Magazynowanie ciepła w miejskich systemach ciepłowniczych

• Autorzy: Turski Michał

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2023.10.1

Warianty tytułu

EN

Heat storage in district heating systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Do dalszego rozwoju miejskich systemów ciepłowniczych pod kątem wykorzystania odnawialnych źródeł energii, ciepła odpadowego i osiągnięcia standardu efektywnego energetycznie systemu ciepłowniczego niezbędne jest szerokie zastosowanie technologii magazynowania ciepła. Magazynowanie ciepła w systemach ciepłowniczych wpisuje się w stosowanie zasad zrównoważonego rozwoju oraz w ideę miast przyszłości. W artykule przedstawiono zasadność magazynowania nadwyżek ciepła w systemach ciepłowniczych poprzez wskazanie możliwych do uzyskania efektów zastosowania różnych technologii magazynowania. Do efektywnych rozwiązań należało wykorzystanie pojemności cieplnej wody, ciepła przemian fazowych, jak również magazynowanie w układzie centralnym i rozproszonym. Możliwe do osiągnięcia względne efekty energetyczne, ekonomiczne i ekologiczne magazynowania ciepła jawnego mogą wynieść od 5,1% do 6,38%. Możliwa do osiągnięcia poprawa sprawności systemu wyniosła 21 punktów procentowych przy zastosowaniu rozproszonego magazynowania ciepła z wykorzystaniem ciepła utajonego przemiany fazowej. Możliwe obniżenie mocy źródła wyniosło 17,3% przy wykorzystaniu pasywnego sposobu magazynowania ciepła.

EN

For the further development of district heating systems in terms of the use of renewable energy sources, waste heat and achieving the standard of an energy-efficient heating system, extensive use of heat storage technology is necessary. Heat storage in district heating systems is in line with the principles of sustainable development and the idea of cities of the future. The article presents the justification of heat surplus storage in heating systems by indicating the possible effects of use various storage technologies. The effective solutions included the use of the heat capacity of water, the heat of phase change, as well as central and dispersed heat storage. The achievable relative energy, economic and ecological effects of sensible heat storage may range from 5.1% to 6.38%. The achievable improvement in system efficiency was 21 percentage points when using dispersed heat storage and the latent heat of the phase change. The possible reduction of the source’s heat output was 17.3% with the use of passive heat storage method.

Słowa kluczowe

PL

magazynowanie ciepła; miejski system ciepłowniczy; PCM

EN

heat storage; district heating system; PCM

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 10
• Strony: 4--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys.

Twórcy

autor

Turski Michał

• Katedra Zaawansowanych Technologii Energetycznych, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0002-4341-3062

