10 rewolucyjnych technologii w energetyce
Tempo rozwoju technologii energetycznych imponuje. Moc turbin morskich wiatraków wzrosła przez dekadę o ponad 100 proc. Do masowej produkcji wchodzą moduły PV z tzw. kropką kwantową. Niedługo w Europie ma być dostępna nowa technologia wychwytu CO2 ze spalin. Krajowy operator systemu dystrybucyjnego bada możliwość wykorzystania e-samochodów jako magazynów energii. Zmianom technologicznym towarzyszą organizacyjne.
Przez dekadę moc turbin wiatraków znacznie wzrosła, morskich z 5-6 MW do 14 MW. - Niewykluczone, że moc jednostkowa turbin wiatraków nadal będzie rosła - mówi Paweł Przybylski, prezes zarządu SGRE w Polsce.
- Przyszłością elektromobilności jest szybkie ładowanie - stwierdza Maciej Wojeński, wiceprezes Ekoenergetyki-Polska i zapowiada ogłoszenie niebawem kolejnej innowacji produktowej – stacji ładowania o mocy do 350 kW.
- Można z dużym prawdopodobieństwem założyć, że rynek urządzeń grzewczych będzie się coraz szybciej rozwijał w kierunku urządzeń bezemisyjnych, wykorzystujących OZE - mówi Janusz Starościk, prezes SPIUG.
Magazynowanie energii elektrycznej
Transkrypt
1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA Instytut Elektroenergetyki Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej ul. Koszykowa 75, Warszawa tel. (22) , fax. (22) Magazynowanie energii elektrycznej - technologie, zastosowania, koszty prof. dr hab. inż. Józef Paska dr inż. Mariusz Kłos 1
2 Aspekty prawne zasobników energii ustawa o OZE instalacja odnawialnego źródła energii instalację stanowiącą wyodrębniony zespół: a) urządzeń służących do wytwarzania energii i wyprowadzania mocy, w których energia elektryczna lub ciepło są wytwarzane z odnawialnych źródeł energii, a także magazyn energii elektrycznej przechowujący wytworzoną energię elektryczną, połączony z tym zespołem urządzeń lub b) obiektów budowlanych i urządzeń stanowiących całość techniczno-użytkową służący do wytwarzania biogazu rolniczego, a także połączony z nimi magazyn biogazu rolniczego; magazyn energii wyodrębnione urządzenie lub zespół urządzeń służących do przechowywania energii w dowolnej postaci, nie powodujących emisji będących obciążeniem dla środowiska, w sposób pozwalający co najmniej na jej częściowe odzyskanie; 2
3 Aspekty prawne zasobników energii ustawa o OZE instalacja odnawialnego źródła energii instalację stanowiącą wyodrębniony zespół: a) urządzeń służących do wytwarzania energii i wyprowadzania mocy, przyłączonych w jednym miejscu przyłączenia, w których energia elektryczna lub ciepło są wytwarzane z jednego rodzaju odnawialnych źródeł energii, a także magazyn energii elektrycznej przechowujący wytworzoną energię elektryczną, połączony z tym zespołem urządzeń lub b) obiektów budowlanych i urządzeń stanowiących całość technicznoużytkową służący do wytwarzania biogazu rolniczego, a także połączony z nimi magazyn biogazu rolniczego; magazyn energii elektrycznej wyodrębnione urządzenie lub zespół urządzeń służących do magazynowania przechowywania energii elektrycznej w innej dowolnej postaci energii powstałej, nie powodujących emisji będących obciążeniem dla środowiska, w wyniku procesów technologicznych lub chemicznych; sposób pozwalający co najmniej na jej częściowe odzyskanie; Tekst skreślony poprzednia wersja ustawy, tekst podkreślony dodany w aktualnej wersji ustawy 3
4 Aspekty prawne zasobników energii ustawa o OZE hybrydowa instalacja odnawialnego źródła energii - zespół co najmniej dwóch instalacji wyłącznie odnawialnych źródeł energii różniących się charakterystyką dyspozycyjności wytwarzanej energii i tworzących w wyniku połączenia spójny elektroenergetycznie i obszarowo zestaw zapewniający odbiorcy stały dostęp do energii elektrycznej stosownie do wymagań jakościowych określonych w przepisach prawa energetycznego lub w umowie, w szczególności o której mowa w art. 5 ustawy - Prawo energetyczne, zawartej z odbiorcą; taki zespół instalacji może być też wspomagany magazynem energii i wówczas oddawana z niego energia elektryczna jest traktowana jako energia z odnawialnego źródła energii; 4
