HeatTank – sistem de stocare a energiei termice

Sistemul utilizează materiale cu schimbare de fază pentru a optimiza sistemele de climatizare, reducând costurile cu energia și emisiile

În termodinamică și aplicațiile ei se numește fază o componentă omogenă din punct de vedere fizic și chimic a unui sistem eterogen. Adesea se confundă noțiunea de „fază” cu cea de „stare de agregare”. O stare de agregare este o formă a materiei caracterizată prin anumite proprietăți fizice macroscopice. De exemplu, un sistem compus din apă și gheață constă din două faze, în două stări de agregare diferite (una lichidă și cealaltă solidă); un sistem compus din apă și ulei constă și el din două faze, dar ambele în aceeași stare de agregare (lichidă), sistemul fiind un lichid multifazic.

https://ro.wikipedia.org/wiki/Faz%C4%83_(termodinamic%C4%83)

Stocarea energiei rămâne una dintre cele mai importante provocări în tranziția economiilor la energii regenerabile. În prezent, o cantitate semnificativă de energie este utilizată pentru climatizarea clădirilor. De fapt, aproape jumătate din emisiile de gaze cu efect de seră asociate clădirilor sunt rezultatul încălzirii, ventilației și aerului condiționat (HVAC). Clădirile, la rândul lor, reprezintă 39% din emisiile globale de gaze cu efect de seră legate de energie. Ca răspuns, clădirile sunt dotate din ce în ce mai mult cu sisteme de stocare a energiei termice care „netezesc” curbele de consum și optimizează climatizarea pe tot parcursul zilei. În mod tradițional, aceste sisteme funcționează prin modificarea temperaturii apei stocate în rezervoare imense, care sunt scumpe și ineficiente. Totuși, această metodă s-ar putea schimba curând.

Stocând energie atunci când consumul este redus și eliberând-o în perioadele de vârf, sistemul HeatTank ajută la reducerea emisiilor de carbon, economisind în același timp și bani prin reducerea costurilor cu energia. În esență, sistemul permite reducerea consumului de energie în perioadele în care acesta are cel mai ridicat preț. În plus, prin reglarea mai constantă a temperaturilor interioare, tehnologia reduce cantitatea totală de energie consumată.

De formă dreptunghiulară, unitatea de stocare are un volum cu 90% mai redus decât versiunile actuale pe bază de apă, ceea ce o face potrivită chiar și pentru clădiri relativ mici. În plus, sistemul este cu 20-40% mai eficient decât cele convenționale.

Compania se concentrează în prezent pe rețele de încălzire și răcire centralizată, sisteme de climatizare din centre de date, clădiri comerciale și de birouri și motoare termice pe gaz, toate bazându-se în principal pe HVAC în mare parte a anului. Pentru centrele de date, un interval de putere de răcire chiar și de cinci minute poate produce daune semnificative, ceea ce HeatTanks poate preveni, furnizând imediat energie de rezervă în caz de urgență.

Motoare termice pe gaz

De obicei, motoarele pe gaz funcționează într-un sistem de centrală electrică virtuală. Înseamnă că generarea de energie electrică este mai importantă decât generarea de căldură, deci generarea de căldură este fluctuantă și diferă în timp față de necesarul de căldură. În plus, cea mai mare problemă cu motoarele pe gaz este că după ce se opresc există o cantitate mare de căldură remanentă în materialul supraîncălzit al motorului (căldură latentă) și, de obicei, nu poate fi folosită din cauza temperaturii prea scăzute a apei utilizată ca lichid de lucru.

Atunci când generarea de căldură a motorului pe gaz este prea mare sau nu este nevoie de căldură, HeatTank o poate stoca pentru o utilizare ulterioară. Când motorul funcționează, structura de oțel se încălzește până la 150-200°C. Când motorul este oprit, căldura rămâne în structura metalică. O proporție importantă din această căldură ar putea fi recuperată prin intermediul apei, dar, în timp, temperatura acesteia ar fi prea scăzută pentru a fi folosită pentru încălzirea motorului. HeatTank face posibilă recuperarea aproape integrală a căldurii remanente a motorului prin creșterea temperaturii sistemului de stocare.

