Względne straty przesyłania ciepła do odbiorców w sezonie letnim mają istotny wpływ na efektywność ekonomiczną i energetyczną Przedsiębiorstw Energetyki Cieplnej (PEC). Zapotrzebowanie na chłód do klimatyzacji i procesów technologicznych w kraju systematycznie rośnie, osiągając szczyt w okresie lata, tj. najcięższym z punktu widzenia dostępności energii elektrycznej z krajowej sieci. Przedstawiano charakterystykę komercyjnie dostępnych na rynku urządzeń sorpcyjnych (absorpcyjnych i adsorpcyjnych) zasilanych ciepłem, które mogą produkować chłód zastępując konwencjonalne urządzenia sprężarkowe zasilane energią elektryczną. Dzięki temu zwiększa się sprzedaż ciepła z sieci ciepłowniczej i zmniejsza zapotrzebowanie na energię elektryczną z systemu elektroenergetycznego latem. Przeanalizowano możliwość modernizacji sprężarkowej maszynowni chłodniczej produkującej chłód do klimatyzacji budynku biurowego na maszynownie sorpcyjną zasilaną ciepłem sieciowym. Określono także korzyści systemowe dzięki zmniejszeniu zapotrzebowania na energię elektryczną z krajowego systemu elektroenergetycznego oraz zwiększeniu zapotrzebowania na ciepło z miejskiej sieci ciepłowniczej. Proponowane rozwiązania umożliwia ograniczenie zapotrzebowania na energię elektryczną do celów klimatyzacyjnych o ponad 88% oraz zmniejszenie względnych strat przesyłania w sezonie letnim z ~25% do ~18%. Pokrycie całego zapotrzebowania na chłód w kraju za pomocą rozwiązań sorpcyjnych oznaczałoby zwiększenie sprzedaży ciepła przez PEC o 21,5 PJ rocznie.
EN
Relative heat losses during transportation of hot water to the consumers in the summer have a significant impact on the economic and energy efficiency of the District Heating Companies (DHC). The demand for process cooling, as well as air-conditioning, in Poland is steadily growing, reaching its peak in the most disadvantageous moment from the point of view of electricity supply - summer season. Characteristics of available on the market, supplied by heat, sorption chillers (absorption and adsorption) capable of retrofitting existing, supplied by electricity, chilling solutions, enabling increase in summer heat demand from the network and decrease electricity demand from the grid, has been presented. The possibility of retrofitting of a conventional, electric chiller machine room producing cooling capacity for located in Poland office building’s air-conditioning for district heat supplied sorption one, has been presented. Also, benefits for the system had been identified in the area of reducing electricity demand from the national electricity system and increasing the demand for heat from the district heating network. The proposed solution reduces the demand for electricity for air- -conditioning by more than 88% and reduces relative heat losses during summer from ~ 25% to ~ 18%. Covering the entire demand for cooling capacity in Poland using sorption chillers would lead to an increase in heat sales total 21.5 PJ per year by DHC.
W ostatnich dekadach światowe zużycie energii do produkcji chłodu znacznie wzrasta. W 2016 roku zużycie energii na potrzeby klimatyzacji budynków wyniosło w Europie ok. 150 TWh i jest najszybciej rosnącą składową łącznego zapotrzebowania budynków na energię. Obecnie, w zasadzie całe zapotrzebowanie na chłód jest pokrywane przez urządzenia zasilane energią elektryczną. W Polsce stanowi to również problem, bo dostępność energii elektrycznej z Krajowego Systemu Elektroenergetycznego właśnie latem jest najmniejsza. Od ponad dekady widać wyraźny trend wypełniania tzw. „doliny letniej”, tj. mniejszego niż zimowe zapotrzebowanie na energię elektryczną. Trend ten jest ponad dwukrotnie intensywniejszy niż średnioroczny wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną w kraju. W artykule opisano wytwarzanie chłodu za pomocą agregatów sorpcyjnych zasilanych ciepłem sieciowym. Zaproponowano wykorzystanie „wolnych mocy cieplnych” w sezonie letnim z Miejskich Systemów Ciepłowniczych do produkcji chłodu. Szczegółowo przeanalizowano modele układów hybrydowych, tj. sorpcyjno-sprężarkowych do wytwarzania chłodu na potrzeby klimatyzacji budynków. Zastosowanie hybrydowych źródeł chłodu zmniejsza zapotrzebowania na moc i energię elektryczną oraz zwiększa zapotrzebowania na ciepło, przy pełnym pokryciu zapotrzebowania odbiorców na chłód. Wyniki obliczeń przedstawiono w formie tabelarycznej. Opisano też wpływ zastosowania tych modeli na sektor ciepła systemowego w Polsce.