5 Magazyn energii elektrycznej - definicja Magazyn (zasobnik) energii elektrycznej - instalacja elektroenergetyczna służąca do przechowywania energii elektrycznej w sposób pozwalający co najmniej na jej częściowe odzyskanie (o dwukierunkowym przepływie energii). W jej skład wchodzi kilka modułów urządzeń, współpracujących ze sobą, w tym wykorzystujących technologie umożliwiające, na drodze przemian energetycznych, magazynowanie energii. 5
6 Aspekty prawne zasobników energii czego nie ma Brak ram prawnych regulujących warunki budowy, funkcjonowania i współpracy z siecią elektroenergetyczną magazynów energii; Brak ram regulacyjnych dla prowadzenia działalności gospodarczej polegającej na magazynowaniu energii elektrycznej; Transport energii elektrycznej do/z magazynów energii jest obciążany opłatami przesyłowymi lub dystrybucyjnymi; Brak ram prawnych pozwalających na uwzględnianie budowy tego rodzaju instalacji w taryfach przedsiębiorstw sieciowych; Brak uregulowań prawnych pozwalających na kształtowanie przez przedsiębiorstwa sieciowe systemu elektroenergetycznego, np. poprzez wiązanie praw korzystania z systemu z funkcjonowaniem magazynu energii. 6
7 Magazynowanie energii elektrycznej - technologie SMES Przykłady technologii magazynowania energii: CAES Compressed Air Energy Storage, 7 LAES Liquid Air Energy Storage, SNG Synthetic Natural Gas (Źródło: PwC, 2015)
8 Magazynowanie energii elektrycznej - technologie Z wykorzystaniem przemian elektrochemicznych Technologie umożliwiające magazynowanie energii elektrycznej Z wykorzystaniem przemian mechanicznych Baterie klasyczne Baterie przepływowe Kinetyczne zasobniki energii (Flywheels) Kwasowo-ołowiowe (Lead-Acid) Litowo-jonowe (Li-Ion) Wanadowe (Vanadium Ox) Red- Cynkowo- Bromowe (Zn- Br) Elektrownie szczytowopompowe (Pumped- Hydro) Pneumatyczne zasobniki energii - klasyczne (CAES - Diabatic) Pneumatyczne zasobniki energii - adiabatyczne (CAES - Adiabatic) Litowo-Siarkowe (Li-S) Sodowo jonowe (Na-Ion) Sodowo-siarkowe (Na-S) Litowo-polimerowe (Li-Polymer) Metalowo-powietrzne (Metal-Air) Sodowo-niklowochlorkowe (Na-NiCl 2 ) Niklowo-kadmowe (Ni-Cd) Niklowometalowowodorkowe (Ni-MH) Z wykorzystaniem przemian elektrycznych Kondensatory (Supercapacitors - EDLC) Cewki nadprzewodzące (SMES) Z wykorzystaniem przemian chemicznych Wodorowe - możliwość późniejszej metanizacji celem produkcji syntetycznego paliwa gazowego (Hydrogen to Synthetic Natural Gas - Methanation) 8
9 Technologie MEE parametry techniczno-ekonomiczne Technologia Zakres mocy Energia Czas Okres Czas Gęstość Nakłady Sprawność (pojemność) rozładowania eksploatacji odpowiedzi energii jednostkowe - MW MWh godziny Lata (cykle) - % Wh/kg; Wh/l /kw Baterie kwasowoołowiowe pojedyncze 10 >20 15 (3000) milisekundy Wh/kg Baterie pojedyncze pojedyncze pojedyncze 20 (>12000) milisekundy Wh/l przepływowe Baterie litowojonowe (10000) milisekundy > Wh/kg Baterie litowo- pojedyncze pojedyncze - - milisekundy Wh/kg - metalowo- polimerowe Baterie sodowosiarkowe <15 (5000) Milisekundy Wh/kg ( ⁰C) (temperatura nominalna baterii) Baterie niklowokadmowe 40 pojedyncze pojedyncze 20 (5000) milisekundy Wh/kg 1500 Baterie niklowo- pojedyncze pojedyncze pojedyncze 15 (5000) milisekundy Wh/kg 1500 metalowo- wodorkowe CAES adiabatyczny > Kilkadziesiąt >30 minuty 70 n.d CAES klasyczny > Kilkadziesiąt >30 minuty 55 n.d LAES (ciekłe powietrze) Elektrownie wodne pompowe > (30000) >5 min >95 n.d kilkadziesiąt >80 sekundy-min 80 n.d Wodór >100 >1000 dni - tygodnie 30 sekundy-min 40 n.d Superkondensatory pojedyncze 0,01 sekundy-min 10 ( ) milisekundy 90 7 Wh/kg
10 Wydajność energetyczna przy obecnym stanie zaawansowania technologii MEE Źródło: PwC,
11 Poziom zaawansowania technologicznego Źródło: IEA,
12 Przykładowe aplikacje z wykorzystaniem technologii bateryjnych Nazwa, lokalizacja Technologia Moc, MW Energia, MWh Konfiguracja baterii San Diego Gas & Electric (SDG&E), Escondido, Kalifornia, USA Akumulatory litowo - jonowe Southern California Edison, Chino, Kalifornia, USA akumulatory kwasowo-ołowiowe Golden Valley Electric Association (GVEA), Fairbanks, Alaska, USA akumulatory niklowo-kadmowe 40 6,5 Metlakatla Power and Light (MP&L), Alaska, USA akumulatory kwasowo-ołowiowe VRLA 1 1, Ah, 8 równoległych łańcuchów po 1032 ogniwa ogniw, 4 łańcuchy po 3440 ogniw 1134 ogniwa, 100 modułów A75 w łańcuchu Pacificorp Castle Valley, Utah, USA