I w upały, i w mrozy lubimy czuć się komfortowo w pomieszczeniach, w których przebywamy. Jednak utrzymanie odpowiedniej temperatury wewnątrz budynku z wykorzystaniem procesów spalania paliw stałych wiąże się z emisją dwutlenku węgla i dużymi poziomami pyłów zawieszonych (PM10, PM2.5), które powodują smog i bardzo niekorzystnie wpływają na nasze zdrowie. Tak nie musi być! Narodowe Centrum Badań i Rozwoju poszukuje wykonawców gotowych podjąć się opracowania innowacyjnych, bezemisyjnych technologii, które pozwolą na efektywne dostarczanie do naszych domów oraz biur ciepła i chłodu przy wykorzystaniu magazynowania ciepła i chłodu, tak żebyśmy mogli z nich korzystać niezależnie od zmienności produkcji energii z odnawialnych źródeł. Takie właśnie wyzwanie stawia Centrum w najnowszym przedsięwzięciu „Magazynowanie Ciepła i Chłodu”, finansowanym z Funduszy Europejskich w ramach Programu Inteligentny Rozwój. Nabór wniosków prowadzony będzie do 26 lipca br.
To już dziewiąte z serii przedsięwzięć NCBR zmierzających do opracowania technologii, które mają być polską odpowiedzią na cele wyznaczone w strategii „Europejskiego Zielonego Ładu”. Mówiąc krótko, w 2050 r. Unia Europejska ma osiągnąć zerowy poziom emisji gazów cieplarnianych netto. NCBR zaprosiło już zainteresowane podmioty do realizacji takich projektów, jak: oczyszczalnia przyszłości, innowacyjna biogazownia, budownictwo efektywne energetycznie i procesowo, ciepłownia przyszłości, elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym, magazynowanie energii elektrycznej, wentylacja dla szkół i domów oraz technologie domowej retencji. Wszystkie one zostały wybrane pod kątem zapotrzebowania, potencjału do masowego wdrożenia i możliwości stania się polską specjalnością.
Tym razem chodzi o pobudzenie rozwoju naszego sektora producentów bezemisyjnych urządzeń grzewczych, aby rozbudowali swoje systemy o magazynowanie ciepła lub chłodu, ponieważ aktualnie stosowane rozwiązania pozostawiają wiele do życzenia tak w zakresie bilansu energetycznego, jak i emisyjności.
Od diagnozy do działania
Ponad 65% gospodarstw domowych w Polsce jest ogrzewanych poprzez spalanie węgla lub drewna, a prawie cały chłód wytwarzają agregaty chłodnicze zasilane energią elektryczną, która w naszych warunkach pochodzi głównie z elektrowni spalających paliwa kopalne. Wiąże się to z powiększaniem emisji szkodliwych czynników do atmosfery oraz emisjami gazów cieplarnianych.
Jednocześnie obserwujemy ciągły wzrost zapotrzebowania na ciepło i chłód, czego dowodem jest np. coraz większa liczba urządzeń klimatyzacyjnych w naszych domach i miejscach pracy. Eksperci zwracają uwagę, że wzmaga to obciążenie sieci elektroenergetycznej w krytycznych dla jej działania porach dnia, prowadząc do niekorzystnej sytuacji zarówno pod względem ekonomicznym (podnoszenie mocy elektrowni jedynie ze względu na chwilowe potrzeby skutkujące stratami w produkcji), jak i środowiskowym. Rośnie ilość czynników chłodniczych, które często zawierają freony – gazy szczególnie groźne dla środowiska.
Dlatego trzeba zrobić to inaczej. Jaki pomysł na transformację metodologii pozyskiwania i wykorzystywania ciepła i chłodu ma NCBR? W przedsięwzięciu badawczo-rozwojowym „Magazynowanie Ciepła i Chłodu” zostaną opracowane systemy do dwóch zastosowań: dla domu jednorodzinnego (w dwóch wariantach, w zależności od wskaźników energetycznych) i dla biurowca. W zapewnieniu niezbędnej energii do magazynowania ma pomóc instalacja OZE. Budżet przedsięwzięcia, finansowanego ze środków Funduszy Europejskich (POIR), wynosi 8,2 mln zł.