EN
Over the past decades, global energy consumption for cold production has increased significantly. In 2016, energy consumption for Air Conditioning (AC) of buildings in Europe amounted to about 150 TWh and is the fastest growing component of the total energy demand of buildings. Presently, nearly whole demand for AC is met by electrically powered chillers. This is also significant problem in Poland, as the availability of electricity from the National Grid is the lowest in summer. For over a decade there has been a clear trend towards filling the so called “summer valley” i.e. lower demand for electricity, than the winter one. This trend is more than twice as intense as the average annual growth electricity demand in the country. The article presents the characteristics of chillers with the use of sorption units powered by heat from heating network. It was proposed to use the “free heat capacities” in the summer season from the District Heating Systems for the production of chilled water. Hybrid models, i.e. sorption – compressors units for cooling generation for AC of buildings have been analyzed in detail. The use of hybrid cooling sources reduces the demand of power electricity and increases the demand for heat on an national scale, while fully covering the demand for cooling. The results of the calculations are presented in tabular form. The impact of the application of these models on the heating sector in Poland has also been described.
W artykule zaprezentowano zastosowanie na dużą skalę w budynkach biurowych chłodziarek absorpcyjnych zasilanych z miejskiej sieci ciepłowniczej z źródła wyposażonego w akumulator ciepła. Analizowano wpływ zainstalowania chłodziarek absorpcyjnych na poprawę efektywności energetycznej dostawy i produkcji ciepła w określonym miejskim systemie ciepłowniczym. Analizę przeprowadzono na bazie danych eksploatacyjnych z zespołu budynków biurowych oraz obliczeń zużycia ciepła przy uwzględnieniu modernizacji węzła cieplnego budynku na węzeł cieplno – chłodniczy produkujący chłód przy pomocy chłodziarek absorpcyjnych. Zaprezentowano także przebiegi średnich dobowych i miesięcznych zapotrzebowań na ciepło do celów ogrzewania oraz produkcji chłodu do celów klimatyzacyjnych i ich wpływ na poprawę efektywności energetycznej miejskiej sieci ciepłowniczej z akumulatorem ciepła zainstalowanym w źródle.
EN
The paper is concerned with the application on large scale of the absorption chillers (AAC), supplied with heat from the District Heating System (DHS) with the Thermal Energy Storage (TES). The absorption chillers transform heat and produce cool for office buildings air conditioning. The analysis was performed based on data from existing office buildings and calculation of thermal energy usage, taking into account the modernization of the office building thermal substation to thermal / cooling one - producing both, heating and cooling capacities. Heating capacity is utilized to produce domestic hot water (d.h.w.) and for central heating (c.h.), while cooling capacity for air conditioning (AC). Curves for daily and monthly average heat demand of the office buildings for heating and cooling purposes and their impact on the DHS with the TES installed in the Combined Heat and Power (CHP) plant were also presented.
