Technologia mikrotrigeneracji Panasonic w Mirai Clinic

Inwestor Mirai Clinic, nowoczesnej specjalistycznej kliniki z Otwocka, wysoko postawił poprzeczkę w zakresie źródła energii w swoim budynku, oczekując spełnienia szeregu wymagań technicznych, środowiskowych i ekonomicznych. Inwestor chciał uzyskać zrównoważony efekt zapewniający minimalne zużycie energii z zapewnieniem poszanowania środowiska przy zachowaniu optymalnej stopy zwrotu z inwestycji (ROI). Dodatkowym istotnym elementem było zapewnienie bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej, chłodu oraz ciepła ze względu na obiekt szpitalny. Ponadto technologia powinna zapewniać niską głośność z uwagi na sąsiednie budynki mieszkalne.

Otwartość inwestora na innowacyjne rozwiązania sprawiła, że Panasonic zaproponował rozwiązanie unikatowe. Wyzwaniem okazało się przekonanie projektanta do rozwiązania (obliczenia, spotkania), tym bardziej, że był to pierwszy taki projekt w Polsce, a w pewnych aspektach nawet na świecie.
Zastosowane rozwiązanie jest unikatowe – pierwsze na świecie, gdzie efektywnie połączono trzy technologie:
• GHP – gazowe pompy ciepła,
• MCHP – mikrokogenerację,
• adsorpcję – produkcję chłodu z ciepła odpadowego + freecooling.
Dzięki temu maksymalnie wykorzystano wyprodukowaną energię, w tym ciepło odpadowe (GHP + MCHP) przy całorocznym zapotrzebowaniu obiektu na energię elektryczną, ciepło oraz chłód.
Zastosowano system adsorpcji, który wykorzystuje w 100% potencjał systemów GHP oraz MCHP i podnosi ich sprawność, wykorzystując bardziej efektywnie nadwyżkę ciepła odpadowego do produkcji dodatkowej ilości chłodu. Układ zapewnia skojarzoną równoczesną produkcję chłodu, ciepła i energii elektrycznej.

Sprawność układu jest dużo większa od typowej trigeneracji, ponieważ sprawność poszczególnych elementów (GHP, MCHP, adsorpcja) jest większa w porównaniu do dużego układu trigeneracyjnego. Energia dostarczana jest w miejscu wytworzenia, dzięki temu nie ma strat na przesyle. Zapewniona jest szybkość dostaw ciepła/chłodu.

Uwzględniając bilans ciepła, chłodu i energii elektrycznej oraz informacji o całorocznym zapotrzebowaniu na chłód oraz ciepło Panasonic uruchomił ciekawą i unikatową na skalę światową realizację: ekologiczne oraz innowacyjne rozwiązanie mikrotrigeneracyjne, które jest dopasowane do całorocznych potrzeb obiektu. Odzysk ciepła (GHP + MCHP) + free cooling gwarantują niskie koszty eksploatacji niezależnie od wzrostu cen mediów.
Technologia oparta na gazie (bezpieczeństwo) oznacza niższe koszty eksploatacji, a wykorzystanie ciepła odpadowego – uniezależnienie od blackoutów czy zmniejszenia dostaw energii w kluczowych momentach lato, zima w obiekcie szpitalnym.
Zastosowano układ rozproszony – 9 agregatów zamiast 1 lub 2. Oznacza to bezpieczeństwo, dłuższy cykl życia, mniejsze koszty serwisu, rotacyjność. Jeden wspólny i elastyczny system to lepsze dopasowanie (vs chiller + kocioł) i dużo mniejsze zużycie energii. Nie ma również konieczności stosowania dodatkowego rezerwowego źródła ciepła/chłodu, dzięki zastosowaniu zasilania gazem ziemnym i propanem jednego wspólnego układu grzewczo-chłodzącego. Kolejną zaletą systemu rozproszonego są dużo niższe poziomy głośności w porównaniu do dużego układu wody lodowej, co stanowiłoby nie lada wyzwanie w tej okolicy w pobliżu budynków mieszkalnych.
Ze wstępnych szacunków wynika, że nadwyżka inwestycyjna powinna się zwrócić w ciągu 5-6 lat. Jednak biorąc pod uwagę zapowiadany wzrost cen energii, współczynnik ROI może osiągnąć wartość nawet ok. 3,5-4 lat. Co w tym wszystkim jest najciekawsze, zrobiono kilka symulacji: niezależnie od wzrostu cen gazu lub energii elektrycznej i tak inwestor wygrywa dzięki freecoolingowi oraz odzyskowi ciepła przeznaczonemu na c.w.u., ciepło technologiczne (c.t.), ogrzewanie (c.o.), a nadwyżkę ciepła odpadowego przekazuje na produkcję dodatkowego chłodu w procesie adsorpcji. Okazuje się, że oszczędności z tytułu zastosowania odzysku ciepła i freecoolingu są 2-2,5x większe niż oszczędności związane ze zmianą paliwa na gazowe, dlatego zastosowane rozwiązania technologiczne w tym obiekcie są tak unikatowe.

Parametry układu

– Układ 9 agregatów GHP o łącznej wydajności 630 kW w trybie chłodzenia i 720 kW w trybie grzania dla potrzeb całorocznej produkcji ciepła i chłodu z gazu.
– Łączna Ilość ciepła odzyskanego z procesu chłodzenia silników GHP (tzw. ciepło odpadowe) = 414 kW.
– System VRF o łącznej wydajności 56 kW – dla potrzeb pomieszczeń technicznych.
– Rozwiązanie PACi o wydajności 7,1 kW – dla potrzeb serwerowni.
– MCHP mikrokogeneracja – układ zasilany gazem do całorocznej produkcji energii elektrycznej i proporcjonalnie ciepła. Dwa układy łącznie wytwarzają do 40 kW energii elektrycznej (zakres 10-40 kW) i do 80 kW ciepła.
– Adsorpcja – 3 obiegi hydrauliczne – nisko-, średnio- i wysokotemperaturowy do produkcji chłodu z odzyskanego ciepła w okresach przejściowych (wiosna, jesień) i latem. Łącznie do 60 kW mocy chłodniczej.
– Free cooling – zimą do 100 kW darmowego chłodu (ponieważ są 2 agregaty istnieje możliwość wykorzystania 200 kW w przypadku rozbudowy obiektu).

Podsumowanie

Mikrotrigeneracja cechuje się znacząco wyższą sprawnością niż duży układ trigeneracyjny. Co więcej, lokalny charakter rozwiązania (dostawy energii w miejscu wytwarzania) przynosi wiele korzyści – nie generuje strat na przesyle, a dostawy ciepła czy chłodu są niezwykle szybkie. Dzięki elastyczności całego układu technologia na bieżąco dostosowuje się do aktualnych potrzeb budynku. Zasadniczą zaletę całego układu stanowi szeroko rozumiane bezpieczeństwo dostaw energii. Obiekt nie jest podatny na ewentualne zachwianie stabilności dostaw energii elektrycznej. Nie dotyczy go zatem problem blackoutu czy choćby zmniejszonych dostaw energii. Ponadto układ chłodząco-grzewczy zasilany jest gazem ziemnym i propanem, co eliminuje konieczność stosowania rezerwowego źródła chłodu czy ciepła. Dodatkowo, dzięki możliwości odzysku ciepła oraz rozwiązaniu free cooling, obiekt minimalizuje swoją wrażliwość na wahania cen mediów.

Przejdź  Gazowe pompy ciepła GHP