Директива 2010/31/ЕС относно енергийните характеристики на сградите поставя задължение за намаляване на потреблението на енергия с 20% до 2020 г., като същевременно се увеличава делът на възобновяемите енергийни източници (ВЕИ). За постигането на тази цел е необходимо да се пристъпи към реконструкция на стари сгради, изграждане на нискоенергийни и пасивни сгради и особено да се увеличи делът на ВЕИ, за да се осигури енергия, необходима особено за отопление, топла вода и не на последно място, производство на електроенергия.
Увеличаването на дела на възобновяемите енергийни източници (ВЕИ) в производството на топлинна и електрическа енергия, за да се създадат адекватни допълнителни ресурси, необходими за задоволяване на вътрешното търсене, е един от основните приоритети на енергийната политика на Словашката република. Словакия зависи от вноса на първични енергийни източници на топлина.
Русия е основният доставчик на почти 89% природен газ. Газовата криза в началото на 2009 г. беше безпрецедентна ситуация, когато доставките на руски газ през Украйна за Словакия бяха напълно спрени за няколко дни. През този период на криза сигурността на топлоснабдяването се оказа уязвима от високата степен на зависимост на топлинния сектор от природния газ. По отношение на запасите от отделни енергийни източници на територията на Словашката република може да се твърди, че само възобновяемите енергийни източници могат да играят роля за намаляване на общата зависимост от вноса на природен газ. Потвърждава се, че използването на ВЕИ като вътрешни енергийни източници повишава до известна степен сигурността и частичната диверсификация на енергийните доставки и същевременно намалява зависимостта на икономиката от нестабилните цени на петрола и газа. Използването им се основава на съвременни и екологични технологии и допринася за намаляване на емисиите на парникови газове и замърсители във въздуха.
В системите за централно отопление (SCZT) природният газ се използва главно като гориво. Когато се използва или прилага ВЕИ, геотермалната енергия (GE) е една от най-обещаващите.
По-интензивното използване на тази енергия трябва да допринесе за намаляване на зависимостта от вноса и да увеличи дела на използването на ВЕИ при задоволяване на нуждите от топлина и енергия в системите за централно отопление. Геотермалната енергия заслужава повишено внимание поради хидрогеоложките условия в регионите на Словакия. Методът за проектиране на такъв енергиен източник и неговото приложение в системите за централно отопление се съдържа в STN EN 15316: 2007 в част 4-5.
Текущо състояние на използване на геотермалната енергия
Двадесет и шест потенциални области и структури, подходящи за добив и използване на геотермални източници на енергия с натрупване на геотермални води с температури в диапазона от 25 до 150 ° C, са определени в Словакия. До момента в Словакия са регистрирани 160 геотермални източника (сондажи, извори и др.) С температура на водата от θ0 = 15,7 до 126,0 ° C. Пробити са геотермални кладенци в дълбочинния интервал от h = 40,0 до 3700 m. По-голямата част от районите имат температура на водата, подходяща за отопление на апартаменти и промишлени помещения. Общият енергиен потенциал на геотермалните води в определените райони е Q` = 5,538 MW.
Геотермалната вода се използва в геотермалните енергийни системи за селскостопански цели - за подаване на топлина за отопление на оранжерии, оранжерии и за отопление на почвата. Все повече се набляга на доставката на топлина за отопление на сгради, апартаменти, социално-икономически сгради, приложенията са известни и за приготвянето на технологична вода в рибовъдството и особено в областта на туризма за нуждите на басейни на термални бани .
Първият геотермален проект (геотермална енергийна система с частично затворено използване), изграждане на реинжекционна станция в Подхайска, е завършен през 1994 г. През 1996 г. първият геотермален отоплителен център с отворена система и мощност от 8 MWt е пуснат в експлоатация през Галанта. През 2008 г. беше построен районът на термалния басейн Galandia в Галанта, като по този начин се постигна по-ефективно използване на геотермалната енергия в това населено място. През последните години започна изпълнението на проекти, използващи геотермална енергия в басейна на Кошице, в Бешенова, в Оравице и в Попрад. В същото време бяха изготвени технически и икономически проучвания за използването на геотермална енергия в различни населени места в Словашката република.
Система за топлоснабдяване съгласно STN EN 15316
Файлът STN EN 15316 се занимава с отоплителни системи в сгради и методи за изчисляване на енергийните нужди на системите и ефективността на системите.
Използването на геотермална енергия като източник на топлина за отопление и топла вода в сградите се споменава главно във връзка с централизирани системи за топлоснабдяване. Производството на топлина, свойствата и качеството на централизираното топлоснабдяване и системите с голям обем се съдържат в STN EN 15316 в част 4-5, която характеризира SCZT, неговите части и съдържа също метода за изчисляване на такава система. Той обаче не съдържа метод за изчисляване на SCZT, при който геотермалната енергия се използва като източник.