Obecnie w Polsce w większości Miejskich Systemów Ciepłowniczych (MSC) zasilanych z Ciepłowni Komunalnej (CK) lub Elektrociepłowni (EC), procesy modernizacyjne dotyczące wytwarzania jak i przesyłu ciepła są znacząco zaawansowane, a niekiedy uznane są wręcz za zakończone. Jednakże, te procesy modernizacyjne nie obejmują wcale lub tylko w ograniczonym zakresie, układów hydraulicznych we wspomnianych powyżej źródłach energii. Układy hydrauliczne w eksploatowanych w Polsce CK i EC, zazwyczaj charakteryzują się nadmierną energochłonnością urządzeń, zbyt wysokimi stratami hydraulicznymi i brakiem dostosowania do zmieniających się warunków eksploatacyjnych MSC. Zasadniczą analizę układów hydraulicznych poprzedza charakterystyka tych układów w typowych CK i EC oraz opis parametrów cieplno-hydraulicznych nośnika energii w poszczególnych obiegach źródła energii. Charakterystyka układów hydraulicznych obejmuje zarówno prezentację klasycznych rozwiązań tych układów w komunalnych źródłach ciepła jak i analizę danych eksploatacyjnych i symulację pracy tych obiegów w sezonie grzewczym i sezonie letnim. Analiza parametrów cieplno-hydraulicznych w układach hydraulicznych w CK i EC zawiera charakterystykę produkcji ciepła i energii elektrycznej w tych źródłach, a także przebiegi i zakresy zmian parametrów cieplno-hydraulicznych w tych układach. Prezentowana praca wskazuje możliwe kierunki modernizacji układów hydraulicznych źródeł ciepła, łącznie z wprowadzeniem do nich obiegu akumulacji ciepła. Przedsięwzięcia te mają za zadanie ograniczenie strat energii, zwiększenie sprawności i niezawodności działania układów hydraulicznych, a także poprawę warunków eksploatacji MSC. Omówiono tutaj zagadnienia takie jak, wprowadzenie regulacji ilościowo-jakościowej wody sieciowej oraz możliwości obniżenia jej temperatury na zasileniu. Podano ogólne zasady energooszczędnej eksploatacji układów hydraulicznych i sposoby modernizacji istniejących oraz wprowadzenie nowych obiegów wodnych. Modernizacja istniejących i wprowadzenie nowych obiegów wodnych w CK i EC obejmuje takie przedsięwzięcia jak, zmiany funkcjonalno-technologiczne w istniejących obiegach wodnych, zastosowanie akumulatorów ciepła oraz nowych technologii odgazowania wody uzupełniającej i oczyszczania wody sieciowej. Wyżej wymienione działania zostały szczegółowo przeanalizowane i opisane. Technologie związane z zastosowaniem akumulatorów ciepła, można uznać jako nowatorskie w polskim ciepłownictwie. Oferują one duże możliwości w zakresie poprawy warunków eksploatacyjnych systemów ciepłowniczych jak i ekonomiki produkcji energii cieplnej i elektrycznej, ograniczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery oraz zwiększenie bezpieczeństwa dostaw energii do odbiorców. Prezentowana praca zawiera także, analizę energetyczną i egzergetyczną układów hydraulicznych z akumulatorem ciepła, którą przeprowadzono dla wybranej EC, zasilającej w energię duże miasto w Polsce. Przedstawiono tu charakterystykę techniczną analizowanego źródła energii, a także charakterystykę eksploatacyjną na bazie danych eksploatacyjnych z kilku ostatnich lat. Analizę energetyczną i egzergetyczną wykonano dla sezonu grzewczego (Te = –20°C, tj. w warunkach obliczeniowych), okresu przejściowego (Te = +1°C) oraz okresu letniego Te = +15°C). Prezentowane wyniki analizy energetyczno-egzergetycznej układów hydraulicznych z akumulatorem ciepła, pozwalają wskazać miejsca największych strat energii w tych układach, a tym samym umożliwiają podjęcie odpowiednich działań do ich redukcji. Szczegółowe wyniki tej analizy pokazują, że zarówno zapotrzebowanie energii oraz straty egzergetyczne związane z funkcjonowaniem układów hydraulicznych EC z akumulatorem ciepła, zarówno w cyklach ładowania jak i rozładowania tego urządzenia, są niewielkie tzn. moc dodatkowych urządzeń (pomp rozładowczych akumulatora) sięga zaledwie 0,5–0,8% mocy bloku ciepłowniczego, a straty egzergetyczne są rzędu kilkuset kW. Dla wybranej EC, w której w ramach działań modernizacyjnych układów hydraulicznych, został zabudowany akumulator ciepła, przeprowadzono wstępną analizę wpływu na środowisko eksploatacji tego urządzenia. Przedstawione wyniki wskazują, że zastosowanie akumulatora ciepła ma bardzo pozytywny wpływ na środowisko, co przejawia się zmniejszeniem przez EC emisji zanieczyszczeń gazowych, a szczególnie pyłów do atmosfery.
