Demonstrator Technologii
Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, inicjując projekt "Ciepłownia Przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE", wyznaczyło za cel wprowadzenie istotnych zmian w polskim sektorze ciepłownictwa. Inicjatywa ta miała na celu przekształcenie tradycyjnych systemów opartych na paliwach kopalnych w nowoczesne, efektywne energetycznie i ekonomicznie rozwiązania, które dostarczają ciepło oraz ciepłą wodę użytkową, w co najmniej 80% bazując na odnawialnych źródłach energii. W ramach projektu opracowano sześć koncepcji modernizacji ciepłowni, z których najlepsza – stworzona przez firmę Euros Energy – została wdrożona jako pełnoskalowy demonstrator technologii na terenie Ciepłowni należącej do Veolia Północ.
Technologia Ciepłowni Przyszłości została zaprojektowana z myślą o maksymalnym wykorzystaniu lokalnie dostępnych odnawialnych źródeł energii i ograniczeniu energii pozyskiwanej z zewnątrz. Zastosowana technologia gwarantuje, że 90% produkowanego z instalacji ciepła pochodzi z OZE, ale dzięki zasileniu instalacji energią elektryczną z gwarancją pochodzenia OZE instalacja produkuje ciepło w 100% z odnawialnych źródeł.
Rys. 1 Demonstrator Technologii Ciepłowni Przyszłości
Wybudowana Ciepłownia Przyszłości jest pełnoskalową instalacją demonstracyjną technologii pomp ciepła i magazynowania ciepła pozwalającą produkować ciepło ze źródeł odnawialnych bez wykorzystania procesów spalania. Demonstrator technologii został zlokalizowany w miejscowości Lidzbark Warmiński na terenie ciepłowni należącej do spółki Veolia Północ. Ciepłownia Przyszłości ogrzewa i dostarcza ciepłą wodę użytkową do większości budynków na Osiedlu Astronomów w Lidzbarku Warmińskim. Całkowita powierzchnia użytkowa wszystkich tamtejszych lokali mieszkalnych wynosi ponad 28 tys. m2.
Rys. 2 Lokalizacja systemu demonstracyjnego Lidzbark Warmiński, Osiedle Astronomów
W opracowanej technologii Ciepłowni Przyszłości pompy ciepła zintegrowano z trzema dolnymi źródłami: z powietrznych wymienników ciepła, z niskotemperaturowego magazynu gruntowego typu BTES oraz z wysokotemperaturowego magazynu wodnego typu PTES. System zasilany jest energią elektryczną produkowaną lokalnie z hybrydowych kolektorów słonecznych PVT oraz z dedykowanej instalacji fotowoltaicznej połączonej bezpośrednio kablem średniego napięcia. W zimowe dni oraz noce praca instalacji wspierana jest energią elektryczną dostarczaną z Krajowej Sieci Elektroenergetycznej, w tym energią elektryczną zakupioną z gwarancją pochodzenia z odnawialnych źródeł energii w ramach kontraktów typu Power Purchase Agreement.
Magazynowanie ciepła odbywa się na trzech poziomach: krótkoterminowym w buforze sieci ciepłowniczej, sezonowym niskotemperaturowym magazynie gruntowym (BTES) oraz sezonowym wysokotemperaturowym magazynem wodnym (PTES).
Pierwszym poziomem magazynowania jest magazyn krótkoterminowy w postaci bufora sieci ciepłowniczej o pojemności 100 m3 i zakresie temperaturowym pracy od 60⁰C do 85⁰C. Celem zastosowania bufora jest zwiększenie poziomu autokonsumpcji energii elektrycznej wyprodukowanej lokalnie w panelach PV i kolektorach PVT. Pełna autokonsumpcja została osiągnięta dzięki wprowadzeniu do układu dodatkowych grzałek elektrycznych umieszczonych w buforze.
Drugi poziom magazynowania stanowi niskotemperaturowy magazyn gruntowy charakteryzujący się dużą pojemnością cieplną oraz wysoką efektywnością magazynowania. Rozwiązania tego typu znane są pod nazwą Borehole Thermal Energy Storage (BTES). Magazyn gruntowy składa się z 300 wymienników gruntowych o długości 99,5 metra, a jego zakres temperaturowy pracy to 5⁰C - 15⁰C. Magazyn jest ładowany w ciągu lata ciepłem wyprodukowanym przez pompy ciepła, dla których dolnym źródłem ciepła jest wtedy powietrzny wymiennik ciepła, oraz ciepłem z kolektorów hybrydowych PVT. Pompy ciepła w trybie ładowania magazynu gruntowego zasilane są wyłącznie energią elektryczną wyprodukowaną lokalnie z instalacji PV i PVT.
Rys.4 Rozkład komponentów Demonstratora Technologii na działce ciepłowni
Ostatnim z poziomów magazynowania ciepła jak wysokotemperaturowy magazyn wodny, składający się ze szczelnego, zaizolowanego basenu ziemnego o pojemności 15 tys. m3 , wypełnionego w całości wodą. Tego typu rozwiązania znane są pod nazwą Pit Thermal Energy Storage (PTES). Temperatura pracy magazynu zawiera się w zakresie od 7⁰C do 67⁰C. Dzięki wyższym temperaturom wody w magazynie wysokotemperaturowym pompy ciepła pracują przy wysokich parametrach współczynnika wydajności grzewczej COP.
Rys. 5 Magazyn sezonowy PTES w trakcie wykańczania i zabezpieczania wałów basenu oraz napełniania wodą z sieci wodociągowej
Budowę Demonstratora Technologii przedsięwzięcia „Ciepłownia Przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE” rozpoczęto 2 maja 2022 roku a zakończono 31 października 2023 roku. Co oznacza, że instalacja została zbudowana w 18 miesięcy Kolejne etapy przedsięwzięcia podsumowano na grafice poniżej.
Rysunek 6. Kroki milowe budowy Demonstratora Technologii
29 maja 2024 w Lidzbarku Warmińskim oficjalnie otwarto Ciepłownię Przyszłości. Uroczystość zgromadziła polityków, przedstawicieli administracji centralnej i samorządowej, biznesu oraz ekspertów z branży ciepłowniczej i energetycznej. „Ciepłownia Przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE”, powstała w ramach ogłoszonego w 2021 r. przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, finansowanego z Funduszy Europejskich w ramach Programu Inteligentny Rozwój (POIR).
Wideo
