"Pametna mreža"
(Smart Grid) dugi niz godina se smatra brendom elektroenergetskog sektora. Najčešće je ovaj brend predstavljan kao integrisani sistem u kome se za proizvodnju samo električne energije u konvencionalnim elektranama koriste energija vetra, solarna energija i energija biomase. Konvencionalne elektrane asociraju na postrojenja sa velikim rashladnim kulama, u kojima je gubitak toplotne energije u atmosferu veći od 50% (zatvoreni sistem hlađenja “izrađene” pare u kondenzatoru).
Da li je to "Pametna mreža"? Nije.
Ako se kao polazna tačka uzme činjenica da će se u narednim godinama sve više ljudi doseljavati u gradove i da će se samim tim sve više intenzivirati borba za resurse, od izuzetnog značaja je fokusiranje na "pametne gradove"
(Smart Cities), u kojima će se umesto korišćenja odvojenih sistema, za električnu energiju, prirodni gas, daljinsko grejanje i prevoz, koristiti integrisani sistemi korišćenja energije. Samo na taj način bićemo u stanju da smanjimo rasipanje energije, odnosno, da raspoložive resurse energije koristimo na najbolji način.
Ovaj članak fokusiran je isključivo na prikaz integrisanja sistema električne energije i daljinskog grejanja i na to, kako funkcioniše jedan “pametni grad” kao što je
Bradstrup, koji se nalazi u zapadnom delu Danske.
"Pametni grad" se odlikuje "pametnom proizvodnjom energije", "pametnom potrošnjom" i "pametnim tarifama".
U Bradstrupu se može videti sistem daljinskog grejanja koji je prvobitno bio konvencionalni sistem baziran na korišćenju fosilnh goriva. Danas je to sistem daljinskog grejanja koji se sastoji od CHP postrojenja (gasni motor), solarnih kolektora, nadzemnih akumulatora toplote (u kojima se vrši 24-časovno skladištenje toplotne energije), podzemnih rezervoara (sezonsko skladištenje toplotne energije), električnih i toplotnih pumpi.
Toplana u Bradstrupu (godišnja proizvodnja: 45.000 MWh toplotne i 30.000 MWh električne energije) je predstavnik interakcije sistema za proizvodnju i distribuciju električne energije i sistema daljinskog grejanja. Toplotna pumpa i električni kotao puštaju se u pogon i proizvode toplotnu energiju kada je električna energija na tržištu jeftina. Gasni motor (gasomotorni generator) pušta se u pogon i proizvodi električnu energiju onda kada u elektroenergetskom sistemu postoji povećana potrošnja električne energije.
Solarna energija - Fokusirajući se na zaštitu životne sredine, toplana u Bradstrupu je odlučila da, kao prvi korak na realizaciji koncepta "pametnog grada", otpočne sa primenom solarne energije u svojim proizvodnim pogonima. Godine 2007. izgrađeno je i povezano na mrežu daljinskog grejanja prvih 8.000 m2 solarnih kolektora. Nakon toga, solarna instalacija je proširena izgradnjom dodatnih sunčanih kolektora čime je ukupna površina kolektora povećana na 18.600 m2. Na taj način je, u aprilu 2012. godine, dobijena solarna instalacija koja je po veličini postrojenja treća u Evropi.
Zbog brzog razvoja primene sunčeve energije u proizvodnji toplotne i električne energije, najveće solarno postrojenje za proizvodnju toplotne energije u Danskoj danas je u toplani Dronninglund. Površina sunčanih kolektora ovog postrojenja iznosi 37.000 m2.
Akumuliranje toplote - Da bi toplana dostigla maksimalno iskorišćenje solarnih kolektora, neophodno je da se obezbedi mogućnost "čuvanja proizvedene toplotne energije" tokom vremena. To je moguće akumuliranjem toplotne energije u nadzemnim rezervoarima ili podzemnim skladištima toplote.
U Bradstrupu, prvobitno je izgrađen nadzemni rezervoar zapremine 2.000 m3, a naknadno je izgrađen još jedan zapremine 5.500 m3, tako da je ukupni kapacitet akumulacije 7.500 m3. Ovaj zapreminski prostor omogućuje korišćenje akumulirane toplote nekoliko dana, s tim da nije moguće čuvanje toplotne energije u dužem vremenskom periodu (npr. prikupljanje toplote leti, a korišćenje zimi).
Maksimalni kapacitet proizvodnje toplotne energije solarnih postrojenja koja se povezuju na sistem daljinskog grejanja ograničen je na 15-20% ukupne potrebne godišnje prozvodnje toplane. Ograničavajući faktor maksimalne snage ovih postrojenja predstavlja nemogućnost korišćenja veće količine proizvedene toplotne energije tokom leta.