Studiu de caz: E.ON Energy Ungaria

„La E.ON Ungaria, sistemul propriu HeatTank funcționează din februarie 2020 pentru recuperarea căldurii motorului pe gaz. Motorul pe gaz funcționează într-un sistem Virtual Power Plant, astfel încât generarea de energie electrică necesită mult mai multă flexibilitate decât generarea de căldură, astfel încât (generarea de căldură și) necesarul de căldură nu coincid. Cu HeatTank putem economisi căldura reziduală atunci când generarea este prea mare sau nu este nevoie de căldură. În plus, după ce motorul pe gaz este oprit, blocul motor păstrează o cantitate uriașă de căldură. De obicei, aceasta nu poate fi ulterior folosită deoarece temperatura lichidului de lucru nu ar fi suficientă, dar prin intermediul sistemului nostru de stocare putem încălzi ulterior lichidul de lucru utilizând căldura reziduală pre-stocată”.
E.ON Energy

Soluţie: 1 HeatTank 50-1

• Capacitate: 50 kWh
• Putere maximă: 200 kW
• Volum exterior: 1,84 m³
• Conexiuni: DN 42
• Greutate totală: 1.516 kg

Sarcini:

• Stocarea căldurii suplimentare
• Economisirea căldurii remanente

Economii totale: 4.233 euro/an

ROI (recuperarea totală a investiției): 2 ani

Sisteme centralizate de încălzire și răcire

Este întotdeauna mai eficient să se producă energie într-un loc, concentrat, cum ar fi în cazul sistemelor de încălzire și de răcire. În cazul acestor sisteme, stocarea energiei termice este esențială. Soluția bine-cunoscută este stocarea apei calde. Cu toate acestea, metoda necesită mult spațiu. Numărul sistemelor de termoficare urbană (DCS) este în creștere rapidă, dar acestea întâmpină multe provocări tehnice: gestionarea vârfurilor de sarcină, lipsa spațiului, optimizarea dimensiunii centralei și securitatea distribuției.

Prin utilizarea HeatTank în locul stocării apei calde, dimensiunea unității de stocare poate fi redusă cu 60%, iar datorită temperaturii optime de stocare și a performanței mai mari, eficiența energetică crește cu 20-40%. HeatTank poate îmbunătăți eficiența energetică a sistemelor centralizate, deoarece acestea ar putea să producă energie termică numai atunci când generarea este cea mai eficientă, cea mai ieftină sau chiar gratuită. În plus, unitățile HeatTanks pot fi amplasate nu doar în apropierea unității centrale de distribuție, ci și în ramuri separate ale rețelei. Procedând astfel, este posibilă oprirea unor ramuri ale rețelei în caz de necesitate, de asemenea, se reduc pierderile de căldură prin conducte și necesarul de energie de pompare. Unitățile de stocare centrale de dimensiuni mari pot funcționa și ca centrală virtuală și pot satisface, integral sau în parte, cererea de energie de la un anumit moment.

Clădiri

Există multe probleme legate de sistemele de răcire. Sistemele de răcire funcționează cu o eficiență variabilă pe perioada unei zile. În prima parte a zilei, necesarul de răcire crește constant din cauza creșterii temperaturii exterioare. De obicei, sistemele sunt supradimensionate, funcționează cu o eficiență redusă, departe de valoarea de proiectare, pornesc și se opresc destul de des, ceea ce le reduce ciclul de viață. De asemenea, asigurarea securității operaționale este esențială. Soluția poate fi tehnologia HeatTank.