Според този стандарт икономичността на SCZT се оценява, като се разделя на две части (фиг. 1):
- консумационна част - отоплителна система в дадената сграда (A),
- източник и разпределителна част, разположена извън сградата - централизирана система за топлоснабдяване (B).
Вътрешната част или отоплителната система в сградата (зона А) се състои от домашна топлопреносна станция (OST), включваща всички инсталации от нейната първична през вторичната страна до крайните елементи на системата (радиатори) в сградата. Топлопреносната станция се оценява според нейните вторични енергийни изисквания. Това означава, че домашният OST в сградата може да се разглежда като заместител на оборудването за производство на топлина в сградата.
Външната част или частта, разположена извън сградата (зона Б), е централизирана система за топлоснабдяване, която се състои от оборудване за производство на топлина и разпределение на топлинни мрежи до основната страна на топлопреносните станции в захранваните сгради. Тук е включено цялото оборудване, необходимо за работата на целия SCZT. Тази част се оценява според баланса на потреблението на първична енергия за производството на топлина и топлина, доставяна към OST в сградата.
Първичен енергиен фактор SCZT
Ефективността на системата за централно отопление се оценява чрез оценка на първичния енергиен фактор fP, dh на специфичен SCZT. Съгласно споменатия стандарт първичната енергия се дефинира като енергия, която не е била предмет на никакъв процес на преобразуване или преобразуване. Първичната енергия включва невъзобновяема и възобновяема енергия. Общият коефициент на първична енергия за даден енергоносител се определя като невъзобновяема и възобновяема първична енергия, разделена на доставената енергия, където първичната енергия представлява количеството енергия, необходимо за доставяне на една единица доставена енергия, като се вземе предвид енергията, необходима за добива, обработка, съхранение, транспорт, производство, трансформация, пренос, разпределение и всякакви други операции, необходими за снабдяване с енергия на сградата, в която ще се използва доставената енергия.
SCZT коефициентът се дефинира като съотношението на входа на количеството първична енергия в ЕП, в системата и количеството топлина Qdel, доставено до границата на доставените сгради, т.е. към OST на първичната страна на сградите. Това означава, че се вземат предвид топлинните загуби на системата за разпределение на топлина, както и друга енергия, използвана за добив, подготовка, пречистване, преработка и транспорт на горива за производство на топлина. Най-просто казано, първичният енергиен фактор представлява увеличаването на енергията от доставката до мястото на употреба.
Първичният енергиен фактор SCZT се изчислява, както следва:
където fP, dh е основният енергиен фактор (-)
EP, в - количество първична енергия, постъпваща в SCZT (MWh)
Qdel - представлява количеството топлина, доставено до границата на доставените OST сгради (MWh).
Загубите на топлина и допълнителната енергия за OST в сградите не се вземат предвид като част от системата за топлофикация, а като част от отоплителната система на сградата (фиг. 1).
Фиг. 1 SCZT система за оценка на ефективността на разходите
1 - подаване на гориво (газ, геотермална енергия), 2 - източник на топлина, 3 - мрежа за разпределение на топлина, 4 - OST в сградата, 5 - акумулиране на топлина в разпределението, 6 - разпределение в сградата, 7 - пренос на топлина (отопление елемент), 8 - потребление на топлина за отопление, A - отоплителна система на сграда, B - БГВ
Енергиен баланс на SCZT
За да се осигури търсенето на топлина за жилищен комплекс, използващ геотермална енергия в системата на централизирано топлоснабдяване (фиг. 2), основният и основен източник на топлина е геотермален кладенец. Наличен е резервен или пиков източник на топлина за природен газ (или биомаса) за покриване на пиковото потребление или в случай на отказ на основния източник. Основният енергиен фактор на такава система е много по-малък от основния енергиен фактор на системата за източник на топлина от изкопаеми горива.
Фиг. 2 Метод за енергиен баланс на системата за топлоснабдяване с геотермален източник на енергия
A - граница на SCZT системата, B - горен източник на топлина, C - основен енергиен източник (геотермален кладенец), D - топлообменник на основния източник на топлина, E - отоплителна система в сградата, 1 - подаване на гориво (газ, биомаса ), 2 - електрическа енергия за задвижване на помпата, 3 - мрежа за разпределение на топлина
От геотермалния кладенец (С) геотермалната вода се транспортира до ергоцентъра (D), където се приготвя топлоносител за SCZT. За покриване на пиковете на SCZT се използва топ източник на енергия (B). Състои се от котли за природен газ или биомаса. Този източник се използва в зависимост от параметрите на геотермалния кладенец и температурата на въздуха отвън. Ходът на продължителността на топлинната нужда е показан на ФИГ. 3. Това предполага, че по-голямата част от енергията ще идва от геотермална вода. Най-голямото количество електроенергия при захранването на сградата с топлина, получена от геотермален кладенец, се използва за задвижване на помпите. Това намалява икономическите изисквания на цялата система, да не говорим за намаляването на натоварването върху околната среда от емисии.
