Sprawna akumulacja ciepła oraz chłodu to jeden z istotnych elementów powodzenia transformacji energetycznej, w którą włączyła się Polska. W przyszłości budynki będą czerpać ciepło i chłód z prądu pochodzącego z odnawialnych źródeł energii, a do tego potrzebne są magazyny. Poprzez przedsięwzięcie „Magazynowanie Ciepła i Chłodu”, finansowane z Funduszy Europejskich w ramach Programu Inteligentny Rozwój, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju stymuluje powstawanie rodzimych rozwiązań, które umożliwią okresoweprzechowywanie energii z OZE w postaci ciepła i chłodu. Rozbudowanie systemów o tę funkcję pozwoli na rozwój takich technologiizwłaszcza w sektorze budownictwa dla zapewnienia komfortu cieplnego w domach czy biurach, atakże w przemyśle zeroemisyjnym. Na prośbę zainteresowanych nabór wniosków został przedłużony do 6 sierpnia br.

Opracowanie polskich rozwiązań instalacyjnych z wykorzystaniem magazynów ciepła i chłodu, włącznie z wdrożeniem demonstratorów tych technologii, to szansa na ożywienie rynku produktów, które umożliwią optymalne wykorzystanie energii z OZE wtedy, gdy jest ona potrzebna, a nie tylko wtedy, kiedy jest dostępna. Inteligentne systemy będą również magazynować energię w czasie, gdy jej koszt jest niski, a następnie uwalniać ją podczas zwyżki cen.

Tego rodzaju innowacje mają duże znaczenie w procesie odchodzenia od paliw kopalnych. Według danych Urzędu Regulacji Energetyki, rosną koszty sektora ciepłowniczego – po dwuprocentowym wzroście w 2018 r., w 2019 r. koszty poszybowały o dalsze 6,2 proc. Jest to związane m.in. z drożejącymi uprawnieniami do emisji CO₂, a także cenami energii elektrycznej i paliwa technologicznego. Za prawa do emisji tony dwutlenku węgla w lipcu br.trzeba byłozapłacić nawet 59 euro. Koszty te odbijają się również na odbiorcach ciepła, których rachunki z roku na rok są coraz wyższe.

Jak informuje URE, po 18 latach badań koncesjonowanych przedsiębiorstw ciepłowniczych stwierdzono, że dywersyfikacja paliw zużywanych do produkcji ciepła postępuje bardzo powoli. Nadal dominują paliwa węglowe, których udział w 2019 r. stanowił 71 proc. paliw zużywanych w źródłach ciepła. Od 2002 r. wykorzystaniewęgla obniżyło się o 10,7 punktu procentowego, zaobserwowano natomiast wzrost udziału paliw gazowych (o 5,8 punktu procentowego) i źródeł OZE (o 6,6 punktu procentowego). Zmiany w kierunku OZE postępują za wolno, aby realnie myśleć o osiągnięciu neutralności klimatycznej do 2050 roku. Dlatego eksperci NCBR nie mają wątpliwości, że ze względu na obecnie panujące trendy: stale rosnące ceny emisji CO₂ oraz coraz większe zanieczyszczenie powietrza, zasadne jest wsparcie rozwoju systemu energetycznego i ciepłowniczego opartego na „zielonej” energii, uzupełnionego o magazyny ciepła i chłodu.

Magazyn ciepła i chłodu kluczem do rozwoju OZE

Rozwój energetyki bazującej na źródłach odnawialnych w dużej mierze zależy od efektywności akumulacji energii. Jej nadwyżki można przechowywać i użyć w okresie największego zapotrzebowania na ciepło lub chłód. Wiąże się to również z drugą korzyścią – obniżeniem zapotrzebowania instalacji ogrzewania lub chłodzenia budynków na energię elektryczną. Magazyny sprawdzą się też do wykorzystania energii wtedy, gdy jest ona tańsza (np. przetwarzanie jej na ciepło w taryfie nocnej), i wykorzystywania jej w czasie, gdy jest droższa. Narodowe Centrum Badań i Rozwoju wśród potencjalnych miejsc zastosowań technologii, które zostaną opracowane w przedsięwzięciu „Magazynowanie Ciepła i Chłodu”, wskazuje m.in. domy jednorodzinne oraz biura.

Przedsięwzięcie, którego budżet wynosi 8,2 mln zł,chce dać impuls polskim producentom bezemisyjnych urządzeń grzewczych, aby rozbudowali swoje systemy o magazynowanie ciepła lub chłodu, tak aby były to optymalne rozwiązania zarówno w zakresie bilansu energetycznego, jak i emisyjności.

Inteligentne magazyny

Obecnie jednym z największych problemów OZE jest cykliczna zmienność efektywności układu, np. panele fotowoltaiczne czy kolektory słoneczne pracują tylko w dzień, generując wtedy dużo energii, która ulega rozproszeniu. Natomiast w nocy występuje jej niedobór. Podobna sytuacja zachodzi w przypadku turbin wiatrowych, których wydajność uzależniona jest od warunków pogodowych. 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.

Należy też wziąć pod uwagę, że w naszym kraju obserwujemy wzrost zapotrzebowania na ciepło i chłód, a jednocześnie mamy do czynienia ze wzrostem liczbyinstalacji klimatyzacyjnych w prywatnych domach jak i biurach, co podnosi obciążenie sieci elektroenergetycznej w krytycznych dla jej działania porach dnia. Wzrasta zarównoogólne zapotrzebowanie na energię w wyniku działania pomp ciepła, jak izapotrzebowanie chwilowe w wyniku pracy klimatyzatorów w określonych godzinach.

