Μελέτη εγκατάστασης υβριδικού συστήματος παραγωγής ενέργειας με Α.Π.Ε. σε κτίρια

Abstract

Κύριος σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη διείσδυσης υβριδικών μορφών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στον κτιριακό τομέα και πιο συγκεκριμένα στον εμπορικό κτιριακό τομέα. Ειδικότερα μελετάται η περίπτωση υβριδικού συστήματος συμπαραγωγής φωτοβολταϊκών. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο τρόπος εκτίμησης των θερμικών ψυκτικών και ηλεκτρικών φορτίων του κτιρίου με βάση τα δομικά χαρακτηριστικά και το γεωγραφικό σημείο που βρίσκεται η εγκατάσταση. Η εκτίμηση πραγματοποιείται μέσω ενός υπολογιστικού κώδικα που αναπτύχθηκε στο Mathcad και συνεκτιμά την ανταλλαγή θερμότητας του κτιρίου με το εξωτερικό και με το εσωτερικό περιβάλλον. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η φωτοβολταϊκή τεχνολογία καθώς και η τρόποι ένταξης των φωτοβολταϊκών συστημάτων σε κτίρια. Επίσης περιγράφεται ο τρόπος υπολογισμού της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας σε οριζόντιο ή κεκλιμένο επίπεδο μιας τοποθεσίας. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια αναλυτική περιγραφή της συμπαραγωγής και τριπαραγωγής. Επίσης παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της τεχνολογίας, καθώς και η κατά περίπτωση χρήση των προς επιλογή συστημάτων. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του υπολογισμού φορτίου για ένα υποθετικά υπό ανέγερση ξενοδοχείο στην περιοχή της Αθήνας. Επίσης, εκτιμώνται τα οικονομικά μεγέθη για τέσσερεις περιπτώσεις κάλυψης του φορτίου. Οι τέσσερεις αυτές περιπτώσεις είναι: α) Κάλυψη θερμικού φορτίου από κοινό λέβητα φυσικού αερίου, ψυκτικού φορτίου από κοινή κεντρική κλιματιστική μονάδα που λειτούργει με ηλεκτρισμό και κάλυψη των ηλεκτρικών αναγκών από το εθνικό δίκτυο ηλεκτροδότησης. β) Κάλυψη θερμικών φορτίων αποκλειστικά από μονάδα συμπαραγωγής και ψυκτικών φορτίων από ψύκτη απορρόφησης, συμπληρωματική ηλεκτροδότηση από εθνικό δίκτυο. γ) Κάλυψη θερμικών φορτίων από κοινό λέβητα αερίου, ψυκτικών φορτίων από ηλεκτρική ψυκτική μονάδα και ηλεκτροδότηση από φωτοβολταϊκά εγκατεστημένα στην οροφή του κτηρίου με παράλληλη σύνδεση στη ΔΕΗ. δ) Κάλυψη θερμικών φορτίων από λέβητα συμπαραγωγής, ψυκτικών φορτίων από ψύκτη απορρόφησης και ηλεκτροδότηση από την μονάδα συμπαραγωγής και από φωτοβολταϊκά εγκατεστημένα στην οροφή του κτηρίου με παράλληλη σύνδεση στη ΔΕΗ. Τα αποτελέσματα της σύγκρισης των σεναρίων υποδεικνύουν ως οικονομικά συμφέρουσα λύση την (γ), χωρίς όμως να αποκλείονται οι περιπτώσεις (β) και (δ). Πιο συγκεκριμένα φαίνεται πως η συνεισφορά του φωτοβολταϊκού συστήματος στην υβριδική περίπτωση (δ) μειώνει αισθητά τον χρόνο απόσβεσης της επένδυσης. Η περίπτωση (δ) είναι η ενεργειακά συμφέρουσα καθώς εκμεταλλεύεται την αποβαλλόμενη ενέργεια από την παραγωγή θερμότητας, οπότε θα ήταν καλό να μελετηθούν επιπλέον χρηματοδοτικά προγράμματα για αύξηση των επενδύσεων σε τέτοιου τύπου συστήματα, ώστε να καταστούν και οικονομικά πιο αποδοτικά.

The main purpose of this paper is to study penetration of hybrid forms of renewable energy in the building sector and more specifically in the commercial building sector. Specifically considering the case of hybrid solar cogeneration system. The first chapter shows how to estimate the thermal cooling and electrical loads of the building based on the structural characteristics and the geographical point in the installation. The assessment is made through a computer code developed in Mathcad and takes the heat exchange building with external and internal environment. The second chapter discusses the photovoltaic technology and the ways of integration of photovoltaic systems in buildings. It also describes the calculation of incident solar energy in horizontal or inclined plane of a site. The third chapter is a detailed description of cogeneration and trigeneration. It also presents the advantages and disadvantages of technology, and occasional use of systems to choose from. The fourth chapter presents the results of the calculation load for a hypothetical hotel under construction in Athens. Also, the estimated financial figures for four cases cover the load. These four cases are: a) Coverage heat load from a common gas boiler, cooling load by a common central air conditioning unit that runs on electricity and meet the electrical needs of the national grid. b) Coverage thermal loads exclusively by CHP and cooling loads by absorption chiller, additional power supply from national grid. c) Coverage thermal loads from common gas boiler, cooling loads by electric refrigeration unit and electricity by photovoltaics installed on the roof with a parallel connection to the PPC. d) Coverage thermal loads of the cogeneration boiler, cooling loads by absorption chiller and electricity from cogeneration and solar panels installed on the roof with a parallel connection to the PPC. The results of the comparison of scenarios suggest a cost effective solution (c), but does not exclude the cases (b) and (d). More specifically, it appears that the contribution of the photovoltaic system in the hybrid case (d) reduces the payback on investment. The case (d) is the energy interests and operates a waste energy from the heat, so it would be good to consider additional funding programs to increase investment in this type of systems to become more economically and efficiently.