75.000 m3 uzdatnionej wody dla solarnego systemu grzewczego

Energia solarna

Energia solarna bez wątpienia jest jednym z dominujących źródeł pozyskiwania energii w przyszłości. Rosnące ceny energii, zwiększona troska o środowisko oraz coraz doskonalsze technologie już umożliwiły opłacalną produkcję energii cieplnej i elektryczności przy użyciu energii słonecznej. Są to rozwiązania nie tylko ekologiczne i neutralne klimatycznie, ale również mające niski całkowity koszt użytkowania (TCO).

Przedsiębiorstwo ciepłownicze w Marstal testowało rozwiązanie na niedużym pilotowym solarnym systemie ogrzewania przez kilka lat. W roku 2011 zadecydowano o rozbudowie istniejącego systemu, tak aby dostarczał energii solarnej dla połowy populacji Marstal przez cały rok.

Montaż solarnych paneli grzewczych na przedmieściach Marstal. (Zdjęcie: Erik Christensen, Wikipedia.org, CC type BY-SA 3.0)

Produkcja energii odnawialnej z magazynowaniem ciepła

Ogrzewanie słoneczne jest efektywnym źródłem energii, ale działa tylko wtedy, gdy świeci słońce. Co więc można zrobić, gdy niebo jest zachmurzone lub zimą, gdy jest mniejsze nasłonecznienie? Wtedy pomaga magazyn energii.

W celu zapewnienia energii cieplnej przez cały rok należy wykorzystać zbiornik buforowy, który może magazynować ciepło.

Magazyn ciepła, w uproszczeniu, to duży zbiornik wodny, w którym woda jest podgrzana do temperatury 75 - 85°C przez solarne panele grzewcze. Temperatura wody jest wynikiem konieczności kompromisu pomiędzy efektywnością i wydajnością z uwzględnieniem czynników środowiskowych.

Źródła i jakość wody

Firma konsultingowa przeprowadziła wstępne badania gleby oraz możliwości pozyskania odpowiedniej objętości wody.

Pierwszym rozważanym rozwiązaniem była możliwość wykorzystania uzdatnionych ścieków z pobliskiej oczyszczalni. Niestety okazało się, że umieszczenie zbiornika ze ściekami nad podziemnymi źródłami wody pitnej może spowodować istotne problemy a zanieczyszczenia zawarte w ściekach negatywnie wpływać na urządzenia techniczne. Dodatkowo należałoby zbudować rurociąg o długości 1,5 km biegnący w poprzek dróg i obszarów zabudowy.

Zbadano też możliwość dostarczenia przez wodociągi Aeroe wody pitnej w wymaganej objętości, lecz okazało się to niemożliwe w wymaganym czasie.

W rezultacie przedsiębiorstwo ciepłownicze w Marstal zwróciło się do EUROWATER dla znalezienia przyszłościowego i bezpiecznego rozwiązania. W wyniku szczegółowej analizy okazało się, że woda zasilająca powinna być tłoczona z pobliskich źródeł głębinowych, następnie podlegać filtracji w filtrach ciśnieniowych i zmiękczeniu dla uzyskania odpowiedniej jakości wody.

Ponieważ napełnienie systemu tak dużą objętością wody w wymaganym czasie było jednorazowe, idealnym rozwiązaniem było wykorzystanie mobilnej stacji uzdatniania wody dla szybkiego uruchomienia systemu ogrzewania solarnego.

Bardzo duża dziura w ziemi

75.000 m3 wody zajmuje bardzo dużo miejsca. Dokładnie mówiąc jest to jezioro o powierzchni 18.000 m2 i głębokości 16 metrów w najgłębszym miejscu. Wydobycie ziemi pod odkrywkę trwało oczywiście długo i przedstawiało imponujący widok.

Po wykonaniu odkrywki została ona wyścielona grubą zgrzewaną warstwą plastikowej folii dla izolacji oraz zapobieganiu wyciekom wody. Następnie uruchomiona została mobilna stacja uzdatniania wody, która w 70 dni napełniła magazyn ciepła zmiękczoną wodą o wymaganej jakości. Na koniec prac zbiornik został przykryty pokrywą izolującą z mat piankowych.

Excavation of the heat storage pit. On the left is the 16 m high nozzle. (Photo: Leo Holm)

Uzdatnianie wody

W solarnych systemach grzewczych czynnik obiegowy w panelach solarnych jest ogrzewany przez słońce. Następnie pozyskana energia podgrzewa przez wymiennik ciepła i pompę ciepła wodę grzewczą obiegową.

W magazynie ciepła SUNSTORE 4 panele solarne ogrzewają równocześnie obiegową wodę ciepłowniczą i sam magazyn ciepła. W tym celu założono zamierzony nadmiar mocy w aktywnych słonecznie miesiącach.

Woda z magazynu ciepła (woda ciepłownicza) przepływa rurociągami przez wymienniki ciepła i pompy ciepła, co wymaga jej odpowiedniej jakości dla uniknięcia korozji i osadów w instalacji.

Woda surowa pochodząca ze źródeł głębinowych nie może być bezpośrednio wykorzystana w magazynie ciepła. Musi zostać najpierw zmiękczona w procesie, który usuwa wapń i magnez. Zmiękczanie może zostać przeprowadzone bez użycia chemikaliów w procesie wymiany jonowej przy założeniu, że dostępna woda odpowiada jakościowo wodzie pitnej. Dlatego konieczne było uprzednie wstępne  uzdatnienie dla pozbawienia żelaza i manganu w filtrach ciśnieniowych przed procesem zmiękczania.

Zainstalowane zostały dwa pracujące równolegle filtry ciśnieniowe z trzema stacjami wymiany jonowej w trybie pracy ciągłej. Pomimo konieczności cogodzinnego płukania filtrów i regeneracji stacji wymiany jonowej możliwe stało się uzyskanie stabilnego zasilania magazynu ciepła wodą zmiękczoną.

Dostawa i montaż tymczasowej stacji uzdatniania wody. (Zdjęcie: Svend Flensborg)

Magazyn ciepła jest prawie napełniony wodą zmiękczoną przed założeniem pokrywy. Na środku jeziora widoczna jest dysza. (Zdjęcie: Leo Holm)