Znaczenie granic systemu przy ocenie efektywności energetycznej systemów ciepłowniczych

Wprowadzenie

Ocena efektywności energetycznej układów sieci ciepłowniczych wymaga starannego rozważenia granic systemu, ponieważ wnioski dotyczące wydajności systemu mogą się znacznie różnić w zależności od tego, jak szeroko lub wąsko system jest zdefiniowany. Chociaż wąskie skupienie się (np. tylko na sieci dystrybucyjnej) może pokazać, że jeden system jest bardziej wydajny, rozszerzenie granicy, aby obejmować wytwarzanie ciepła lub systemy użytkownika końcowego, może odwrócić ten wniosek.
Przykłady pokazują, jak obniżenie temperatur roboczych może skutkować niewielkim wzrostem wydajności w wąskiej granicy (np. o 5% mniejsze straty ciepła), ale znacznie większymi ulepszeniami i korzyściami ekonomicznymi (np. wzrost wydajności systemu o 29% i ponad 17-krotnie większe oszczędności kosztów) w całym systemie.

W opracowaniu technicznym podkreślono również rolę instalacji technicznych budynków (BTI) i zachowań użytkowników końcowych, pokazując, że zoptymalizowane BTI i zaangażowanie użytkowników mogą nie tylko prowadzić do niższego zapotrzebowania na ciepło, ale także do obniżenia temperatur roboczych, co z kolei może prowadzić do znacznych redukcji kosztów i poprawy ogólnej wydajności systemu.

Aby naprawdę zrozumieć i maksymalizować wartość usprawnień efektywności w systemach ciepłowniczych, konieczne jest przyjęcie szerokiego, holistycznego podejścia do granic systemu, które uwzględnia wpływy na etapie produkcji i konsumpcji. Takie podejście nie tylko ujawnia większe korzyści w zakresie wydajności, ale także wspiera przejście na niskoemisyjne, odnawialne systemy zasilania ciepłem, zwiększając zrozumienie tego, w jaki sposób różne elementy systemu energetycznego wpływają na siebie nawzajem.

Wstęp

Pracując w branży ciepłowniczej, często słyszymy pytanie: Co definiuje wydajny układ sieci ciepłowniczej? Na pierwszy rzut oka powinno to być łatwe pytanie do odpowiedzi za pomocą prostych stwierdzeń, takich jak: System, który charakteryzuje się niskimi stratami ciepła, kosztami, emisjami lub wysokim udziałem odnawialnych źródeł energii… Rzeczywistość jest jednak nieco bardziej złożona. Aby prawidłowo rozwiązać to pytanie, musimy zdefiniować granice systemu, a także parametry oceny wydajności systemu, ponieważ mogą one znacząco wpłynąć na wniosek o tym, czy system jest wydajny. Niniejsze opracowanie techniczne koncentruje się przede wszystkim na efektywności energetycznej i w stosownych przypadkach na efektywności kosztowej.

Historiczny rozwój centralnego układu chłodzenia opisano w [8], gdzie 1. generacja to przemysłowy układ chłodniczy, a następnie 2. generacja, która zmienia medium dystrybucyjne na wodę i stosuje ekonomię skali, 3. generacja, która jest definiowana przez dywersyfikację źródeł chłodzenia, a 4. generacja, która umieszcza sieci chłodnicze w inteligentnym systemie energetycznym. W przeciwieństwie do systemów ciepłowniczych, systemy chłodnicze są zazwyczaj budowane do zaspokajania zapotrzebowania na chłodzenie w dużych budynkach przez cały rok, takich jak budynki biurowe, centra handlowe i budynki, które oprócz obciążeń związanych z chłodzeniem ze względu na warunki klimatyczne mają zapotrzebowanie na chłodzenie ze względu na wewnętrzne wzrosty ciepła, takie jak wentylacja, kontrola wilgotności i działanie urządzeń elektronicznych.
Wraz z przejściem z sieci ciepłowniczych opartych na paliwach kopalnych ogrzewanie sieciowe jest dobrze pozycjonowane, aby stać się wiodącym systemem dostarczania ciepła do obszarów miejskich w regionach z dominującym zapotrzebowaniem na ciepło. Pytanie pozostaje jednak, w jaki sposób odpowiednia sieć ciepłownicza jest porównywana z indywidualnymi pompami ciepła do zastępowania ogrzewania gazem ziemnym w regionach z zapotrzebowaniem zarówno na ogrzewanie, jak i chłodzenie. Zaletą indywidualnych pomp ciepła w ciepłych klimatach jest niemalże zastąpienie jeden-do-jednego istniejących kotłów gazowych oraz prosta zmiana zasilania energią napędową z sieci gazowej na sieć energetyczną odatkowo, pompa ciepła umożliwi zaspokojenie zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową (CWU), ogrzewanie pomieszczeń i chłodzenie za pomocą tego samego urządzenia. Ta indywidualna elektryfikacja zapotrzebowania na ciepło może jednak stwarzać wyzwania dla sieci energetycznej, a mianowicie wymagać potencjalnego wzmocnienia sieci oraz dużej zdolności do generowania energii odnawialnej, która będzie nieaktywna przez dużą część roku ze względu na sezonowość zapotrzebowania na ciepło w budynkach.