– Opracowanie inteligentnej technologii akumulacji energii będzie jednym z największych kroków w stronę transformacji energetycznej. Już w nieodległej przyszłości powinniśmy rozdysponowywać ciepło i chłód w czasie, kiedy korzystanie z nich będzie dla nas najbardziej opłacalne. Postępująca automatyzacja i cyfryzacja wskazuje kierunek rozwoju wielu technologii na całym świecie. Także my podążamy tą drogą, dlatego przed wykonawcami w naszym przedsięwzięciu stawiamy jasny cel: opracowanie bezemisyjnych, energooszczędnych systemów dostarczających ciepło i chłód dla domu i biura, wykorzystujących innowacyjne technologie magazynowania ciepła i chłodu m.in. poprzez czerpanie maksymalnej dostępnej w danym czasie energii z OZE i dystrybuowanie jej w zależności od zapotrzebowania budynku – mówi Wojciech Kamieniecki, dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

Systemy, które opracują przyszli wykonawcy, będą nieszkodliwe dla środowiska. Mają cechować się wysoką sprawnością, minimalnymi stratami energii, stabilnością dystrybucji ciepła/chłodu, a także optymalną kubaturą dla ostatecznego zastosowania. Dzięki ich stosowaniu spadną koszty ogrzewania i chłodzenia budynków, ponieważ będą czerpać i oddawać energię z OZE w sposób optymalny i efektywny.

W przedsięwzięciu badawczo-rozwojowym NCBR, realizowanym w trybie zamówienia przedkomercyjnego (PCP), zaplanowano opracowanie technologii magazynowania ciepła i chłodu dla domów oraz biur w cyklu długo- oraz krótkoterminowym, z uwzględnieniem modelu ich zapotrzebowania na energię. 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 chłodzenia lub ogrzewania pomieszczeń. Magazyn krótkoterminowy (godzinowy, dobowy, tygodniowy) ograniczy pobór energii z siecipotrzebnej do produkcji ciepła lub chłodu w czasie, gdy nie jest dostępna energia z OZE lub kiedy energia z sieci jest najdroższa.

Wykorzystanie tej technologii w domach jednorodzinnych to szansa na eliminację kotłów na paliwa kopalne, drewno czy biomasę.

Autonomiczne budynki przyszłości dzięki przedsięwzięciom NCBR

Technologie, które zostaną opracowane w przedsięwzięciu „Magazynowanie Ciepła i Chłodu”, a także w ramach innych przedsięwzięć NCBR wspierających realizację strategii Europejskiego Zielonego Ładu, a finansowanych z Funduszy Europejskich (POIR), zwiększą możliwości w zakresie projektowania autonomicznychbudynków. Będą one mogły funkcjonować bez dostarczania z sieci energii elektrycznej, wody oraz bez odbierania ścieków. Budownictwo to charakteryzuje się dużo mniejszym wpływem na środowisko oraz niższymi kosztami utrzymania.

Dzięki proponowanemu przez NCBR rozwiązaniu technologicznemu powstanie zamknięty lokalnie obieg prądu. Energia pozyskiwana ze źródeł odnawialnych oraz energia odpadowa przechowywana będzie w magazynie ciepła i/lub chłodu, z którego użytkownik domu będzie mógł ją pobrać w dogodnym dla siebie momencie. Tego typu rozwiązania zaczynają być stosowane w Skandynawii oraz Europie Zachodniej, gdzie dostrzegane jest ich ekonomiczne uzasadnienie. Dzięki projektom inspirowanym przez NCBR w najbliższych latach mogą zyskać również popularność w Polsce, ponieważ w naszym kraju analizy optymalizujące koszty wykorzystania energii w przypadku projektów budowlanych nabierają coraz większego znaczenia. Koszty ogrzewania i chłodzenia budynków należą do jednych z najwyższych rocznych wydatków poniesionych podczas ich eksploatacji. Ostatecznie suma ta jest zależna m.in. od stopnia termoizolacji budynku, ale nie mniejszą rolę odgrywa zastosowane źródło ciepła oraz jego racjonalne i optymalne wykorzystanie.

Ostatnie z 8 ekologicznych przedsięwzięć NCBR

Wdrażanie rozproszonych odnawialnych źródeł energii, wraz z wykorzystaniem magazynów ciepła i chłodu, wpisuje się we wspomnianą strategię, która ma doprowadzić Unię Europejską do całkowitej neutralności klimatycznej w 2050 roku. Jest tojuż drugie przedsięwzięcie, które skupia się na opracowaniu technologii akumulacji. Pierwszym z nich jest projekt, w którym opracowywane jest urządzenie do magazynowania energii elektrycznej. Wcześniej NCBR zaprosiło zainteresowane podmioty do realizowania innowacyjnych przedsięwzięć, takich jak: oczyszczalnia przyszłości, innowacyjna biogazownia, budownictwo efektywne energetycznie i procesowo, ciepłownia przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE, wentylacja dla szkół i domów czy technologie domowej retencji.Ich naturalne dopełnienie stanowi przedsięwzięcie służące opracowaniu technologii elektrociepłowni funkcjonującej w lokalnym systemie energetycznym.

Osiemprzedsięwzięć NCBR zostało wybranych pod kątem ich potencjału do masowego wdrożenia i możliwości stania się polską specjalnością.