Produkty Vexve i Savosolar są częścią wielokrotnie nagradzanego hybrydowego systemu energetycznego, który wykorzystuje ciepło słoneczne do zmniejszania skoków zużycia w elektrowni bioenergetycznej. Celem projektu pilotażowego realizowanego przez przedsiębiorstwo energetyczne (Etäla-Savon Energia) w południowym regionie Savo jest promowanie wykorzystania energii odnawialnej, poprawa wydajności ciepłowni i zwiększenie konkurencyjności cenowej sieci ciepłowniczych.

Spółka Etelä-Savon Energia (ESE), działająca we wschodniej Finlandii, jest wysoce wydajnym dostawcą i wytwórcą energii. Firma ESE spełnia już wymagania Komisji Europejskiej dotyczące liczby odnawialnych źródeł energii w wytwarzaniu energii. Jako dostawca energii elektrycznej i cieplnej oraz pary przemysłowej na potrzeby miasta Mikkeli, obszaru miejskiego i lokalnego przemysłu spółka ESE nieustannie poszukuje nowych i innowacyjnych sposobów wytwarzania energii.

Cztery lata temu gmina Ristiina o populacji 5000 mieszkańców została włączona do podregionu Mikkeli. Własność ciepłowni Ristiina przeniesiono na firmę ESE, która rozpoczęła modernizację produkcji energii w tym obszarze. Wcześniej większość mieszkańców Ristiiny ogrzewała swoje domy olejem lub elektrycznością. Dzięki budowie sieci ciepłowniczej o długości dwóch kilometrów wiosną 2017 r. gospodarstwa domowe i budynki komunalne w Ristiinie są teraz ogrzewane przez dwie elektrownie opalane wiórami drzewnymi.

„Ponieważ do budowy nowej sieci ciepłowniczej w Ristiinie wykorzystaliśmy najlepsze nowoczesne materiały i metody, straty ciepła są naprawdę niewielkie. Właśnie dlatego Ristiina była również doskonałym wyborem dla naszego nowego projektu pilotażowego”, mówi Auli Haapiainen-Liikanen, specjalista ds. sieci ciepłowniczych w firmie ESE.

Celem projektu pilotażowego realizowanego w Ristiinie jest zmniejszenie obciążenia instalacji bioenergetycznej w sezonie letnim, szczególnie w okresach szczytowego zapotrzebowania w regionie, oraz promowanie wykorzystania energii odnawialnej. Instalację kolektorów słonecznych rozpoczęto zaraz po zakończeniu budowy sieci ciepłowniczej w Ristiinie.

Rozbudowana infrastruktura ciepłownicza wspiera wykorzystanie energii słonecznej

Jeśli cofniemy się nieco w czasie, pomysł wykorzystania ciepła słonecznego zrodził się pierwotnie w dziale elektrycznym firmy, gdzie wykorzystanie energii słonecznej przyniosło już pozytywne rezultaty. Pomysł zaczął poważnie dojrzewać do wdrożenia, gdy firma ESE wygrała konkurs na codzienne usługi badacza z Instytutu Badań Technologicznych w Finlandii (VTT).

Instytut Badań Technologicznych VTT przeprowadził szeroko zakrojone badania zarówno przyszłych sieci ciepłowniczych, jak i wykorzystania systemów hybrydowych w ramach produkcji energii. Instytut VTT pomógł firmie ESE, tworząc dynamiczny model sieci ciepłowniczej wykorzystującej energię słoneczną i bioenergię na potrzeby projektu pilotażowego w Ristiinie.

„Modelowanie można wykorzystać, aby dowiedzieć się, w jaki sposób różne odnawialne źródła energii pasują do sieci ciepłowniczej, jak zarządzać instalacją i ile energii trzeba magazynować”, wyjaśnia Elina Hakkarainen, badaczka z instytutu VTT.

Hakkarainen dostrzega, że rozległa fińska infrastruktura ciepłownicza ma duży potencjał w zakresie wykorzystania energii słonecznej na dużą skalę. Według niej fińskie firmy ciepłownicze są również zainteresowane rozwojem sieci i innowacyjnymi rozwiązaniami.

„Hybrydowe systemy energetyczne mogą pomóc w zmniejszeniu zużycia paliwa w ciepłowni, a tym samym w ograniczeniu emisji. Projekty pilotażowe, takie jak ten w Ristiinie, są istotne dla realizacji wdrożeń na większą skalę”, dodaje Hakkarainen.

Oprócz modelowania analizowano dodatkowe studia przypadków z Danii, gdzie wykorzystanie dużych systemów kolektorów słonecznych znacznie wzrosło w ostatnich latach. W ramach tych działań przedstawiciele firm ESE, Sundial i Vexve oraz instytutu VTT zapoznali się z systemami kolektorów słonecznych dostarczonymi przez firmę Savosolar do ciepłowni Løgumkloster oraz Jelling Varmeværk. Każda z tych ciepłowni wytwarzających energię z wielu źródeł ma ponad 15 000 m² pól kolektorów słonecznych. Ciepło słoneczne pokrywa już około 20% rocznego zapotrzebowania na energię cieplną, jednak zakłady dążą do osiągnięcia poziomu 50–60% poprzez rozbudowę systemu i magazynowanie energii słonecznej.