EN
Presently in Poland, modernization processes of District Heating Systems (DHS) supplied with heat from a District Heating plant (DHp) or a Combined Heat and Power plant (CHPp) are in progress or even sometimes are treated as already completed. Unfortunately, usually the modernization processes which concern energy generation and heat distribution through the District Heating Network (DHN) do not cover or cover only to a limited extent hydraulic systems (pumping loops) in terms of considering energy sources. Operation of the hydraulic systems in Polish DHp and CHPp is usually characterized by extensive energy consumption of equipment, relatively high hydraulic losses of water fl ow in piping and lack of adjustment of equipment and piping accessories to changeable operation conditions of DHS. The main analysis of the hydraulic systems is preceded by characteristics of those systems in a typical DHp and CHPp and description of thermal–hydraulic parameters of energy carrier inside the following hydraulic loops in considered energy sources. The characteristics of the hydraulic systems cover both presentation of typical arrangement of those systems and analysis of operational parameters of the DHS including computer simulations of system operation during heating and summer seasons. The description of thermal–hydraulic parameters of energy carrier inside hydraulic loops in the DHp and CHPp includes characteristics of heat production by the plant and also runs with limits of changes of those parameters in the considered system. This work shows possible directions of hydraulic systems modernization in the DHp and CHPp, including of Thermal Energy Storage (TES) implementation. The main goal of those modernization processes of hydraulic systems is reduction of energy losses in hydraulic loops, increasing their effi- ciencies and availability, and improvement of operational conditions of DHS. The following items were described hereto, i.e. introducing quality-quantity governing of network water in the DHS, possibilities of decreasing supply temperature of network water, general principles of energy saving in operation of those hydraulic systems, modernization directions of existing hydraulic loops and introducing new loops. Modernization and introduction of new loops includes activities like functional–technological changes of existing hydraulic loops, TES loop implementation and application of new technologies for make-up water deaeration, and network water purifi cation. Implementation of TES in DHS is treated as innovative technology in the Polish District Heating sector. This technology offers great possibilities of improvement of operational conditions of DHS, decreasing energy, i.e. heat and electricity, production costs and emission of pollutants to the atmosphere, and also increasing security of energy supply to consumers. The work also includes energy and exergy analysis of the hydraulic system with the TES loop for one selected CHPp which supplies a large city in Poland with heat. In this point both technical characteristics and operational characteristics based on operational data taken from the last few years for the energy source were done. The energy and exergy analysis were performed for the heating season (outside temperature Te = –20°C, i.e. calculating conditions), intermediate season (Te= +1°C) and summer season (Te = +15°C). The presented results of analysis allow to indicate the places of highest energy destructions in the analyzed hydraulic system with the TES loop, and give an opportunity of appropriate action to reduce them. Detailed results of the energy-exergy analysis show that both energy consumption and exergy destructions for operation of the hydraulic system of CHPp with TES, for loading and unloading cycles of the tank are relatively low, i.e. the capacity of additional equipment (TES pumps) is equal to 0.5–0.8% of the total capacity of the heating block and exergy destruction is at the level of a few hundred kW. For this selected CHPp with the TES loop, an initial environmental analysis was performed for the whole year operation of the plant. The presented results show that application of TES has a signifi cant infl uence on the environment, which results in decreasing emission of the pollutants to the atmosphere, mainly fl ue dust in comparison to operation of the plant without TES.