baterie wanadowe 0, modułów po 50 kw AEP Sodium Sulfur Distributed Energy Storage System at Chemical Station, Charleston, West Virginia, USA Long Island, New York Bus Terminal Energy Storage System, NY, USA Brockway Standard Lithography Plant, Homerville, Georgia, USA Puerto Rico Electric Power Authority (PREPA) Battery System, Sabana Llana, Puerto Rico akumulatory sodowo-siarkowe 1 7,2 20 modułów po 50 kw akumulatory sodowo-siarkowe 1,2 6,5 20 modułów po 60 kw akumulatory kwasowo-ołowiowe 2 0,055 akumulatory kwasowo-ołowiowe ogniw, 8 modułów po 250 kw Ah, 6 równ. łańcuchów po 1000 ogniw Futamata, Prefektura Aomori, Japonia akumulatory sodowo-siarkowe stringów x 2 MW Sumitomo Densetsu Office, Osaka, Japonia baterie wanadowe 3 0,8 60 modułów po 50 kw Berliner Kraft- und Light (BEWAG), Berlin, Niemcy akumulatory kwasowo-ołowiowe 17 (8,5)* 14 PJM Interconnection, USA Zasobnik kinetyczny 20 0, Ah, 12 łańcuchów po 590 ogniw 200 kół zamachowych pracujących równolegle Wisconsin Public Service Co., USA SMES 0,8 - - * - 8,5 MW w trybie regulacji częstotliwości, 17 MW w trybie rezerwy 12
13 Magazyny energii elektrycznej moc zainstalowana na świecie Elektrownie wodne pompowe MW, Pneumatyczne zasobniki energii (elektrownie CAES) 440 MW, Akumulatory (baterie) sodowo siarkowe 401 MW, Akumulatory (baterie) litowo-jonowe 238 MW, Akumulatory kwasowo-ołowiowe 80 MW, Akumulatory niklowo-kadmowe 30 MW, Kinetyczne zasobniki energii 25 MW, Baterie przepływowe 46 MW. 13
14 Magazyny energii elektrycznej moc zainstalowana na świecie 14
15 Magazyny energii elektrycznej cel stosowania w systemie elektroenergetycznym Usprawnienie pracy systemu elektroenergetycznego. Główne obszary zastosowań można zestawić w cztery grupy: Wsparcie dla podsektora wytwórczego, Wsparcie dla podsektora przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej, Wsparcie dla odnawialnych źródeł energii, Wsparcie dla odbiorcy końcowego. 15
16 Wsparcie dla podsektora wytwórczego (PW) Regulacja częstotliwości, napięcia, mocy czynnej i biernej w SEE. Głównym założeniem jest potrzeba bardzo szybkiej odpowiedzi na zmieniające się warunki rozpływowe (rozpływy mocy czynnej i biernej) w sieci elektroenergetycznej; z tego powodu technologie tu wykorzystywane muszą charakteryzować się bardzo krótkimi czasami wejścia do pracy i stosunkową dużą pojemnością - technologie tu preferowane to: baterie akumulatorów sodowo-siarkowych i niklowo-kadmowych. Wsparcie dla rynku bilansującego regulacja - technologie tu preferowane to: ogniwa paliwowe SOFC (Solid Oxide Fuel Cells), baterie akumulatorów kwasowo-ołowiowych, pneumatyczne zasobniki energii, elektrownie wodne pompowe. Powiększenie rezerwy systemowej - technologie tu preferowane to: baterie akumulatorów kwasowo-ołowiowych, baterie akumulatorów niklowokadmowych. Wyrównywanie obciążenia elektrycznego systemu (poprawa współczynnika wykorzystania mocy zainstalowanej) - technologie tu preferowane to: baterie akumulatorów sodowo-siarkowych, pneumatyczne zasobniki energii, elektrownie wodne pompowe. Rozruch elektrowni po dużej awarii systemowej - technologie tu preferowane to: pneumatyczne zasobniki energii, elektrownie szczytowo-pompowe, baterie akumulatorów kwasowo-ołowiowych, baterie akumulatorów niklowokadmowych. 16
17 Wsparcie dla podsektora przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej (PiD) Poprawa stabilności systemów przesyłowych i dystrybucyjnych (poprawa zdolności przesyłowych) - technologie tu preferowane to: baterie akumulatorów sodowo-siarkowych, nadprzewodzące zasobniki energii. Usprawnienie procesów sterowania przesyłem energii (kontrola poziomów napięcia) - technologie tu preferowane to: baterie akumulatorów sodowo-siarkowych, nadprzewodzące zasobniki energii. Przesunięcie inwestycji sieciowych w czasie. Właściwe usytuowanie zasobnika energii w systemie może znacznie odwlec w czasie potrzebę przeprowadzenia bardzo kosztownych inwestycji związanych z modernizacją linii przesyłowych i dystrybucyjnych celem dostosowania możliwości technicznych systemu elektroenergetycznego do wzrastającego zapotrzebowania na energię elektryczną - technologie tu preferowane to: baterie akumulatorów kwasowoołowiowych, baterie akumulatorów sodowo-siarkowych, ogniwa paliwowe. 17
