Директива 2010/31/ЄС про енергоефективність будівель встановлює зобов’язання зменшити споживання енергії на 20% до 2020 року, одночасно збільшуючи частку відновлюваних джерел енергії (ВДЕ). Для досягнення цієї мети необхідно приступити до реконструкції старих будівель, будівництва низькоенергетичних та пасивних будівель і особливо збільшити частку ВДЕ для забезпечення енергією, необхідною особливо для опалення, гарячої води та, нарешті, але не менш важливим, виробництво електроенергії.
Збільшення частки відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) у виробництві тепла та електроенергії з метою створення адекватних додаткових ресурсів, необхідних для задоволення внутрішнього попиту, є одним з основних пріоритетів енергетичної політики Словацької Республіки. Словаччина залежить від імпорту первинних джерел енергії тепла.
Росія є основним постачальником майже 89% природного газу. Газова криза на початку 2009 року була безпрецедентною ситуацією, коли поставки російського газу через Україну до Словаччини були повністю зупинені на кілька днів. У цей кризовий період безпека теплопостачання виявилася вразливою до високого ступеня залежності теплового сектору від природного газу. Щодо запасів окремих джерел енергії на території Словацької Республіки, можна констатувати, що лише відновлювані джерела енергії можуть відігравати роль у зменшенні загальної залежності від імпорту природного газу. Підтверджується, що використання ВДЕ як внутрішнього джерела енергії певною мірою підвищує безпеку та часткову диверсифікацію енергопостачання та водночас зменшує залежність економіки від нестабільних цін на нафту та газ. Їх використання базується на передових та екологічно чистих технологіях та сприяє зменшенню викидів парникових газів та забруднюючих речовин у повітря.
У системах централізованого опалення (SCZT) природний газ в основному використовується як паливо. При використанні або застосуванні ВДЕ геотермальна енергія (ГЕ) є однією з найбільш перспективних.
Більш інтенсивне використання цієї енергії повинно сприяти зменшенню залежності від імпорту та збільшенню частки використання ВДЕ для задоволення потреб у теплі та енергії в системах централізованого теплопостачання. Геотермальна енергія заслуговує на підвищену увагу завдяки гідрогеологічним умовам регіонів Словаччини. Метод проектування такого джерела енергії та його застосування в системах централізованого опалення міститься у STN EN 15316: 2007 у частині 4-5.
Сучасний стан використання геотермальної енергії
У Словаччині визначено двадцять шість потенційних районів та споруд, придатних для видобутку та використання геотермальних джерел енергії з накопиченням геотермальних вод з температурою від 25 до 150 ° C. Наразі у Словаччині зареєстровано 160 геотермальних джерел (свердловин, джерел тощо) з температурою води від θ0 = 15,7 до 126,0 ° C. Геотермальні свердловини були пробурені в інтервалі глибин від h = 40,0 до 3700 м. У більшості районів температура води підходить для опалення квартир та виробничих приміщень. Загальний енергетичний потенціал геотермальних вод у визначених районах становить Q` = 5538 МВт.
Геотермальна вода використовується в геотермальних енергетичних системах для сільськогосподарських цілей - для подачі тепла для опалення теплиць, теплиць та для обігріву ґрунту. Зростає акцент на постачанні тепла для опалення будівель, квартир, соціально-економічних будівель, додатки також відомі для приготування технологічної води в рибництві, і особливо в галузі туризму для потреб басейнів термальних ванн .
Перший геотермальний проект (геотермальна енергетична система з частково закритим використанням), будівництво станції реінжекції в Підгайській, був завершений в 1994 році. У 1996 році перший геотермальний тепловий центр з відкритою системою потужністю 8 МВт був введений в експлуатацію в Галанта. У 2008 році в Галанті був побудований район термального басейну "Galandia", що призвело до більш ефективного використання геотермальної енергії в цій місцевості. В останні роки розпочато реалізацію проектів із використанням геотермальної енергії в басейні Кошице, в Бешеньовій, в Оравіце та в Попраді. Одночасно були підготовлені техніко-економічні дослідження використання геотермальної енергії в різних населених пунктах на території Словацької Республіки.
Система теплопостачання відповідно до STN EN 15316
Системи опалення в будинках та методи розрахунку енергетичних потреб систем та ефективності систем розглядаються у файлі STN EN 15316.
Про використання геотермальної енергії як джерела тепла для опалення та гарячої води в будівлях згадується головним чином у зв'язку з централізованими системами теплопостачання. Виробництво тепла, властивості та якість централізованого теплопостачання та систем великого обсягу містяться у STN EN 15316 у частині 4-5, яка характеризує SCZT, його частини, а також містить метод розрахунку такої системи. Однак він не містить методу розрахунку SCZT, при якому геотермальна енергія використовується як джерело.