Prema tome, zaključak je - ako toplota proizvedena tokom leta treba da se sačuva do jeseni/zime, mora se koristiti drugačija tehnologija za skladištenje umesto konvencionalnog nadzemnog rezervoara. Za sezonsko skladištenje toplotne energije primenjena je tehnologija podzemnog skladištenje energije.
Ova tehnologija skladištenja je nova u Danskoj i po prvi put je primenjena u Bradstrupu.
Izgrađeno podzemno skladište sastoji se od 48 bušotina dubine 45 m. U podzemno skladište su ugrađeni cevni zagrejači kojima se tokom leta toplotom iz solarnog postrojenja zagreva zemlja u skladištu. Toplota akumulirana u letnjem periodu ispumpava se iz zemlje u zimskom periodu i predaje se sistemu za daljinsko grejanje. Proračuni pokazuju da se tokom leta, oko 19.000 m3 zemlje u podzemnom skladištu zagreva iz solarnog postrojenja i da se sačuvana toplota može preuzeti iz skladišta sa efikasnošću od 80%. Ako se proračuni pokažu tačnim možda će biti neophodno da se proširi solarno postrojenje i podzemni rezervoar.
Električni kotao - Kada je tržišna cena električne energije niska, ekonomski je opravdano njeno korišćenje u električnim kotlovima za proizvodnju toplotne energije. Iz tog razloga, toplana u Bradstupu je, u okviru svog postrojenja, instalirala električni kotao maksimalne toplotne snage 10 MW. Proizvedena toplota u ovom kotlu može se distribuirati potrošačima daljinskog grejanja ili akumulirati u rezervoarima toplote.
S obzirom na to da je u Danskoj do 2020. godine planirano da se 50% potreba za električnom energijom pokriva korišćenjem energije vetra za očekivati je da će se veoma često zbog toga pojavljivati periodi sa veće ponudom od potražnje električne energije na tržištu. Veća ponuda od potražnje znači istovremeno jeftinu cenu električne energije na tržištu. U tom slučaju viškovi jeftine struje moraju biti prodati danskim susedima ili transformisani u toplotnu energiju, na primer korišćenjem električnog kotla instaliranog u toplani u Bradstrupu. Transformacijom električne energije u toplotnu toplana u Bradstrupu pomaže da se stabilizuje elektroenergetski sistem delujući kao inteligentan kupac električne energije - "pametan potrošač".
Toplotna pumpa - Pri korišćenju toplotne energije iz podzemnog skladišta voda kao nosilac toplote zagreva se na temperaturu od 40°C. Zagrejana topla voda tako niskog temperaturskog nivoa ne može se direktno koristiti u sustemu daljinskog grejanja već se mora dodatno zagrevati. Dodatno zagrevanje se može izvršiti, na primer, korišćenjem toplotne pumpe. Toplotna pumpa se koristi za dodatno zagrevanje vode iz akumulatora onda kada je na tržištu električna energija jeftina isto kao i kada je ekonomski opravdano korišćenje električnog vrelovodnog kotla. Toplotna pumpa se može takođe koristiti i za povećanje temperature vode u akumulatorima toplote.
Budući razvoj “pametnog” koncepta u velikim sistemima za daljinsko grejanje - Sistem daljinskog grejanja u Bradstrupu karakteriše optimalna integracija električne energije i sistema daljinskog grejanja, tako da jeftina struja može biti sačuvana u sezonskom rezervoaru u vidu tople vode koja se koristi u sistemu daljinskog grejanja.
Primer iz Bradstrupa pokazuje da je već moguće "delovati pametno" u malim sistemima za daljinsko grejanje.
U velikom sistemu daljinskog grejanja toplane u Kopenhagenu, pokrenuto je istraživanje kako bi se ispitale mogućnosti primene velikih toplotnih pumpi u proizvodnji toplotne energije za daljinsko grejanje. Takođe su ispitane mogućnosti izgradnje velikih rezervoara toplote koji će omogućiti čuvanje toplotne energija dobijene kada je cena električne energije niska i njeno korušćenje za grejanje onda kada je to potrebno.
Za skladištenje toplotne energije inicijalno je razmatrana mogućnost korišćenja napuštene šljunkare, odnosno mogućnost korišćenja skladišta sa zapreminom većom od nekoliko miliona m3.
_____________________________________________________
Izvor: Hot&Cool br. 3/2014, Autor: Lars Gullev, VEKS
Prevod i obrada: V.Kovačević & V.Radulović