18 Wsparcie w obszarze OZE Usprawnienie możliwości sterowania OZE, łatwiejsza integracja z systemem elektroenergetycznym, stabilizacja pracy pojedynczych jednostek generacyjnych bazujących na OZE (łagodzenie negatywnych zjawisk charakterystycznych dla niestabilnej generacji bazującej na OZE np.: efekt migotania napięcia) technologie tu preferowane to: superkondensatory, kinetyczne zasobniki energii, technologie bateryjne. Kompensacja nadwyżek i niedoborów energii (gorąca rezerwa) produkowanej przez duże generacje bazujące na OZE (wsparcie dla lokalnych mikrosieci lub krajowych systemów elektroenergetycznych, wsparcie dla rynku bilansującego) - technologie tu preferowane to: technologie bateryjne, pneumatyczne zasobniki energii, średnioi wysokotemperaturowe ogniwa paliwowe. Przeciwdziałanie stanom dynamicznym, usprawniające pracę hybrydowych układów wytwórczych, np.: w układach turbozespół wiatrowy generator Diesla - technologie tu preferowane to: kinetyczne zasobniki energii, technologie bateryjne, pneumatyczne zasobniki energii. 18
19 Wsparcie dla odbiorcy końcowego (OK) Zwiększenie niezawodności i pewności zasilania - technologie tu preferowane to: baterie VRB, kinetyczne zasobniki energii (kompozytowe) i najczęściej obecnie wykorzystywane w KSE baterie akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Utrzymanie bądź poprawa parametrów jakościowych energii elektrycznej - technologie tu preferowane to: superkondensatory, kinetyczne zasobniki energii, nadprzewodzące zasobniki energii. Pokrywanie szczytowego zapotrzebowania na energię - technologie tu preferowane to: baterie akumulatorów kwasowo-ołowiowych, baterie VRB, jak również baterie akumulatorów niklowo-kadmowych. 19
20 Zestawienie obszarów aplikacyjnych dla technologii ZE 20
21 Kryteria wyboru technologii zasobników energii Zdefiniowana funkcjonalność. Parametry techniczne takie jak: moc układu, pojemność (zdolność magazynowania), sprawność pełnego cyklu, powierzchnia zajmowana przez instalację. Dostępność formacji geologicznych (jeśli jest potrzebna). Gęstość energii. Okres eksploatacji. Sposób przyłączenia do systemu elektroenergetycznego. Poziom niezawodności i wynikająca z niego topologia. Koszty jednostkowe (inwestycyjne + eksploatacyjne). Stopień zaawansowania technologii oraz wpływ na środowisko. Możliwość budowy przy zaangażowaniu krajowego sektora gospodarczego. 21
22 Poziom zaawansowania technologii MEE w ujęciu ekonomicznym - nakłady inwestycyjne dziś (2015) (2015) Źródło: PwC,
23 Poziom zaawansowania technologii MEE w ujęciu ekonomicznym nakłady inwestycyjne jutro (2030) 23
24 MEE koszt jednostkowy energii z MEE Jednostkowy koszt energii z MEE (LCOS) w 2015 roku, (źródło: PwC, w 2014 ) 24
25 MEE koszt jednostkowy energii z MEE Jednostkowy koszt energii z MEE (LCOS) 25
26 MEE koszt jednostkowy energii z MEE Jednostkowy koszt energii z MEE (LCOS) w 2030 roku, (źródło: PwC, w 2014 ) 26
27 MEE koszt jednostkowy energii z MEE Jednostkowy koszt energii z MEE (LCOS), bez subsydiów (źródło: Lazard) 27
28 Szacunkowe koszty bateryjnego zasobnika energii z wykorzystaniem akumulatorów kwasowo ołowiowych, warunki polskie, rok 2010 Parametry techniczne i nakłady inwestycyjne Moc zasobnika 10 MW Liczba przetwornic co najmniej 2 Moc przetwornicy 10 MW Napięcie DC 1000 V Prąd DC 10 ka Czas rozładowania 5 h Liczba monobloków w łańcuchu 500 szt. Liczba łańcuchów 25 Typ akumulatora kwasowo-ołowiowe z płytą pancerną Pojemność akumulatora 2000 Ah Okres eksploatacji akumulatorów 15 lat ( 2000 cykli) Zajmowana objętość Minimum 1750 m 3 (tylko baterie) Koszt inwestycyjny pojedynczego monobloku ok zł Koszty jednostkowy przetwornic energoelektronicznych 1000 zł/kw (1200 zł/kw układ dwukierunkowy) tyrystorowa 1300 zł/kw (1600 zł/kw układ dwukierunkowy) - tranzystorowa Nakłady inwestycyjne zasobnika (akumulatory + Ok. 44 mln przetwornice), zł 28
