asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví

Stoprocentní pokrytí potřeby tepla z OZE v Marstalu

22.10.2012
Příspěvek popisuje projekt SUNSTORE 4, který je zaměřen na realizaci změny zdrojové základy v soustavě zásobování teplem v dánském městě Marstal. Náhrada stávajícího hlavního zdroje tepla pro soustavu zásobování teplem spočívá v rozšíření solární soustavy o 15 000 m2 solárních kolektorů, výstavbě kotle na biomasu s ORC o výkonu 4 MW, instalaci tepelného čerpadla o výkonu 1,5 MW a doplnění systému o sezonní vodní výkopový zásobník o objemu 75 000 m3. Projekt je spolufinancován ze 7. rámcového programu Evropské komise.
 Evropský projekt SUNSTORE 4 představuje koncept centrálního zásobování teplem z obnovitelných zdrojů energie realizovaný v dánském městě Marstal na ostrově Ærø. Předpokládá se, že veškerá spotřeba tepla bude kryta z obnovitelných zdrojů energie, kdy 55 % spotřeby tepla zajistí rozšířená solární soustava a zbytek tepla bude dodávat kotel na biomasu, která bude pocházet z lokální produkce rychle rostoucích vrb. Projekt zahrnuje využití organického Rankinova cyklu (ORC) pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny z fytomasy.

Historie SZT v Marstalu a stávající stav
Soustava zásobování teplem (SZT) je v provozu od roku 1962, přičemž roční produkce tepla je zhruba na úrovni 28 000 MWh (100,8 tis. GJ). Provozovatelem SZT je Marstal Fjernvarme A.m.b.A. – společnost vlastněná odběrateli tepla – obyvateli města Marstal. Počet odběrných míst v SZT je téměř 1 500, což představuje 95 % spotřeby tepla ve městě. Palivová základna se v průběhu času měnila a samozřejmě je značně ovlivněna tím, že se město nachází na ostrově a dovoz veškerých surovin je poměrně složitý, respektive nákladný. V současnosti je hlavním zdrojem tepla kotel o výkonu 18,3 MWt, který od počátku provozu v rámci různých modifikací spaloval různé topné oleje, přičemž v současnosti je využíván bioolej. Zhruba 30 % tepla je do systému dodáváno solární soustavou s plochou apertury 18 365 m2, která je doplněna vodním denním zásobníkem o objemu 2 100 m3, štěrkovodním zásobníkem o objemu 3 500 m3 a sezonním vodním výkopovým zásobníkem s kapacitou 10 000 m3.

Provozní parametry solární soustavy v průběhu roku 2011 jsou shrnuty v tab. 1 a grafu na obr. 1.




Obr. 1

Navrhovaný stav zdrojové základny SZT
V rámci realizace projektu SUNSTORE 4 se předpokládá dosažení 100% pokrytí spotřeby tepla v SZT z místních obnovitelných zdrojů energie, a to rozšířením stávající solární soustavy o dalších 15 000 m2 solárních kolektorů, výstavbou kotle o tepelném výkonu 4 MWt a doplněním systému o výkopový vodní zásobník s objemem 75 000 m3. Teplo ze zásobníku bude dodáváno do systému také s využitím tepelného čerpadla o výkonu 1,5 MWt. Stávající kotel na bioolej by měl v budoucnu sloužit pouze jako záložní zdroj tepla v případě, že by takto koncipovaný systém zdrojů nebyl schopen pokrýt spotřebu tepla v SZT. Část tepelné energie z kotle na biomasu bude využívána pro výrobu elektrické energie v organickém Rankinově cyklu s elektrickým výkonem 0,75 MWe.

Solární soustava je koncipována tak, aby pokryla letní spotřebu tepla v soustavě zásobování teplem a zároveň nabila zásobníky na maximální možnou provozní teplotu. Během září se začne využívat teplo ze zásobníku v kombinaci s kotlem na dřevní štěpku nebo s tepelným čerpadlem. Tepelné čerpadlo bude provozováno v době, kdy je cena elektrické energie nízká, přičemž produkované teplo se využije pro ohřev zpátečky soustavy zásobování teplem až na teplotu 75 °C. V zimním období se pak v případě extrémních klimatických podmínek počítá i s několikahodinovým využitím záložního (stávajícího) zdroje tepla. Kotel na biomasu by měl být provozován na jmenovitý výkon až do dubna. Od února jsou následně zahrnuty postupně se navyšující zisky ze solární soustavy. Předpokládanou bilanci zdrojů energie v prvním roce po realizaci projektu naznačuje tab. 2.



