10.3.2014
Trajnostni potencial toplotnih
črpalk v Sloveniji
doc. dr. Henrik Gjerkeš
Trajnostni razvoj
Trajnostni razvoj z implementacijo okolju prijaznih aktivnosti in
tehnologij je edini način sinergijskega izboljšanje okoljskih,
ekonomskih in socialnih razmer.
Uspešno energetsko uravnoteženje teritorialnega
metabolizma ob upoštevanju lokalnih potreb in
lokalnih virov vključuje
 decentralizirano proizvodnjo energije, in
 povečanje stopnje energetske samooskrbe.
Podpore (državne, občinske, Eko sklad,…) morajo vzpodbujati
predvsem domače proizvajalce opreme in sistemov, ne zgolj
uporabnike in kvalificirane proizvajalce električne energije.
dr. Henrik Gjerkeš
Henrik Gjerkeš
2/22
1
10.3.2014
OVE v Sloveniji: stanje in cilj
65
25%
63
24%
61
23%
59
22%
57
21%
55
20%
53
19%
18%
51
Delež OVE (%)
17%
Cilj (%)
16%
Končna raba energije (TWh)
Raba končne energije (TWh)
Delež OVE v končni rabi energije
Delež OVE v rabi končne energije (vsi sektorji)
26%
49
47
15%
45
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Leto
Vir podatkov: Energetska bilanca RS za leto 2012, MzIP
dr. Henrik Gjerkeš
3/22
Raba električne energije v Sloveniji
V letu 2012:
Proizvodnja (bruto): 12,65 TWh (- 50 % NEK)
Izvoz ostali: 5,07 TWh; Uvoz: 6,87 TWh
Raba (bruto): 14,45 TWh (Lastna raba ES: 1,61 TWh; Izgube prenosa in distribucije: 0,91 TWh)

Končna raba (neto): 11,93 TWh
Vir: Energetska bilanca RS za leto 2012, MzIP
dr. Henrik Gjerkeš
Henrik Gjerkeš
4/22
2
10.3.2014
Potencial lesne biomase za dvig deleža OVE pri
proizvodnji električne energije
Delež OVE v sektorju
elektrika:
28,50 % v l. 2005
33,30 % v l. 2010
Cilj: 39,30 % v l. 2020
Z moderno tehnologijo za pretvorbo lesa v energijo lahko zgolj z razliko med možnim in
realiziranim posekom manj kakovostnih sortimentov (v gozdu ostaja cca 1,1 mio m3 etata letno)
dvignemo indeks na 50 MWh/km2gozd in proizvedemo 650 GWh električne energije na leto, kar
znaša 4 % delež v celotni proizvodnji (l.2012: 0,6 %, vsi mali proizvajalci 5,5 %)  Povečamo
delež OVE v sektorju elektrika na 38,1 %.
dr. Henrik Gjerkeš
5/22
Sodobne tehnologije za energetsko izrabo lesa (in odpadkov)
 Uplinjanje lesne biomase
 Ko- ali Trigeneracija