29 Szacunkowe koszty zasobnika CAES o mocy 15 MW z rurowym (sztucznym) magazynem na sprężone powietrze dla dwóch topologii Air Injection i Inlet Chilling, warunki polskie, rok 2010 Elementy kosztów Wtrysk powietrza (Air Injection) Układ z zamkniętym obiegiem powietrza (Inlet Chilling) Struktura układu Budynki i roboty budowlane zł zł Koszty zakupu wyposażenia, w tym: zł zł - sprężarki NP - sprężarki WP - turbina gazowa - silnik ekspansyjny WP - silnik ekspansyjny NP. - rurowy zasobnik energii - rekuperator Koszty montażu urządzeń cieplno-mechanicznych, w tym: zł zł zł zł zł zł zł zł zł zł zł zł zł zł zł - turbina gazowa silnik ekspansyjny WP silnik ekspansyjny NP Koszty instalacji elektrycznej i sterującej zł zł Koszty pośrednie zł zł Koszt zasobnika Ok. 72 mln zł Ok. 71mln zł 29
30 Podsumowanie Z technicznego punktu widzenia zastosowanie magazynów energii elektrycznej zawsze prowadzi do usprawnienia funkcjonowania systemu elektroenergetycznego. Dokładne przypisanie obszarów aplikacyjnych do poszczególnych technologii umożliwi osiągnięcie celów ekonomicznych. Efektywność ekonomiczna winna być głównym kryterium stosowalności technologii MEE. 30
31 Źródła 1. Paska J., Kłos M.: Techniczne i ekonomiczne aspekty magazynowania energii dla poprawy efektywności wykorzystania OZE na przykładzie elektrowni wiatrowych. Mat. Konf. Aktualne problemy w elektroenergetyce - APE Jurata, czerwiec Paska J., Kłos M., Michalski Ł., Rosłaniec Ł.: Możliwości budowy w warunkach polskich magazynów energii przyłączonych do sieci elektrycznych o pojemności powyżej 50 MWh i czasie przechowywania powyżej 5 godzin. Praca dla PSE Operator SA. Instytut Elektroenergetyki PW. Warszawa, grudzień Paska J.: Zasobniki energii elektrycznej w systemie elektroenergetycznym - zastosowania i rozwiązania. Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review). Nr 9a, ss International Energy Agency (IEA), 2014: Technology Roadmap Energy Storage, Paris Cedex - France. 5. PwC, 2015: calculation made by PwC, Sources for Economics parameters: Agora Energiewende (2014), ISEA Aachen (2012), Fraunhofer IWES, IAEW Aachen, Stiftung Umweltenergierecht (2014), PwC research. 6. Lazard, 2015: Lazard launches levelized cost of energy storage analysis, New York United States of America. 31
32 Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej - ZEiGE Obszary działalności naukowej, badawczej i dydaktycznej: Technologie wytwarzania energii elektrycznej, w tym z wykorzystaniem odnawialnych zasobów energii (OZE) i źródeł rozproszonych (GR). Integracja źródeł odnawialnych i rozproszonych z SEE. Rynek i ekonomika w sektorze elektroenergetycznym. Niezawodność systemów elektroenergetycznych i bezpieczeństwo elektroenergetyczne. Jakość zasilania i jakość energii elektrycznej. Zasilanie układów potrzeb własnych obiektów elektroenergetycznych. Systemy sterowania, nadzoru i wizualizacji w obiektach elektroenergetycznych. 32
33 Dziękuję za uwagę 33
Jak nowe technologie oszczędzają energię
Kilka miesięcy temu przedstawiciele firmy Philips ogłosili, że dzięki wymianie tradycyjnego oświetlenia na półprzewodnikowe (LED) Polska mogłaby uniknąć budowy nowych elektrowni o mocy 2 tys. MW i w sumie zaoszczędzić ok. 12,8 mld zł.
"19 procent energii, którą dziś zużywamy na świecie, pochłaniane jest przez oświetlenie. W mieście oświetlenie konsumuje nawet 50 procent energii. Jeśli uda nam się obniżyć te wskaźniki, zredukujemy znacząco zużycie energii w ogóle", mówił cytowany przez agencję informacyjną Newseria Biznes, Joost Leeflang, dyrektor generalny Philipsa na Europę Środkowo-Wschodnią.
1. Ulica oświetlona lampami LED
Według innych ocen tej firmy, zawartych w raporcie "The LED Lighting Revolution" z 2012 r., światowe zużycie energii na oświetlenie spadnie o ok. jedną trzecią do 2020 r. w porównaniu z 2006 r. Dzięki temu emisja CO2 do atmosfery obniży się o 515 mln ton.
Gdyby zastosować energooszczędną technologię LED (1) we wszystkich instalacjach oświetleniowych na całym świecie, zużycie energii spadłoby o 40 procent. Amerykańskie gospodarstwa domowe zużywają dziś tyle energii elektrycznej, ile w 2001 r.
Tak wynika z danych tamtejszych agencji rządowych odpowiedzialnych za gospodarkę energetyczną - podała na przełomie lat 2013 i 2014 agencja Associated Press.
Zdaniem ekspertów cytowanych przez agencję, jest to głównie zasługa oszczędności i wzrostu energetycznej wydajności urządzeń będących w domowym użyciu. Przeciętne zużycie energii przez powszechne w USA urządzenia klimatyzacyjne spadło od 2001 r. o 20 procent - podało z kolei Stowarzyszenie Producentów Sprzętu Domowego.