Sezónní zásobník tepla
Pozoruhodným prvkem nové části systému je výkopový sezonní zásobník tepla o objemu 75 000 m3, který koncepčně vychází z již provozovaného zásobníku. Zemní práce související s realizací sezonní akumulace tepla se neobešly bez problémů. Již v úvodu realizace bylo nutné řešit problém s vysokou hladinou spodní vody, která byla odčerpávána do moře (obr. 2). Během léta roku 2011 pak spadlo v Marstalu nadprůměrné množství srážek, které způsobilo sesuv půdy v téměř hotovém výkopu (obr. 3). Uvedená skutečnost neměla vliv na konečnou cenu zásobníku díky pojištění, ale způsobila zhruba tříměsíční zpoždění v realizaci stavby. Problémem bylo i zajištění dostatečného množství vody pro naplnění zásobníku, které se nakonec podařilo zajistit, ale za zhruba čtyřikrát vyšší cenu, než bylo uvedeno v rozpočtu pro výběrové řízení.


Obr. 3 Sesuvy půdy ve výkopu

Materiály použité jako hydroizolační vrstvy ve výkopových zásobních obvykle nedovolují dlouhodobé překračování teploty akumulační látky 85 °C. Během dosavadního provozu stávajícího výkopového zásobníku bylo ověřeno, že použité materiály i při delším mírném překročení této teploty nedegradují, což má pozitivní vliv na celkovou energetickou bilanci systému. Pro provoz rozšířeného soustavy jsou předpokládány provozní teploty v zásobnících podle tab. 3, ale je pravděpodobné, že i nový zásobník bude v určitém omezeném časovém období využíván při teplotách akumulační látky mezi 85 a 90 °C. Realizace hydroizolační vrstvy z HDPE (polyethylen) je zachycena na obr. 4.


Obr. 4 Pokládka hydroizolační vrstvy

Sezonní zásobník realizovaný v Marstalu není zajímavý pouze svojí velikostí (jedná se o největší výkopový vodní zásobník v Evropě), ale i cenou. Původní cena, která vycházela z nabídek dodavatelů ve výběrovém řízení, byla dokonce 22 €/m3. Měrné náklady spojené s realizací zásobníku ale nakonec vzrostly na 41 €/m3 pro vyšší náklady na vodu jako akumulační látku, nutnost odčerpání spodních vod v místě realizace a náklady spojené s vývojem konstrukce a materiálu víka zásobníku, které v těchto rozměrech doposud nebylo realizováno.

Závěr
Projekt představuje jeden z možných konceptů realizace 100% pokrytí potřeby tepla z lokálních obnovitelných zdrojů v soustavách zásobování teplem. V rámci omezených možností ostrova Ærø je realizován systém, jenž využívá v nadprůměrné míře sluneční energii, která je doplňována energií získanou spalováním fytomasy z rychle rostoucích dřevin. Pro potřeby instalovaného zdroje budou rychle rostoucí vrby pěstovány zhruba na 280 ha zemědělské půdy, což odpovídá asi 3 % rozlohy ostrova. Výsledná produkční cena tepla by se měla pohybovat v přepočtu mezi 280 a 420 Kč za GJ. Cena vyráběné elektrické energie by pak neměla přesáhnout 2 500 Kč za MWh.


Obr. 5 Investiční náklady sezónních zásobníků tepla

Literatura
1.    Schmidt, T.: Solar district heating guidelines. Domovská stránka projektu SDHtake-off. Dostupné z: <http://www.solar-district-heating.eu/>
2.    Battisti, R.: SUNSTORE4 100% renewable district heating plant – Concept and advantages. Domovská stránka projektu SUNSTORE 4. Dostupné z: <http://wk.bakuri.dk/filarkiv/solarmarstal.bakuri.dk/file/Sunstore4_WP6_sunstore4plant_concept.pdf>
3.    Marstal Fjernvarme A.m.b.a. Information about the SUNSTORE 4 Project. Domovská stránka projektu SUNSTORE 4. Dostupné z: <http://solarmarstal.dk>
4.    http://www.solvarmedata.dk
Příspěvek vznikl v rámci projektu SUNSTORE 4, který je podpořen ze 7. rámcového programu evropské unie. Výhradní odpovědnost za obsah článku spočívá na autorech. Uvedené texty nemusejí nutně vyjadřovat názor poskytovatele finanční podpory. Poskytovatel finanční podpory není odpovědný za jakékoli užití informací v článku uvedených.

Článek byl uveden na konferenci Alternativní zdroje energie 2012.
Obrázky: autoři

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media