Відповідно до цього стандарту економія SCZT оцінюється шляхом поділу на дві частини (рис. 1):
- частина споживання - система опалення в даній будівлі (А),
- джерело та розподільча частина, розташована зовні будівлі - централізована система теплопостачання (B).
Внутрішня частина або система опалення в будівлі (зона А) складається з домашньої теплообмінної станції (OST), що включає всі пристрої від її первинної через вторинну сторону до кінцевих елементів системи (радіаторів) у будівлі. Станція теплопередачі оцінюється відповідно до її вторинних енергетичних потреб. Це означає, що домашній ОЗТ у будівлі можна розглядати як заміну обладнання для виробництва тепла в будівлі.
Зовнішня частина, або частина, розташована за межами будівлі (зона Б), є централізованою системою теплопостачання, яка складається з обладнання для виробництва тепла та розподілу теплових мереж до первинної сторони теплообмінних станцій у подаваних будівлях. Сюди включено все обладнання, необхідне для роботи всього SCZT. Ця частина оцінюється відповідно до балансу споживання первинної енергії для виробництва тепла та тепла, що подається на ОСТ у будівлі.
Коефіцієнт первинної енергії SCZT
Ефективність системи централізованого опалення оцінюється шляхом оцінки коефіцієнта первинної енергії fP, dh конкретного SCZT. Відповідно до згаданого стандарту первинна енергія визначається як енергія, яка не була предметом будь-якого процесу перетворення або перетворення. До первинної енергії належать невідновлювані та відновлювані джерела енергії. Загальний коефіцієнт первинної енергії визначається для даного енергоносія як невідновлювана та відновлювана первинна енергія, поділена на енергію, що постачається, де первинна енергія являє собою кількість енергії, необхідної для постачання однієї одиниці енергії, що постачається, з урахуванням енергії, необхідної для видобутку, переробка, зберігання, транспорт, виробництво, перетворення, передача, розподіл та будь-які інші операції, необхідні для постачання енергії до будівлі, в якій буде використовуватися поставлена енергія.
Коефіцієнт SCZT визначається як відношення вводу кількості первинної енергії в ЕП в системі та кількості теплоти Qdel, що подається до межі подаваних будівель, тобто до первинної сторони OST будівель. Це означає, що враховуються втрати тепла в системі розподілу тепла, а також інша енергія, яка використовується для видобутку, підготовки, очищення, переробки та транспортування палива для виробництва тепла. Простіше кажучи, первинний енергетичний фактор являє собою збільшення енергії від постачання до місця використання.
Коефіцієнт первинної енергії SCZT розраховується наступним чином:
де fP, dh - коефіцієнт первинної енергії (-)
ЕР, в - кількість первинної енергії, що надходить у СКЗТ (МВт-год)
Qdel - являє собою кількість тепла, що подається до межі поданих будівель ОСТ (МВт-год).
Втрати тепла та додаткова енергія для ОЗТ у будівлях враховуються не як частина системи централізованого опалення, а як частина системи опалення будівлі (рис. 1).
Фіг. 1 Система оцінки економічної ефективності SCZT
1 - подача палива (газ, геотермальна енергія), 2 - джерело тепла, 3 - теплорозподільна мережа, 4 - OST в будівлі, 5 - накопичення тепла в розподілі, 6 - розподіл у будівлі, 7 - теплообмін (опалення елемент), 8 - потреба в теплі для опалення, A - система опалення будинку, B - ГВП
Енергетичний баланс SCZT
Для забезпечення потреби в теплі житлового комплексу з використанням геотермальної енергії в системі централізованого теплопостачання (рис. 2) основним та основним джерелом тепла є геотермальна свердловина. Резервне або пікове джерело тепла для природного газу (або біомаси) доступне для покриття пікового споживання або у випадку відмови основного джерела. Коефіцієнт первинної енергії такої системи набагато менший, ніж фактор первинної енергії системи із джерелом тепла з викопним паливом.
Фіг. 2 Метод енергетичного балансу системи ЦТ з геотермальним джерелом енергії
A - межа системи SCZT, B - верхнє джерело тепла, C - основне джерело енергії (геотермальна свердловина), D - теплообмінник основного джерела тепла, E - система опалення в будівлі, 1 - подача палива (газ, біомаса), 2 - електрична енергія для приводу насоса, 3 - теплорозподільна мережа
З геотермальної свердловини (С) геотермальна вода транспортується до ергоцентра (D), де готується середовище теплопередачі для SCZT. Верхнє джерело енергії (B) використовується для покриття піків SCZT. Він складається з котлів на природному газі або біомасі. Це джерело використовується залежно від параметрів геотермальної свердловини та температури повітря в зовнішній частині. Хід тривалості потреби в теплі показаний на фіг. 3. Мається на увазі, що більша частина енергії буде надходити з геотермальної води. Найбільша кількість електроенергії для забезпечення будівлі теплом, отриманим з геотермальної свердловини, використовується для приводу насосів. Це зменшує економічні вимоги всієї системи, не кажучи вже про зменшення навантаження на навколишнє середовище за рахунок викидів.