W podobnej skali zmniejszyła się energochłonność całego AGD, w tym telewizorów, których ciekłokrystaliczne lub LED-owe wyświetlacze zużywają nawet 80 procent energii mniej niż stary sprzęt. Jedna z amerykańskich agend rządowych sporządziła analizę, w której porównała różne scenariusze energooszczędności.
Z tego, który przewidywał wysokie nasycenie gospodarki technologiami IT, wynikało, że do 2030 r. można by tylko w Stanach Zjednoczonych zredukować zużycie energii w ilości równej produkcji prądu przez trzydzieści 600-megawatowych elektrowni!
LED-y biją rekordy, co pobije
LED-y Innowacje w tej dziedzinie, a więc i szanse na dalsze oszczędności, przyspieszają. Ostatnio firma Cree, Inc. zadziwiła świat kolejnym rekordem wydajności LEDowego źródła światła białego. Udało się jej uzyskać 303 lumeny z wata mocy elektrycznej (2).
2. Tempo wzrostu sprawności LED-ów
To znaczny postęp w porównaniu z poprzednim osiągnięciem tej samej firmy sprzed roku, wynoszącym 276 lumenów z wata. Rekord sprawności LED-owej lampy osiągnięto w temperaturze pokojowej, przy temperaturze barwnej 5150 K i prądzie 350 mA.
Skuteczność świetlna (wydajność świetlna) to stosunek strumienia świetlnego emitowanego przez określone źródło światła do pobieranej przez nie energii w jednostce czasu.
Oto przykładowe skuteczności świetlne różnych źródeł światła: żarówka: 8-10 lm/W, lampa halogenowa: 16 lm/W, świetlówka: 45-104 lm/W, lampa metalohalogenkowa: 85-115 lm/W, wysokoprężna lampa sodowa: 150 lm/W, niskoprężna lampa sodowa: 200 lm/W.
Zgodnie z prognozami, w ciągu najbliższych 10 lat wydajność LED-ów użytkowych ma wzrosnąć 20-krotnie, a ich cena spaść 10-krotnie. Na przewidywany wzrost popularności oświetlenia LED wpłynąć może coraz gorsza opinia o świetlówkach kompaktowych, które migają i przepalają się częściej, niż wynika to z zapewnień producenta.
3. Japoński świecący panel pokryty węglowymi nanorurkami
Zawierają też rtęć, co jest niezgodne z pro-ekologicznymi tendencjami rozwoju technologii.
Coraz więcej profesjonalnych i zaawansowanych technologicznie rozwiązań oświetleniowych z wykorzystaniem LED można spotkać na ulicach miast, w miejscach pracy, na kadłubach samolotów, a nawet na scenach teatralnych.
Laptopy czy telewizory korzystają dziś z tej technologii powszechnie.
Dzięki temu są cieńsze, lżejsze i bardziej energooszczędne niż urządzenia z epoki lamp fluorescencyjnych z zimną katodą (CCFL). W czasie gdy trwa ogólnoświatowa ekspansja lamp LED, w naukowych laboratoriach już pracuje się nad technologiami, które będą jeszcze wydajniejsze i tańsze.
Badacze z japońskiego Uniwersytetu Tohoku skonstruowali np. kilka miesięcy temu panel pokryty węglowymi nanorurkami, który emituje światło, wykorzystując sto razy mniej energii niż LED o porównywalnej jasności (3). Skonstruowane przez profesora Norihiro Shimoi i jego zespół źródło światła przypomina zewnętrznie lampę LED.
Jednak emisja fotonów oparta jest tu na innych fizycznych zasadach. Bardziej przypomina lampy katodowe, wykorzystywane w starych telewizorach. W tym przypadku każda węglowa nanorurka jest taką nanolampą emitującą elektrony, które, padając na luminofor, powodują świecenie.
Prototyp wymaga wysokiego napięcia początkowego (5 tys. woltów), które tworzy silne pole elektryczne i wzbudza emisję elektronów. Jednak łączna moc takiego panelu świetlnego to zaledwie 0,1 wata. Nanorurki prawie pozbawione są oporności elektrycznej, a cały proces jest niezwykle wydajny.
Nie tylko energia elektryczna
Korzystanie z energooszczędnego sprzętu AGD i RTV pozwala znacząco obniżyć rachunki za energię elektryczną - to wiemy już dobrze. Wybór optymalnego i jednocześnie energooszczędnego sprzętu AGD/ RTV ułatwiają etykiety efektywności energetycznej.
4. Etykieta efektywności energetycznej
System etykietowania został wprowadzony na podstawie dyrektywy Parlamentu Europejskiego.
Polska wprowadziła zapisy powyższego aktu prawnego Ustawą z 14 września 2012 r. o obowiązkach w zakresie informowania o zużyciu energii przez wyroby wykorzystujące energię.
Lista urządzeń objętych obowiązkiem etykietowania cały czas uzupełniana jest o kolejne pozycje. Aby móc korzystać z tego udogodnienia, niezbędna jest znajomość symboli znajdujących się na etykietach. Podstawową informację stanowi klasa efektywności energetycznej.