Turbina: 1 MWel
Motor: 1,8 MWel
Motor z notranjim zgorevanjem
Plinska turbina
Stirlingov motor
~2,3 t/h
8 MW
Gorivne celice
Kombiniran cikel
 Poligeneracija
 Biogoriva druge generacije
 Produkti zelene kemije
 Utekočinjanje lesne biomase
Turbina: 5,2 MWth
Plinski motor: 4,5 MWth
Avtotermično uplinjanje v lebdeči plasti
 Zgorevanje v lebdeči plasti
 Parna turbina
 Organski Rankinov cikel (ORC)
Ključni pomen: ZVIŠEVANJE STOPNJE TRAJNOSTNE
SAMOOSKRBE V ELEKTROENERGETSKEM SISTEMU SLOVENIJE.
Uplinjanje s Stirlingovim motorjem (Stirling.dk)
dr. Henrik Gjerkeš
Henrik Gjerkeš
6/22
3
10.3.2014
Toplotne črpalke
Toplotne črpalke so levi parno kompresijski proces.
Izkoriščajo sonce kot obnovljiv vir energije (OVE).
Tipični sistemi v Sloveniji:
 zrak/voda (ZV), zemlja/voda (SV) in voda/voda (VV)
http://www.daikineurope.com
Izkoristek-toplotno število:
COP
=
…toplota,
dovedena
toplemu
rezervoarju (OVE+delež OVE v EE)
…toplota, odvedena hladnemu
rezervoarju (OVE)
W…dovedeno delo (električna energija)
http://www.mpoweruk.com/heat_engines.htm
dr. Henrik Gjerkeš
7/22
dr. Henrik Gjerkeš
8/22
Toplotne črpalke
Povprečni letni COP v Sloveniji:
 ZV: 3,5
 SV: 4,5
 VV: 5,0
Maksimalni možen izkoristek toplotnega stroja
(TC=0°C, TH=30°C): 9,77
http://www.mpoweruk.com/heat_engines.htm
Henrik Gjerkeš
4
10.3.2014
Toplotne črpalke - Sankeyev diagram
Ogrevanje stavbe, QNH=31,1 kWh/(m2a)
http://www.sankey-diagrams.com/tag/heat/
dr. Henrik Gjerkeš
9/22
Ekonomska učinkovitost – cena energentov za ogrevanje
Henrik Gjerkeš, GI ZRMK, UNG, 2013
Viri podatkov: SURS; www.biomasstradecentre2.eu; MGRT; Nike Krajnc, 2013, Stanje na trgu z lesnimi gorivi, EGES konferenca
dr. Henrik Gjerkeš
Henrik Gjerkeš
10/22
5
10.3.2014
Primerjava virov toplote
Enostanovanjska hiša, talno ogrevanje, potrebna končna energija za
ogrevanje:
 stavbe 15.000 kWh (Togrevalna voda = 35 °C)
 sanitarne vode 3.300 kWh (Tsanitarna voda = 55 °C)
Primerjani ogrevalni sistemi:
 Električni (uporovni) grelci (X)
 Oljni kotel (η=0,85)
 Plinski kondenzacijski kotel (η=0,95)
 Kotel na pelete (η=0,85)
2
 Oljni kotel + SSE (η=0,85; SSE: 6m , η=0,65)
 Toplotna črpalka voda/voda (COPVV=5)
 Toplotna črpalka zemlja/voda (COPSV=4,5)
 Toplotna črpalka zrak/voda (COPZV1=3,5)
 Toplotna črpalka zrak/voda (COPZV2=2,5) (!)
dr. Henrik Gjerkeš
11/22
Primerjava virov toplote
Karakteristike ogrevalnih sistemov in energentov:
Cena električne energije
0,143
€/kWh
Cena ekstra lahkega kurilnega olja ELKO
1,010
€/kg
Cena zemeljskega plina
0,665
€/m3
Cena peletov
0,238
€/kg
Emisija CO2eq električne energije (SLO mix)
0,530
kg/kWh
Emisija CO2eq ELKO
2,600
kg/l
1,900
kg/m3
Emisija CO2eq zemeljskega plina
Emisija CO2eq peletov
~0,000
kg/kg
Spodnja kurilna vrednost ELKO
10,080
kWh/l
Spodnja kurilna vrednost plina
9,500 kWh/m3
Spodnja kurilna vrednost peletov
5,000
kWh/kg
Izkoristek oljnega kotla (srednja celoletna)
85,00
%
Izkoristek plinskega kotla (srednja celoletna)
95,00
%
Izkoristek kotla na pelete (srednja celoletna)
85,00
%
dr. Henrik Gjerkeš
Henrik Gjerkeš
12/22
6
10.3.2014
Primerjava virov toplote-ekonomski učinki
Strošek za energent
Enodružinska hiša, ogrevanje prostorov in sanitarne vode, 18.300 kWh/a
3000,00
2616,90
2500,00
2157,21
EUR/a
2000,00
1500,00
1348,42
1200,16
1046,76
1023,51
1000,00
747,69
523,38
581,53
500,00
0,00
Električno
ogrevanje
Kotel na
ELKO
Kotel na
zemeljski
plin
Kotel na
pelete
Kotel na
ELKO + SSE
Toplotna
Toplotna
Toplotna
Toplotna
črpalka
črpalka črpalka zrak- črpalka zrakvoda-voda zemlja-voda
voda
voda
COP=2,5
dr. Henrik Gjerkeš
13/22
Primerjava virov toplote-okoljski učinki
Emisija CO2 enodružinske hiše (18.300 kWh/a)
10000,00
9699,00
9000,00
8000,00
7000,00
kg/a
6000,00
5553,22
4875,64
5000,00
3879,60
3852,63
4000,00
2771,14
3000,00
1939,80
2000,00
2155,33
1000,00
0,00
0,00
Električno
ogrevanje
Kotel na
ELKO
Kotel na
zemeljski
plin
Kotel na
pelete
Kotel na
Toplotna Toplotna Toplotna
ELKO + SSE črpalka
črpalka
črpalka
voda-voda zemlja-voda zrak-voda
dr. Henrik Gjerkeš
Henrik Gjerkeš
Toplotna
črpalka
zrak-voda
COP=2,5
14/22
7
10.3.2014
Primerjava virov toplote-okoljski učinki
Emisije izpušnih plinov na kWh proizvedene toplote
(Vir: Statistični urad RS http://www.stat.si/tema_okolje_okolje.asp)
KOTLI MANJ PRIMERNI V GOSTO NASELJENIH OBMOČJIH:
- emisije prašnih delcev, NOx in SO2
0,006
TOPLOTNE ČRPALKE:
- nimajo lokalne emisije
- izpusti v elektrarnah so strogo nadzorovani
0,005
0,004
0,00034
0,00012
0,00028
0,000377778
0,000133333
0,000311111
0,000485714
0,000171429
0,0004
0,00045
0,000225
0,00045
0
0,001
0
0,0003
0,002
0,00085
0,003
0,0015
Emisije NOx, SO2, prađni delci [kg/kWh]
0,007
0
NOx
SO2
Prašni delci
dr. Henrik Gjerkeš
15/22
Primerjava virov toplote-primarna energija
Primarna energija, enodružinska hiša, QKE=18.300 kWh/a
50000
45750
45000
40000
35000
kWh/a
30000
23682
25000
21189
20793
18300
20000
15000
13071
9150
10000
5000
10167
2153
0
Električno
ogrevanje
Kotel na
ELKO
Kotel na
zemeljski
plin
Kotel na
pelete
Kotel na
ELKO + SSE
Toplotna Toplotna Toplotna
črpalka
črpalka
črpalka
voda-voda zemlja-voda zrak-voda
dr. Henrik Gjerkeš
Henrik Gjerkeš
Toplotna
črpalka
zrak-voda
COP=2,5
16/22
8
10.3.2014
Delež OVE pri ogrevanju s toplotno črpalko (SLO)
--- 24 % delež OVE v SLO mix električne energije
--- 33 % delež OVE v SLO mix električne energije
COP
Modificirano po Marovt, 2010
dr. Henrik Gjerkeš
17/22
Aktualno stanje in napovedi na področju
toplotnih črpalk v Sloveniji