Фіг. 3 Схема споживання енергії в SCZT з геотермальним джерелом та верхньою котельнею
Приблизно 90% геотермальних свердловин у Словацькій Республіці є позитивними, тобто без необхідності занурювальних заглибних насосів, таким чином усуваючи потребу в електроенергії. У випадку з проектом «Галанта» домінуючим джерелом тепла є дві геотермальні свердловини FGG-2 та FGG-3, а пікова потреба в теплі покривається котельнею з гарячою водою. Що стосується частки теплопостачання, то від 88 до 95% забезпечується з геотермальних джерел, а решта - із сучасної котельні на природному газі.
Кількість первинної енергії ЕР, у випадку такої системи, складається з електроенергії для первинного джерела енергії (геотермальна вода) для приводу насосів як на первинній, так і на вторинній стороні та подачі палива (природного газу) до пікового енергетичного а також електроенергія, необхідна для роботи верхнього джерела (циркуляційні насоси, котел).
Первинний енергетичний фактор - геотермальна енергія визначається індивідуально для кожної геотермальної свердловини залежно від її умов (температури на усті свердловини, способу використання та охолодження використовуваного ГТВ). Коефіцієнт первинної енергії - геотермальна енергія ще не визначений ні в словацьких, ні в закордонних стандартах, про що свідчить Додаток E.1 стандарту STN EN 15603 (Таблиця 1) або Додаток No. 2 до Декрету Міністерства регіонального розвитку Словацької Республіки № 311/2009 зб. (табл. 2).
Висновок
Акт № 555/2005 Coll., До якого було внесено зміни, внесені пізніше постановами Міністерства регіонального розвитку Словацької Республіки № 625/2006 зб. і ні. 311/2009 Coll., Встановлено процедури та заходи щодо підвищення енергоефективності будівель. Одним із можливих заходів щодо зниження енергоємності будівель є, крім їх реконструкції, їх підключення до централізованої системи теплопостачання, в якій геотермальна енергія у вигляді геотермальної водяної та газової бойлер буде функціонувати як додаткова або найкраща енергія джерело.
У такій системі теплопостачання з використанням геотермальної енергії фактор первинної енергії буде знижений через меншу потребу в паливі (природному газі). Первинна енергія, природний газ, буде спалюватися лише у додатковому - верхньому джерелі енергії. Водночас у такій системі буде зменшено викиди вуглекислого газу, що є однією з головних цілей у згаданому законі.
Оскільки геотермальна енергія є відновлюваним ресурсом, будівлі, в яких геотермальна енергія буде використовуватися як основне джерело енергії, будуть включені до вищих класів в рамках енергетичної сертифікації. Це один з головних аргументів, чому геотермальна енергія також повинна використовуватися в системі теплопостачання будинків.
Цей документ підготовлений в рамках проекту VEGA 1/1052/11.
ТЕКСТ: Ing. Марек Буковянський, док. Інж. Ян Такач, доктор філософії.
МАЛЮНКИ: автори
Фото ілюстрації: thinkstock.com
Інж. Марек Буковянський - докторант кафедри технічного обладнання будівель будівельного факультету СТУ в Братиславі.
Док. Інж. Ян Такач, доктор філософії працює на кафедрі технічного оснащення будівель будівельного факультету СТУ в Братиславі.
Література
1. Проект Директиви COM (2003) 739 про ефективність кінцевого використання енергії та енергетичні послуги, представлений Комісією у грудні 2003 року.
2. STN EN 15603: 2008: Енергетичні показники будівель. Загальний попит на енергію та визначення оцінки енергії.
3. Акт № 555/2005 зб. щодо енергоефективності будівель та про внесення змін до деяких законів.
4. Наказ Міністерства регіонального розвитку Словацької Республіки № 311/2009 Coll., Де викладено деталі розрахунку енергетичних показників будівель та зміст енергетичного сертифіката.
5. Наказ Міністерства регіонального розвитку Словацької Республіки № 625/2006 Coll., Який реалізує Закон № 555/2005 зб. щодо енергоефективності будівель та про внесення змін до деяких законів.
6. STN EN 15316-4-5: 2010 Системи опалення в будинках. Метод розрахунку енергетичних потреб системи та ефективності її використання: Частина 4-5 Системи теплогенерації, характеристики та якість систем централізованого опалення та систем великого обсягу.
7. Петраш Д. та ін.: Поновлювані джерела енергії для низькотемпературних систем. Братислава: JAGA GROUP, 2009, с. 224.
8. Лулковічова, О. - Такач, Дж.: Нетрадиційні джерела енергії. Лекції. Братислава: Видавництво СТУ, 2003, с. 138.