Problem polega na tym, że tam gdzie stosowane są już technologie OZE, mamy do czynienia z cykliczną zmiennością efektywności układu, np. panele fotowoltaiczne czy kolektory słoneczne pracują tylko w dzień, generując wtedy dużo energii, która ulega rozproszeniu. W nocy zaś występuje jej niedobór. To dlatego możliwość czasowego magazynowania „zielonej” energii stanowi dziś jedno z kluczowych wyzwań światowej energetyki. Z gotowych rozwiązań, pozwalających na korzystanie ze zgromadzonych zasobów w czasie, kiedy wytwarzanie ciepła i/lub chłodu jest utrudnione lub generuje wyższe koszty, chętnie skorzysta zwłaszcza budownictwo.
– Uważamy, że w przyszłości budynki będą czerpać ciepło i chłód z prądu pochodzącego z odnawialnych źródeł energii, a do tego potrzebne są magazyny. Umożliwienie dzięki naszemu nowemu przedsięwzięciu okresowego przechowywania energii z OZE w postaci ciepła i chłodu pozwoli na rozwój takich technologii w sektorze budownictwa, a także w przemyśle zeroemisyjnym – mówi Wojciech Kamieniecki, Dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. – Kiedy pomysły, plany i obliczenia, na które czekamy, zostaną potwierdzone wdrożeniem demonstratorów, nie tylko wzrośnie świadomość, dlaczego wykorzystanie magazynów ciepła i chłodu jest tak ważne, ale także spowoduje to przyspieszenie rozwoju rodzimego rynku tego rodzaju instalacji. Korzystanie w tym procesie z energii pochodzącej z odnawialnych źródeł pozwoli na zapewnienie ogrzewania lub chłodzenia w sposób nieszkodliwy dla środowiska, na czym nam wszystkim zależy – dodaje.
Magazyny sezonowe i krótkoterminowe na celowniku NCBR
Potrzeba opracowania innowacyjnych, „zielonych” technologii w zakresie akumulacji ciepła i chłodu spędza sen z powiek naukowcom i przedsiębiorcom z wielu krajów. Struktura zużycia energii końcowej w Unii Europejskiej wskazuje na to, że aż 49% tej energii przeznaczane jest na potrzeby grzewcze. Nic więc dziwnego, że nowoczesne technologie akumulacji ciepła i chłodu rozwijają się w Europie. Na przykład we Francji w 2016 roku, jak donosi „The Journal of Physical Chemistry”, naukowcy połączyli alkohole cukrowe (łatwo dostępny produkt odpadowy przemysłu spożywczego) z nanorurkami węglowymi, aby stworzyć materiał umożliwiający magazynowanie energii odnawialnej w postaci ciepła. Alkohol cukrowy umożliwia regulację punktu topnienia, a tym samym znaczące zwiększenie gęstości energii. Jednym z założeń tego projektu było wykorzystanie niedrogich, przyjaznych środowisku, bezpiecznych i łatwych w użyciu materiałów. Opracowano nowe tworzywo ulegające przemianie fazowej (PCM), przeznaczone do sezonowego magazynowania energii (STES) w zakresie średnich temperatur.[1]
Eksperci NCBR zwracają uwagę, że rozwój energetyki opartej na źródłach odnawialnych w dużej mierze zależy od efektywności akumulacji energii. Nadwyżki energii pochodzące m.in. z OZE można przechowywać i użyć w okresie największego zapotrzebowania na ciepło lub chłód w okresie jej niedoboru, co wiąże się z drugą korzyścią – obniżeniem zapotrzebowania instalacji ogrzewania lub chłodzenia budynków na energię elektryczną. Magazyny sprawdzą się też do pozyskiwania energii wtedy, gdy jest ona tańsza (np. przetwarzanie energii na ciepło w taryfie nocnej), i wykorzystywania jej w czasie, gdy trzeba by było za nią więcej zapłacić. Wśród potencjalnych zastosowań wskazuje się m.in. domy jednorodzinne, budynki użyteczności publicznej, biurowce, hotele, chłodnie i magazyny czy hipermarkety.