Oznacza się ją literowo, w przedziale 10 klas od A+++ do G. W miarę rozwoju technologicznego na etykietach produktów obecnie oznaczanych w skali od A do G będą pojawiać się klasy A+, A++ i A+++, a znikać klasy najniższe: E, F, G.
Oznaczenia znajdują się na etykietach, na różnokolorowych strzałkach z zachowaniem zasady, że najwyższa klasa ma kolor zielony, a najniższa - czerwony (4).
Przy skalowaniu efektywności energetycznej nie chodzi tylko o zużycie prądu przez urządzenie. W przypadku np. pralki jest to zużycie energii elektrycznej i wody w skali roku, przy 220 standardowych cyklach prania.
Z etykiety znajdującej się na pralce konsument dowie się również o poziomie hałasu wytwarzanego przez dany model, zarówno podczas prania, jak i wirowania. Podobnie ma się rzecz ze zmywarkami do naczyń. Z kolei wybierając lodówkę, oprócz klasy energetycznej użytkownik powinien wziąć pod uwagę swoje realne potrzeby.
O pojemności urządzeń chłodniczych decydujemy, kierując się liczbą użytkowników. Zbyt duża lodówka powoduje niepotrzebne zużycie energii. Przyjmuje się, że na jednego użytkownika wystarczy 60 l pojemności; zatem dla rodziny 4-osobowej powinniśmy wybrać urządzenie o pojemności do 240 l.
W opisanych powyżej przypadkach etykieta to najczęściej naklejka umieszczona z przodu bądź na górnej części każdego egzemplarza produktu wystawionego w punktach sprzedaży. W przypadku lamp, etykieta jest nadrukowana na opakowaniu i informuje nie tylko o klasie efektywności energetycznej, ale również o ważonym rocznym zużyciu energii w kWh na 1 tys. godzin świecenia.
Sieć oszczędza lepiej
5. W pełni zintegrowana architektura Inteligentnej Sieci Domowej
Obecnie technologie oszczędzania energii wykraczają poza wymianę starych żarówek na energooszczędne źródła światła czy kupowanie coraz nowocześniejszych sprzętów AGD.
Specjaliści mówią już o całościowych Inteligentnych Sieciach Domowych. Na rozwiązania ISD składającą się: urządzenia automatyzacji domu, komunikacja i liczniki zaawansowanej struktury pomiarowej (AMI).
Urządzenia automatyzacji domu to np. jeden pilot obsługujący wiele urządzeń, zdalne zarządzanie przez Internet lub aplikacje, kompleksowa ochrona i monitoring, centralne zarządzanie zużyciem energii w domu.
Kolejnym ważnym elementem ISD jest zapewnienie komunikacji urządzeniom zainstalowanym w ramach automatyzacji domu.
Inteligentny licznik pozwala zaś na dwustronną komunikację pomiędzy konsumentem a firmami energetycznymi. W architekturze ISD "bez zdalnego zarządzania" niezbędnym elementem ISD jest brama domowa, umożliwiająca komunikację między inteligentnym licznikiem a urządzeniami w ramach ISD.
Poza podstawowymi funkcjonalnościami bramy domowej, proponowane jest zainstalowanie w niej narzędzi służących bezpieczeństwu domowemu oraz kontroli urządzeń multimedialnych. ISD opierać się może o bezprzewodowe rozwiązania komunikacyjne (np. Wi-Fi lub ZigBee) albo protokoły przewodowe (np. Ethernet, Homeplug).
Architektura ta nie przewiduje możliwości zarządzania siecią przez Interfejs WWW lub aplikację mobilną. Znane są też inne warianty ISD. Np. ten określany jako "brak inteligentnych urządzeń" zakłada w zamian zastosowanie inteligentnych przełączników.
6. Termostat Google - Nest 7. Nowoczesny panel infrastruktury sieci domowej - In-Home Display 8. Wpływ wyświetlaczy domowych na ograniczenie konsumpcji energii
"Brak inteligentnego licznika" zakłada z kolei centralną pozycję bramy domowej, która dostarcza konsumentowi oraz dostawcy energii informacji o zużyciu energii w czasie rzeczywistym. W architekturze "w pełni zintegrowana ISD" (5) również centralną rolę odgrywa brama domowa.
Gromadzi ona informacje na temat rzeczywistego zużycia energii z inteligentnego licznika oraz szacowanych (lub rzeczywistych) wartości zużycia z poszczególnych urządzeń. Wysyła następnie bezprzewodowo zebrane i przetworzone informacje do komputera stacjonarnego, przenośnego lub tabletów.
Informacje są co pewien czas uaktualniane (np. co 15 sekund). W przyszłości w ramach architektury mają zostać opracowane sposoby reakcji inteligentnych urządzeń na fluktuacje cen energii, o których informacje pochodzą od dostawcy energii. Inteligentne urządzenia w sposób automatyczny będą więc opóźniać cykle lub zawieszać niektóre funkcjonalności, do czasu obniżenia ceny energii elektrycznej.