Bibliografia

• [1] Świątecki M, Maleszyk P. LPEC S.A. wdraża koncepcję inteligentnej sieci ciepłowniczej. Instal 2022; 6: 21-23
• [2] Kosmalski J, Zwarycz-Makles K, Kurtz-Orecka K. Analizy gospodarki obiegu zamkniętego jako element projektowania budynków zrównoważonych ze środowiskiem. Instal 2023; 1: 12-17 DOI 10.36119/ 5.2023.1.2
• [3] Ustawa o efektywności energetycznej z dnia 20 maja 2016 r. jako implementacja dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2002 z dnia 11 grudnia 2018 r. zmieniającej dyrektywę 2012/27/UE w sprawie efektywności energetycznej
• [4] Dyrektywy i rozporządzenia z pakietu legislacyjnego Fit for 55
• [5] Prawo energetyczne, Dz. U. 2022 poz. 1385
• [6] Turski M, Sekret R. Konieczność reorganizacji systemów ciepłowniczych w świetle zmian zachodzących w sektorze budowlano-instalacyjnym. Rynek Energii 2015; 119: 27-34
• [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; 50: 1437-1446
• [8] Turski M, Sekret R. Nowe rozwiązania dla hybrydowych systemów zaopatrzenia budynków w energię. Rynek Energii 2016; 122: 66-74
• [9] Santamouris M, Cartalis C, Synnefa A, Kolokotsa D. On the impact of urban heat Island and global warming on the power demand and electricity consumption of buildings - A review. Energy and Build 2015; 98: 119-124
• [10] Lundström L, Wallin F. Heat demand profiles of energy conservation measures in buildings and their impact on a district heating system. Appl Energy 2016; 161: 290-299
• [11] Späth P, Rohracher H. Conflicting strategies towards sustainable heating at an urban junction of heat infrastructure and building standards. Energy Policy 2015; 78: 273-280
• [12] Kensby J, Trüschel A, Dalenbäck JO. Potential of residential buildings as thermal energy storage in district heating systems - Results from a pilot test. Appl Energy 2015; 137: 773-781
• [13] Turski M, Sekret R. Hybrid substations for smart energy supply systems. J of Power Technol 2016; 96: 444-448
• [14] 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; 68: 1-11
• [15] Allegrini J, Orehounig K, Mavromatidis G, Ruesch F, Dorer V, Evins R. A review of modelling approaches and tools for the simulation of district-scale energy systems. Renew and Sustainable Energy Rev 2015; 52: 1391-1404
• [16] 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; 86: 415-426
• [17] Toli AM, Murtagh N. The Concept of Sustainability in Smart City Definitions, The Bartlett School of Construction and Project Management, University College London (UCL), 2020
• [18] Turski M. Dobór i efekt zastosowania zmiennofazowego akumulatora ciepła w miejskim systemie ciepłowniczym. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, 2020
• [19] Olsthoorn D, Haghighat F, Mirzaei PA. Integration of storage and renewable energy into district heating systems: A review of modelling and optimization. Sol Energy 2016; 136: 49-64
• [20] Bauer D, Marx R, Nubbicker-Lux J, Ochs F, Heidemann W, Müller-Steinhagen H. German central solar heating plants with seasonal heat storage. Sol. Energy 2010; 84: 612-623
• [21] Basakayi JK, Storm VV. Potential use of phase change materials with reference to thermal energy systems in South Africa. International Journal of Advances in Engineering & Technology 2014; 7: 692-700
• [22] Wyrwicz M, Adamski R. Produkcja energii elektrycznej i ciepła wspierana możliwością akumulacji ciepła. II Konferencja Wytwórców Energii Elektrycznej Skawina 2011: 93-105
• [23] Xu B, Li P, Chan C, Tumilowicz E. General volume sizing strategy for thermal storage system using phase change material for concentrated solar thermal power plant. Appl Energ 2015; 140: 256-268
• [24] Nogaj K, Turski M, Sekret R. The use of substations with PCM heat accumulators in district heating system. MATEC 2018; 174(01002): 1-9
• [25] Xu J, Wang RZ, Li Y. A review of available technologies for seasonal thermal energy storage. Sol Energy 2014; 103: 610-638
• [26] 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; 1-28
• [27] Aneke M, Wang M. Energy storage technologies and real life applications - A state of the art review. Appl Energ 2016; 179: 350-377
• [28] Lund R, Ostergaard DS, Yang X, Mathiesen BV. Comparison of Low-temperature District Heating Concepts in a Long-Term Energy System Perspective. International Journal of Sustainable Energy Planning and Management 2017; 12: 5-18
• [29] Dahl M, Brun A, Andresen GB. Using ensemble weather predictions in district heating operation and load forecasting. Appl Energy 2017; 193: 455-465. doi:10.1016/j.apenergy.2017.02.066
• [30] Schuchardt GK. Integration of Decentralized Thermal Storages Within District Heating (DH) Networks. Environmental and Climate Technologies 2016; 18: 5-16
• [31] Deckert M, Scholz R, Binder S, Hornung A. Economic efficiency of mobile latent heat storages. Energy Proced 2014; 46: 171-177
• [32] Gu W, Wang J, Lu S, Luo Z, Wu C. Optimal operation for integrated energy system considering thermal inertia of district heating network and buildings. Appl Energy 2017; 199: 234-246
• [33] Turski M, Jachura A. Energetyczne, ekonomiczne i środowiskowe aspekty magazynowania ciepła w systemie ciepłowniczym. Rynek Energii 2021; 4(155): 52-60
• [34] Turski M. Potencjał magazynowania ciepła akumulatorów PCM w miejskim systemie ciepłowniczym w układzie rozproszonym. Rynek Energii, 2021; 6(157): 36-43
• [35] Turski M., Nogaj K., Sekret R. The use of a PCM heat accumulator to improve the efficiency of the district heating substation. Energy 2019; 187(115885): 1-13
• [36] Nogaj K, Turski M, Sekret R. The influence of using heat storage with PCM on inlet and outlet temperatures in substation in DHS E3S 2017; 22(00124): 1-7
• [37] Regulski B, Ziembicki P, Bernasiński J, Węglarz A. Rynek ciepłowniczy w Polsce. Rynek Energii 2014; 113: 9-16
• [38] Turski M, Sekret R. A method of determining the thermal power demand of buildings connected to the district heating system with usage of heat accumulation. E3S 2017; 22(00180): 1-6
• [39] Turski M, Sekret R. Distribution and forecast of air temperature in determining of heat output of the district heating substation with heat storage. E3S 2019; 116(00094): 1-8
• [40] Turski M., Sekret R. Buildings and a district heating network as thermal energy storages in the district heating system. Energy & Buildings 2018; 179: 49-56.

Uwagi

1. Badania naukowe zostały sfinansowane z subwencji statutowej Wydziału Infrastruktury i Środowiska Politechniki Częstochowskiej.

2. Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).