Przedstawiono możliwości zamiany konwencjonalnej sprężarkowej maszynowni chłodniczej, wykorzystującej chillery elektryczne, zainstalowanej w budynku biurowym na maszynownię z agregatami absorpcyjnymi zasilanymi za pomocą węzła cieplnego, podłączonego do miejskiej sieci ciepłowniczej. Jako dane źródłowe wykorzystano rzeczywiste zużycia energii oraz parametry urządzeń zainstalowanych w węzłach cieplnych i chłodniczych eksploatowanych w budynkach biurowych, na podstawie których przeprowadzono dobór agregatów absorpcyjnych. W celu optymalizacji pracy powstałego węzła cieplno - chłodniczego, system wzbogacono o zbiornik buforowy (akumulator ciepła) wody gorącej.
EN
The paper presents possibilities of changing a conventional compressor cooling engine room with electric chillers (installed in an office building) into an engine room with absorption units supplied by the substation connected to the district heating network. The source data (as the basis for the selection of absorption chillers) concern the actual energy consumption and parameters of the devices installed in district heating and cooling substations used in office buildings.. In order to optimise the operation of the resulting thermal - cooling substation, the system was expanded to include a hot water buffer tank (heat accumulator).
W artykule przedstawiono charakterystykę i podział akumulatorów ciepła stosowanych w systemach ciepłowniczych, podano schematy dotyczące sposobów ich włączania w system, a także informacje na temat budowy trzech pierwszych dużych akumulatorów ciepła w Polsce.
EN
The paper presents the characteristics and classification of heat accumulators used in district heating systems. The diagrams are given concerning connection of the accumulators with the system. The information on the construction of the first three large heat accumulators in Poland is included.
W artykule przedstawiono charakterystykę bromolitowych absorpcyjnych agregatów chłodu, strukturę potrzeb cieplnych odbiorców ciepła na potrzeby c.w.u. i odbiorców ciepła na potrzeby produkcji chłodu. Podano także krótką charakterystykę akumulatorów ciepła i sposób ich włączenia w trójgeneracyjny system ciepłowniczy, dostarczający ciepło na potrzeby c.w.u. i produkcji chłodu.
EN
The paper presents the characteristics of bromolithium absorption cooling units. It includes the structure of requirements of heat consumers for the usable hot water and production of cold. It also provides a brief description of heat accumulators and a method of their inclusion in the three-generating heating system providing heat for the production of the usable hot water and cold.
Obecnie w Polsce, w większości miejskich systemów ciepłowniczych procesy modernizacyjne dotyczące wytwarzania jak i przesyłu ciepła są znacząco zaawansowane, a niekiedy nawet uznane za zakończone. Procesy modernizacyjne w źródłach ciepła mają zazwyczaj za zadanie zwiększenie sprawności i niezawodności wytwarzania ciepła, zmniejszenie uciążliwości tego procesu dla środowiska, a także zwiększenie udziału wytwarzania ciepła w skojarzeniu z produkcją energii elektrycznej oraz wytwarzania ciepła ze źródeł odnawialnych.
