Teplo na celý rok – vědci z VŠB-TUO vyvíjejí chytré zásobníky pro obce i města
Zajistit především pro města a vesnice spolehlivé centrální zásobování levným teplem v průběhu celého roku, zejména však v zimním období, pomocí zásobníků tepla je cílem vědců z Fakulty strojní z VŠB-TUO. Tým odborníků pod vedením Stanislava Honuse a Otakara Černého se problematice věnují více než tři roky v rámci projektu Akumulační vodní elektrárna nového typu (AVE) a nyní se jí zabývají také v rámci Energy Lab projektu REFRESH. Výsledkem jsou mimo jiné podané čtyři přihlášky vynálezů a čtyři přihlášky užitných vzorů, připravuje se i přihláška mezinárodního patentu.
Zásobníky tepla slouží ke krátkodobému i dlouhodobému ukládání tepelné energie. Uplatní se zejména tam, kde není možné zajistit dodávku tepla z výrobního zdroje v době jeho potřeby. V minulosti nebyla jejich existence nutná – využívaly se převážně levné a snadno regulovatelné fosilní zdroje jako uhlí a zemní plyn. S přechodem na obnovitelné zdroje se však situace mění a roste potřeba flexibilních řešení pro uskladnění tepla. Vyřešit tuto výzvu s důrazem na efektivitu a minimální ztráty je nezbytnou podmínkou pro ekologizaci vytápění.
„Vypracovali jsme podrobný optimalizační výpočet pro dimenzování soustavy zásobníkových nádrží v zásobníku tepla i zjišťování jeho výkonnostních a nákladových parametrů. Lze přitom volit různé vstupní údaje, jako rozměry a počet zásobníkových nádrží, teploty uvnitř a vně zásobníku, různé druhy, kvalitu a uspořádání tepelné izolace, ceny materiálu nádrží a tepelné izolace, příkony energie,“ přiblížil některé z dosavadních výsledků Stanislav Honus z Fakulty strojní a vedoucí výzkumného programu Využití druhotných surovin a alternativních zdrojů energie v Energy Lab.
Tým dále vytvořil model pro simulaci reálného provozu zásobníků tepla. Zahrnuje vývoj teploty vody, spotřebu tepla na vytápění a ohřev vody, tepelné ztráty i počet zásobovaných domácností v průběhu celého roku. Výpočty zohledňují různé faktory, jako jsou rozměry zásobníku, kvalita izolace či způsob odběru tepla.
„Díky tomu získáváme velmi podrobné údaje pro projektování zásobníků tepla v nejrůznějších klimatických podmínkách. Modulové uspořádání zásobníkových nádrží umožňuje vybudovat zásobník tepla ze sériových modulů podle velikosti vytápěného bytového sídliště a umístit jej na nejbližší vhodné parcele,“ objasnil Otakar Černý.
Zásobníky tepla jsou klíčové i s ohledem na rozvoj obnovitelných zdrojů energie, zejména větrných a fotovoltaických elektráren, jejichž výkon je ale velmi závislý na počasí a denní době. S tím roste nesoulad mezi výrobou a spotřebou energie v průmyslu i domácnostech.
„Zajišťování výkonové rovnováhy pomocí bateriových systémů, mezinárodních transferů elektrické energie či agregace spotřebitelů energie je drahé a nedostačující. Zásobníky tepla umožňují přijímat energii k ohřevu vody z nejrůznějších uvedených zdrojů a naopak poskytovat teplo prostřednictvím výměníků kdykoliv a v množství dle potřeby vytápěných objektů. Mohou být cíleně zásobovány energií nejlépe z trvalého zdroje energie, který tak pracuje rovnoměrně a s nejvyšší účinností. Mohou však být napájeny i z přebytků elektrické nebo tepelné energie v době, kdy jejich zdroje nemají jiné výhodné využití, což významně zvýší efektivitu obtížně regulovatelných zdrojů, které například při náhlém nárůstu výroby nebo poklesu spotřeby nebudou muset samy platit odběratelům za to, že odeberou energii,“ vysvětlil Černý.
S využitím účinné tepelné izolace s plynotěsným pláštěm, která efektivně pokryje povrch celé soustavy modulů, může být teplo uskladněno v zásobníku tepla i dlouhodobě pro sezónní využití v zimním období. Nejlepší účinnosti, například až 95 procent, lze dosáhnout při větší velikosti zásobníku a jeho využití jak k celoročnímu kolísavému odběru tepla pro ohřev vody, tak k sezónnímu zimnímu vytápění.
„Jelikož máme zájem ukládat v přečerpávané vodě odpadní teplo vznikající při přečerpávání, mohou být soustavy modulů opatřeny tepelnou izolací, která bude výrazně snižovat ztráty tepla. Cílem je, aby se přečerpávaná voda mohla ohřát až na teplotu vhodnou k vytápění přilehlých bytových komplexů, to je alespoň na 55 až 75 °C. Přečerpávací elektrárny mohou být bezpečně stavěny poblíž obytných oblastí. Proto je výhodné použít zásobníky tepla se stejnou modulovou konstrukcí i v rámci těchto elektráren,“ řekl Honus, který je i spoluautorem podaných patentů.
