhi D.: Review on thermal energy storage with phase change materials and applications. Renewable & Sustainable Energy Reviews 2009, nr 13, str. 318-345.
• [18] Swithenbank J., Finney K., Chen Q., Bin Yang Y., Nolan A., Sharifi V.: Waste heat usage. Applied Thermal Engineering 2013, nr 60, str. 430-440.
• [19] Turski M., Sekret R.: Konieczność reorganizacji systemów ciepłowniczych w świetle zmian zachodzących w sektorze budowlano-instalacyjnym. Rynek Energii 2015, nr 4(119), str. 27-34, KAPTINT.
• [20] Turski M., Sekret R.: Nowe rozwiązania dla hybrydowych systemów zaopatrzenia budynków w energię. Rynek Energii 2016, nr 1(122), str. 66-74, KAPTINT.
• [21] Wang R., Yu X., Ge T., Li X.: The present and future of residential refrigeration, Power generation and energy storage. Applied Thermal Engineering 2013, nr 53, str. 256-270.
• [22] Wojdyga K.: An influence of weather conditions on heat demand in district heating systems. Energy and Buildings 2008, nr 40, str. 2009-2014.
• [23] Xu J., Wang R., Li Y.: A review of available technologies for seasonal thermal energy storage. Solar Energy 2014, nr 103, str. 610-638.
• [24] Yanine F., Caballero F., Sauma E., Córdova F.: Building sustainable energy systems: Homeostatic control of grid-connected microgrids, as a means to reconcile power supply and energy demand response management. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2014, nr 40, str. 1168-1191.
• [25] Zalba B., Marin J., Cabeza L., Mehling H.: Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications. Applied Thermal Engineering 2003, nr 23, str. 251-283.
• [26] Zeghici R., Damian1 A., Frunzulica R., Iordache F.: Energy performance assessment of a complex district heating system which uses gas-driven combined heat and power, heat pumps and high temperature aquifer thermal energy storage. Energy and Buildings 2014, nr 84, str. 142-151.
• [27] Zhao Y., Lu Y., Yan C., Wang S.: MPC-based optimal scheduling of grid-connected low energy buildings with thermal energy storages. Energy and Buildings 2015, nr 86, str. 415-426.
• [28] Zwierzchowski R.: Analiza układów hydraulicznych w elektrociepłowniach i ciepłowniach z akumulatorem ciepła. Prace naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska 2013, nr 64.
• [29] Zwierzchowski R., Kwestarz M.: Rola centralnych zasobników ciepła w miejskich systemach ciepłowniczych. VIII Forum Ciepłowników Polskich, Międzyzdroje 13-15 Września 2004, str. 226-231.
• [30] 72/21/PU - „Ciepłownia Przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE", NCBiR

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).