W artykule zajęto się przede wszystkim zastosowaniem centralnych zasobów ciepła w miejskich systemach ciepłowniczych, w kontekście ich pracy na potrzeby c.w.u. i zastosowania źródeł odnawialnych, jako źródeł energii. Wprowadzenie zasobników ciepła w systemach ciepłowniczych ma istotne znaczenie zarówno w procesie modernizacji istniejących źródeł ciepła, jak i przy nowych inwestycjach. Jest to szczególnie istotne przy zastosowaniu źródeł odnawialnych, bo pozwala na znaczne ograniczenie kosztów inwestycyjnych montażu jednostek wytwarzających ciepło, np. kotłów opalanych biomasą, jak i jednostek do wytwarzania ciepła i energii elektrycznej w skojarzeniu. Widoczne będą również oszczędności w eksploatacji systemów ciepłowniczych. Szczegółowej analizie poddano odnawialne źródła ciepła w postaci kotłów opalanych biomasą (zrębki drewna opałowego), pracujących na potrzeby c.w.u. dla przykładowego, miejskiego systemu ciepłowniczego Szczecin-Dąbie.
W komunalnych systemach ciepłowniczych obserwujemy znaczne wahania (w skali doby) zapotrzebowania na moc cieplną przez odbiorców zarówno w sezonie grzewczym, jak i w sezonie letnim. Zdolność akumulacyjna sieci cieplnych, a także ogrzewanych budynków w sezonie zimowym tylko w niewielkim stopniu łagodzi wahania, a na pewno przesuwa je w czasie. Powoduje to istotne problemy w eksploatacji, wymuszając częste zmiany mocy kotłów w źródłach ciepła, co z kolei wpływa na spadek sprawności i pewności produkcji oraz dostawy ciepła dla odbiorców. Wprowadzenie regulacji ilościowo-jakościowej wody sieciowej w systemie ciepłowniczym tylko w niewielkim stopniu redukuje te problemy [2]. Z uwagi na powyższe problemy, wprowadzenie do systemu ciepłowniczego dodatkowej pojemności cieplnej w postaci centralnego zasobnika ciepła, wydaje się być jedynym skutecznym i właściwym działaniem.
W artykule przedstawiono technologię próżniowego, termicznego odgazowania wody uzupełniającej, która zapewniłaby dotrzymanie wymagań co do jakości wody sieciowej, a także przyczyniła się do wzrostu sprawności wytwarzania energii cieplnej oraz obniżenia minimalnej temperatury wody opuszczającej kotły. Ostatni wymieniony tu czynnik ma znaczący wpływ na poprawę własności eksploatacyjnych ciepłowni komunalnych.
EN
In this paper technology of vacuum, thermal deaeration of make-up water for District Heating Systems is presented. The technology secures required water quality for District Heating Networks, contributes to increase heat generation efficiency and enables to decrease boilers outlet water temperature. The last mentioned factor has considerable influence on Operational improvement of the District Heating Plants.
W artykule przedstawiono główne wnioski wynikające z analiz i symulacji numerycznych dotyczących rozwoju miejskiego systemu ciepłowniczego w Kielcach. W szczególności scharakteryzowano perspektywiczne potrzeby cieplne systemu oraz scenariusze modernizacji sieci i węzłów cieplnych.
EN
The main conslusions which results from an analysis and a numerical simulation concerning the municipal heating system in Kielce are presented in the paper. In particular perspective heat needs of the system and a scenario of modernization of the heat nets are described.
W artykule przedstawiono wyniki badań nad sposobami obniżenia zużycia energii oraz poprawienia niezawodności działania obiegów wodnych w ciepłowniach komunalnych. Efekty te są możliwe do osiągnięcia, jeśli zastosowane będą zaproponowane przez autorów nowe sposoby regulacji strumieni wody i ciśnienia w układach pomp obiegowych i pomp zmieszania gorącego oraz wprowadzone zostanie zmieszanie zimne pompowe w miejsce regulacji dławieniowej.
EN
In this paper the results of investigations for improvement of the heating-water pumping station for the communal heating plants and for decreasing of energy consumption are presented. Application of new, proposed by the authors, methods of water flow rate and pressure control for circulation and hot mixing pumps and introducing of pumps for cold mixing instead of throttling control allow to obtain economical effects due to energy savings.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.