Gestionarea eficientă a energiei termice și eficientizarea sistemelor de climatizare sunt cruciale în cazul clădirilor. Reducerea consumului de energie și implicit reducerea costurilor de exploatare reprezintă un prim avantaj. Al doilea, și poate cel mai important avantaj, este certificarea clădirilor de birouri. Conform LEED (Leadership in Energy and Environmental Design este cel mai utilizat sistem global de evaluare a clădirilor verzi), două dintre cele cinci categorii principale privind certificarea sunt sustenabilitatea și utilizarea energiei. Tehnologiile inovatoare înseamnă și puncte suplimentare. În plus, HeatTank asigură două beneficii suplimentare. Dacă la proiectarea sistemelor de climatizare se includ soluții HeatTank, pentru a acoperi cererea va fi suficient un sistem cu capacitate mai redusă de încălzire și răcire, deoarece HeatTank poate gestiona vârfurile de consum. Datorită reducerii dimensionale, întregul lanț va deveni mai ieftin (cabluri electrice, echipamente, UPS, ventilatoare, țevi, fitinguri, pompe etc.). De asemenea, HeatTank poate reduce și cererea de energie electrică. În afară de costul ridicat al investiției, supradimensionarea ridică și alte probleme. Sistemele de climatizare vor funcționa la valori departe de valorile de proiectare, cu o eficiență redusă, vor porni și se vor opri destul de frecvent, ceea ce va reduce ciclul de viață și vor necesita mai multe lucrări de întreținere.

Studiu de caz: școală

Soluţie: 7 unități HeatTank 50-1

• Capacitate: 50 kWh
• Putere maximă: 200 kW
• Volum exterior: 1,84 m³
• Conexiuni: DN 42
• Greutate totală: 1.516 kg

Sarcini:

• Acoperirea necesarului timp de 1-2 ore
• Acoperirea cererii de vârf timp de 4-8 ore
• Reducerea vârfurilor de sarcină cu 30%

Reducerea cu 30% a capacității sistemului de răcire, deoarece vârfurile sunt acoperite de HeatTank

Reducerea costurilor prin reducerea capacității sistemului de răcire: 60.000 euro

Costul total al sistemului: 110.000 euro

Costul redus al sistemului: 50.000 euro

La construirea unui sistem nou sau la modernizarea unui sistem existent, datorită reducerii vârfurilor de sarcină, se reduce capacitatea sistemului, rezultând o economie de 1.000 euro/kW. În acest caz, înseamnă că prețul întregului sistem va fi de 50.000 euro în loc de 110.000 euro.

Economii de energie electrică: 13,2%

Economii totale: 15.000 euro/an

ROI (recuperarea totală a investiției): 2,6 ani

Studiu de caz: hotel

Soluție: 7 unități HeatTank 50-1

• Capacitate: 50 kWh
• Putere maximă: 200 kW
• Volum exterior: 1,84 m³
• Conexiuni: DN 42
• Greutate totală: 1.516 kg

Sarcini:

• Acoperirea necesarului timp de 4-5 ore
• Reducerea vârfurilor de sarcină cu 10%

Costul total al sistemului: 172.000 euro

Costul redus al sistemului: 32.100 euro

La construirea unui sistem nou sau la modernizarea unui sistem existent, datorită reducerii vârfurilor de sarcină, se reduce capacitatea sistemului, rezultând o economie de 1.000 euro/kW. În acest caz, înseamnă că prețul întregului sistem va fi de 32.100 euro în loc de 172.000 euro.

Economii de energie electrică: 17%

Economii de energie electrică: 38.800 euro/an

Economii prin reducerea costurilor de operare și întreținere: 1.820 euro/an

Economii totale: 40.620 euro/an

ROI (recuperarea totală a investiției): 3,8 ani

În timp ce o mare parte din atenție s-a concentrat pe stocarea energiei electrice în baterii, HeatVentors susține că stocarea energiei termice este la fel de importantă, dacă nu chiar mai mult. Conform statisticilor citate de companie, numai în Europa, 20 de miliarde de euro ar putea fi economisite în fiecare an prin stocarea optimizată a energiei termice. Stocarea de energie termică este, de asemenea, o afacere de nivel mare, piața globală fiind estimată să ajungă la 51,3 miliarde de dolari (aproximativ 50,4 miliarde de euro) până în 2030. Acum este momentul ideal pentru perfecționarea tehnologiei, atât în beneficiul planetei, cât și din perspectivă economică.

Sursa: heatventors.com