Strah pred "inovativnim" načinom ogrevanja se manjša in število
uporabnikov raste.
Pomembno je strokovno svetovanje – slabe izkušnje s terena
izvirajo iz neustreznih nasvetov (največkrat trgovcev ali
monterjev) pri izbiri moči, ki je v teh slabih primerih običajno
prenizka, in sistem "ne dela".
Uporaba zalogovnikov. Če se bo Slovenija zgledovala po
evropskih državah kot so Nemčija, Avstrija ipd., lahko v
prihodnosti pričakujemo zahtevo SODO po prekinitvi delovanja TČ
v konicah rabe električne energije. To pa pomeni, da bodo
zalogovniki v teh primerih dobrodošli – še posebej pri
radiatorskem ogrevanju - ne glede na invertersko ali ON/OFF
izvedbo TČ.
dr. Henrik Gjerkeš
Henrik Gjerkeš
18/22
9
10.3.2014
PURES in toplotne črpalke
Zmedo povzroča tolmačenje člena 4.2.3.4 Pravilnika o učinkoviti rabi
energije v stavbah (PURES-2010 Tehnična smernica TSG-1-004:2010), ki
govori o obratovalnem temperaturnem režimu pri uporabi toplotnih črpalk
za ogrevanje.
Dileme:
 člen
4.3 predpisuje maksimalno
projektno
temperaturo
grelnega
sistema v stavbah na 55 °C
 uporaba toplotnih črpalk v kombinaciji
z radiatorskim sistemom ogrevanja
(sanacija
obstoječih
ogrevalnih
sistemov)
 svetovanje pri kandidiranju za dodelitev
subvencije Eko sklada za nakup
toplotne črpalke
dr. Henrik Gjerkeš
19/22
Eko sklad in toplotne črpalke
EKO sklad končnim uporabnikom ponuja dve možnosti sofinanciranja
nakupa toplotne črpalke:

kredit z ugodno obrestno mero, ki je dostopen tekom celega leta;

subvencija, ki na voljo do porabe sredstev.
Po izkušnjah iz minulih let običajno subvencije poidejo že do konca poletja –
potencialno zaviralni učinek pri hitrejšem širjenju novih uporabnikov
toplotnih črpalk.
Potencialni uporabniki naj COP primerjajo po standardu EN 14511.
Primerjavo je mogoče najti na spletni strani Eko sklada, kjer je razvidno, da
so toplotne črpalke z nižjim COP subvencionirane s 1.000 EUR, medtem ko
so toplotne črpalke z višjim COP subvencionirane s 1.500€ (v letu 2013).
dr. Henrik Gjerkeš
Henrik Gjerkeš
20/22
10
10.3.2014
Trajnostni potencial toplotnih
črpalk v Sloveniji
Za konec





Toplotne črpalke so okoljsko sprejemljiv in ekonomsko učinkovit
način ogrevanja s (potencialno) pozitivnimi družbenimi
multiplikativnimi učinki.
 Pogoj – vzpodbujanje domačih proizvajalcev opreme in sistemov
Primerne so za (skoraj) vse stavbe.
Razvoj se nadaljuje in lahko pričakujemo še višje COP, predvsem pri
nižjih temperaturah.
Toplotne črpalke uporabljajo energijo Sonca učinkoviteje, kot
sprejemniki sončne energije in sončne elektrarne.
Imajo visok delež OVE, ki se bo z višanjem deleža OVE v slovenskem
elektroenergetskem sistemu še povečeval.
V Sloveniji toplotne črpalke poleg lesne biomase (in potencialno
odpadkov) predstavljajo največji potencial za trajnostno povišanje
deleža OVE v sektorju ogrevanja in hlajenja.
dr. Henrik Gjerkeš
21/22
Hvala za pozornost.
[email protected]
[email protected]
dr. Henrik Gjerkeš
Henrik Gjerkeš
22/22
11