W przedsięwzięciu NCBR zaplanowano opracowanie technologii magazynowania ciepła i chłodu dla domów oraz biur w cyklu sezonowym oraz krótkoterminowym, czyli dobowym lub tygodniowym. Wariant sezonowy ma pozwolić na akumulację ciepła w miesiącach letnich i jego dystrybucję w okresie zimowym lub magazynowanie chłodu, kiedy jest zimno, i korzystanie z niego latem. Takie rozwiązanie umożliwi znaczne ograniczenie energii zużywanej do całorocznej klimatyzacji lub ogrzewania pomieszczeń. Magazyn krótkoterminowy (dobowy, tygodniowy) ograniczy pobór prądu potrzebny do produkcji ciepła lub chłodu w okresie, kiedy zapotrzebowanie na prąd jest największe oraz zoptymalizuje jej dobowy popyt.
Rozpowszechnienie tej technologii w domach jednorodzinnych to szansa na eliminację kotłów na paliwa kopalne, drewno, czy biomasę.
Wykonawcy poszukiwani
W przedsięwzięciu „Magazynowanie Ciepła i Chłodu” zostaną przeprowadzone prace badawczo-rozwojowe w formule zamówienia przedkomercyjnego (PCP), które umożliwią opracowanie innowacyjnej technologii magazynów energii cieplnej i/lub chłodniczej, zintegrowanych z instalacjami ogrzewania i chłodzenia budynków, wykorzystującej energię z instalacji OZE.
Zasobniki ciepła lub chłodu mają się cechować m.in. wysoką sprawnością ładowania i oddawania ciepła i chłodu, minimalnymi stratami ciepła i chłodu, a także optymalną kubaturą dla ostatecznego zastosowania. Powinny być nieszkodliwe dla środowiska i oczywiście bezpieczne dla użytkowników.
Zaletą opracowywanej technologii będzie inteligentny system, samodzielnie wybierający najkorzystniejsze taryfy, przez co użytkownicy będą płacić niższe rachunki za prąd. W ramach projektu planowane jest opracowanie magazynu ciepła lub chłodu o największym potencjale rynkowym i korzystnym wpływie na środowisko, z możliwością recyklingu urządzenia w 100% po 25 latach użytkowania. W sumie, na ponad 2-letnie prace, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju przeznaczy 8,2 mln zł z Funduszy Europejskich: 7,2 mln w etapie pierwszym, w którym swoje konkurencyjne koncepcje przedstawi i doprowadzi do etapu prototypu maksymalnie 6 wykonawców, oraz 1 mln zł w etapie drugim, w którym powstaną i zostaną przetestowane na konkretnych obiektach demonstratory nowych technologii.
Szczegółowe informacje oraz dokumentacja przedsięwzięcia „Magazynowanie energii elektrycznej” znajdują się na stronie internetowej Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.
Projekt realizowany jest w ramach projektu pozakonkursowego pn. Podniesienie poziomu innowacyjności gospodarki poprzez realizację przedsięwzięć badawczych w trybie innowacyjnych zamówień publicznych w celu wsparcia realizacji strategii Europejskiego Zielonego Ładu (w ramach poddziałania 4.1.3 Innowacyjne metody zarządzania badaniami Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój).
Projekt finansowany jest ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.
Źródło: Narodowe Centrum Badań i Rozwoju
[1] https://cordis.europa.eu/article/id/120326-a-sweet-solution-to-the-thermal-energy-storage-problem/pl