Фиг. 3 Диаграма на потреблението на енергия в SCZT с геотермален източник и горно котелно помещение
Приблизително 90% от геотермалните кладенци в Словашката република са положителни, т.е. без нужда от потопяеми потопяеми помпи, като по този начин се елиминира нуждата от електричество. В случая с проекта Galanta, доминиращият източник на топлина са два геотермални кладенеца FGG-2 и FGG-3, а пиковите нужди от топлина се покриват от котелното за топла вода. Що се отнася до дела на топлоснабдяването, 88 до 95% се доставят от геотермален източник, а останалата част се доставя от модерна котелна централа на природен газ.
Количеството първична енергия ЕР, в случай на такава система се състои от електричество за първичен енергиен източник (геотермална вода) за задвижване на помпи от първичната, както и от вторична страна и подаване на гориво (природен газ) към пиковия енергиен източник като както и електричество, необходимо за работата на най-горния източник (циркулационни помпи, котел).
Основният енергиен фактор - геотермалната енергия се определя индивидуално за всеки геотермален кладенец в зависимост от неговите условия (температура в устието на кладенеца, начин на използване и охлаждане на използвания GTV). Факторът на първичната енергия - геотермалната енергия все още не е дефиниран в словашки или чуждестранни стандарти, както е видно от приложение E.1 от стандарта STN EN 15603 (таблица 1) или в приложение №. 2 към Указа на Министерството на регионалното развитие на Словашката република № 311/2009 Coll. (раздел 2).
Заключение
Акт № 555/2005 Coll., Което е изменено с по-късни постановления на Министерството на регионалното развитие на Словашката република №. 625/2006 Coll. и не. 311/2009 Coll., Установени са процедури и мерки за подобряване на енергийната ефективност на сградите. Една от възможните мерки за намаляване на енергийната интензивност на сградите е, освен реконструкцията им, свързването им с централизираната система за топлоснабдяване, при която геотермалната енергия под формата на геотермална вода ще бъде основният източник на топлинна енергия и газов котел ще функционира като допълнителен или топ източник на енергия.
В такава система за отопление, използваща геотермална енергия, основният енергиен фактор ще бъде намален поради по-ниската нужда от гориво (природен газ). Първичната енергия, природният газ, ще бъде изгаряна само в допълнителния - най-горния енергиен източник. В същото време емисиите на въглероден диоксид ще бъдат намалени в такава система, което е една от основните цели в споменатия закон.
Тъй като геотермалната енергия е възобновяем ресурс, сградите, в които геотермалната енергия ще се използва като основен енергиен източник, ще бъдат включени в по-високите класове в рамките на енергийното сертифициране. Това е един от основните аргументи защо геотермалната енергия също трябва да се използва в системата за отопление на сградите.
Този документ е изготвен в рамките на проект VEGA 1/1052/11.
Писане. Марек Буковянски, док. Ing. Д-р Ян Такач.
СНИМКИ: автори
Снимка на илюстрацията: thinkstock.com
Ing. Марек Буковянски е докторант в катедра „Техническо оборудване на сградите“ на СТУ в Братислава.
Док. Ing. Д-р Ян Такач работи в катедрата за техническо оборудване на сградите на СТУ в Братислава.
Литература
1. Проект на директива COM (2003) 739 относно енергийната ефективност на крайното потребление и енергийните услуги, представен от Комисията през декември 2003 г.
2. STN EN 15603: 2008: Енергийни характеристики на сградите. Общо търсене на енергия и дефиниция на оценка на енергията.
3. Акт бр. 555/2005 Coll. относно енергийните характеристики на сградите и за изменението на някои закони.
4. Указ на Министерството на регионалното развитие на Словашката република № 311/2009 Coll., Който излага подробности за изчисляването на енергийните характеристики на сградите и съдържанието на енергийния сертификат.
5. Указ на Министерството на регионалното развитие на Словашката република № 625/2006 Coll., Който прилага Закон №. 555/2005 Coll. относно енергийните характеристики на сградите и за изменението на някои закони.
6. STN EN 15316-4-5: 2010 Отоплителни системи в сгради. Метод за изчисляване на енергийните изисквания на системата и ефективността на системата: Част 4-5 Системи за генериране на топлина, характеристики и качество на централното отопление и системите с голям обем.
7. Petráš, D. et al.: Възобновяеми енергийни източници за нискотемпературни системи. Братислава: JAGA GROUP, 2009, стр. 224.
8. Lulkovičová, O. - Takács, J.: Нетрадиционни енергийни източници. Лекции. Братислава: Vydavateľstvo STU, 2003, стр. 138.