Brama domowa służy do komunikacji między urządzeniami działającymi w ramach ISD oraz siecią WAN lub Ethernet w danej lokalizacji. Pozwala ograniczyć dostęp do konkretnej ISD tylko do urządzeń danego konsumenta.
Zapewnia też autoryzowany dostęp do ISD przez kanał internetowy lub telefon komórkowy, zdalne zarządzanie urządzeniami w ramach ISD za pośrednictwem platformy internetowej. Inteligentny licznik jest elementem pośredniczącym pomiędzy siecią dystrybucyjną a ISD.
Pozwala na scentralizowany i zdalny odczyt informacji o parametrach konsumpcji oraz przesyłanie sygnałów kosztowych i technicznych za pomocą infrastruktury AMI. Podstawową funkcjonalnością inteligentnych liczników jest także umożliwienie konsumentom dostępu do informacji o zużyciu energii elektrycznej w czasie rzeczywistym oraz do danych archiwalnych.
9. Kampus Microsoft w Redmond w Kalifornii
Licznik AMI powinien być wyposażony w standardowy interfejs komunikacyjny pozwalający na dwukierunkową komunikację z ISD lub na dołączenie konwertera sygnału.
Inteligentny, a jakże, termostat (6) z wbudowaną możliwością komunikacji dostosowuje w ISD poziom wykorzystywanej energii elektrycznej do potrzeb na podstawie otrzymanego sygnału od konsumenta lub dostawcy energii, wyświetla bieżącą cenę, rzeczywiste zużycie energii elektrycznej oraz historyczne zużycie energii, umożliwia zdalną aktualizację oprogramowania.
Odbiór informacji o aktualnej cenie energii elektrycznej umożliwia inteligentnym urządzeniom dostosowanie profilu zużycia do cen. Tym samym energochłonne czynności mogą być wykonywane w okresach o niższej cenie za 1 kWh (np. w nocy).
Inteligentne przełączniki kontrolują dostęp danego urządzenia do energii elektrycznej przez gniazdko elektryczne. Umożliwiają dwustronną komunikację z ISD. Pozwalają na zdalne wyłączenie/włączenie danego urządzenia (zarówno przez konsumenta jak i przedsiębiorstwo energetyczne, np. w ramach programu).
10. Sklep Walgreens o zerowym bilansie energetycznym
Panel infrastruktury sieci domowej, In-Home Display (7), to urządzenie służące do odbioru oraz wyświetlania informacji dotyczących cen oraz zużycia energii elektrycznej w czasie rzeczywistym oraz informacji archiwalnych. Wyświetlacz może być urządzeniem przenośnym.
Obecnie oferowane są również znacznie bardziej zaawansowane urządzenia łączące funkcje wyświetlania informacji, zarządzania energią oraz automatyzacji procesów. Wyświetlaczem domowym mogą być także telewizory coraz częściej wyposażane w interfejs LAN.
Ponadto podstawowe funkcjonalności wyświetlacza domowego mogą zostać wbudowane w inne urządzenie, np. inteligentny termostat. Według badań organizacji VaasaETT (8), specjalizującej się w problematyce energetycznej, zainstalowanie wyświetlaczy domowych pozwala na redukcję zużycia energii elektrycznej średnio o 10 procent.
Najwyższą efektywność osiągnięto w Kanadzie. W USA, gdzie konsumpcja energii elektrycznej przypadająca na jednego mieszkańca jest bardzo wysoka, instalacja domowych wyświetlaczy przynosi najniższe efekty (7 procent). Wynik dla Europy wyniósł 10 procent przy obserwowanej dużej zmienności w zależności od kraju.
Funkcjonalności wyświetlacza domowego mogą być realizowane również poprzez interfejs WWW lub aplikację mobilną. W porównaniu z wyświetlaczem domowym interfejs WWW umożliwia zdalny dostęp do informacji, większą funkcjonalność oraz łatwiejszy proces aktualizacji oprogramowania.
Platforma internetowa służyć może także do zdalnej konfiguracji ISD przez Dostawcę Usług ISD, działającego na zlecenie odbiorcy. W serwisie BBC efektami wprowadzenia podobnych systemów inteligentnej infrastruktury energetycznej pochwalił się sam Microsoft.
Na terenie swojego 88-akrowego kampusu w Redmond w Kalifornii (9) firma zainstalowała podobne rozwiązania w 125 budynkach, rozmieszczając 30 tys. urządzeń przeprowadzających 500 mln operacji dziennie. Pozwoliło jej to na oszczędności ok. 10 procent z kosztów energii, a to w praktyce miliony dolarów, które pozostały w kasie firmy.
Inny przykład to duża amerykańska sieć sklepów Walgreens, która wydała 20 mln dolarów na system tego rodzaju, opracowany przez firmę Riptide IO z Kalifornii. Już w pierwszym roku funkcjonowania zmniejszył on rachunki za energię o 14 mln dolarów.
Walgreens znany jest też z pierwszego sklepu (w okolicach Chicago) o "zerowym" bilansie energetycznym (10). Instalacje paneli fotowoltaicznych, turbin wiatrowych i LED-owego oświetlenia sprawiają, że nie potrzebuje on energii z zewnątrz, czyli z sieci energetycznej.
Leave a Reply