Projekt pilotażowy w Ristiinie opiera się na fińskiej wiedzy specjalistycznej

Firma ESE ufa lokalnym dostawcom zarówno w zakresie zakupu paliw, jak i innych operacji. Dlatego też w projekcie Ristiina zdecydowała się wykorzystać fińską wiedzę specjalistyczną oraz wysokiej jakości produkty.

„Chcemy tworzyć trwałe sieci i rozwiązania grzewcze, dlatego stosowane przez nas produkty powinny być zgodne z tą filozofią”, mówi Auli Haapiainen-Liikanen, specjalista ds. sieci ciepłowniczych w firmie ESE.

Pilotażowy system solarny dostarczyła firma Savosolar, również z siedzibą w Mikkeli. Kolektory Savo-Solar są używane na całym świecie, a wytwarzane przez firmę kolektory płaskie są najpotężniejsze na globalnym rynku. (Certyfikat Solar Keymark).

„Nasze kolektory słoneczne są o 10–20% bardziej wydajne niż większość konkurencyjnych kolektorów na rynku, szczególnie dzięki naszej technologii absorberów i powłok. Dzięki zastosowaniu naszej technologii, możemy lepiej wykorzystać promieniowanie słoneczne, a struktura absorbera zapewnia, że energia cieplna jest efektywniej przekazywana do płynu przenoszącego ciepło”, mówi Miika Kilgast, specjalista ds. sprzedaży produktów firmy Savosolar w Finlandii.

Zdjęcie: Auli Haapiainen-Liikanen, kierownik ds. sieci ciepłowniczych w przedsiębiorstwie energetycznym w południowym regionie Savo oraz Marko Nyrhinen, kierownik działu sprzedaży w firmie Vexve, obserwują system solarny w Ristiinie. 

Kolektory słoneczne są najbardziej widoczną częścią słonecznego systemu termicznego w Ristiinie, ale jednostka funkcjonalna jest zbudowana z wielu części. Firma ESE zadbała o to, aby nawet najmniejsze i częściowo ukryte elementy systemu zostały dokładnie zdefiniowane podczas planowania systemu w Ristiinie.

„Dopiero niedawno zrozumieliśmy, jak duże ma to znaczenie. Jeśli na przykład nie określimy dokładnie, jakie produkty mają wchodzić w skład elementów systemu centralnego ogrzewania, istnieje ryzyko, że zostaną zastosowane komponenty niskiej jakości. Chcemy korzystać z produktów, które znamy i którym ufamy”, mówi Haapiainen-Liikanen.

Jednym z powodów wyboru zaworów firmy Vexve do projektu pilotażowego było dobre doświadczenie firmy ESE z produktami tego producenta oraz najwyższej klasy system kontroli jakości stosowany przez firmę Vexve. Do obsługi systemu solarnego w całym jego cyklu życia wybrano wytwarzane przez firmę Vexve zawory odcinające i równoważące marki Naval.

Zbiornik magazynowy pozwala na wykorzystanie ciepła słonecznego w okresach szczytowego zużycia

Instalacja systemu kolektorów słonecznych w Ristiinie została w pełni wykonana przez specjalistów z zakresu energii słonecznej z firmy Sundial Finland.. Wiosną 2017 r. rozpoczęto budowę pola kolektorów słonecznych o powierzchni 120 m², składającego się z ośmiu kolektorów słonecznych, które połączono z ciepłownią zespołu szkół w Ristiinie. Jak twierdzi Jarno Kuokkanen, dyrektor generalny firmy Sundial, można oczekiwać, że system kolektorów słonecznych w Ristiinie będzie działał nawet przez 30 lat.

„Koszty utrzymania i eksploatacji systemu kolektorów słonecznych, takiego jak ten w Ristiinie, są minimalne. Inwestycja w system koncentruje się głównie na początkowych kosztach nabycia”, wyjaśnia Kuokkanen, mówiąc o pozytywnych aspektach ciepła słonecznego.

Instalacja kolektorów w Ristiinie była wyjątkowa z uwagi na betonową podstawę. Zazwyczaj kolektory słoneczne montuje się na stalowych palach wbitych w ziemię.

Zdjęcie: System solarny bez problemu dopasowano do tych samych pomieszczeń, co istniejącą instalację bioenergetyczną. Po lewej stronie znajduje się zbiornik magazynowy, a po prawej centrum sterowania systemu solarnego. 

Zebrana energia słoneczna jest przesyłana za pomocą płynu przenoszącego ciepło poprzez izolowany rurociąg do elektrowni bioenergetycznej w zespole szkół, gdzie znajduje się 3000-litrowy zbiornik magazynowy, jednostka pompująca i centrum sterowania. Kompaktowy system bez problemu dopasowano do istniejących pomieszczeń zakładu bez potrzeby wznoszenia oddzielnego budynku. 

Dzięki zbiornikowi magazynowemu ciepło słoneczne może być w razie potrzeby doprowadzane do sieci ciepłowniczej. W szczególności celem jest pokrycie zapotrzebowania na energię pobliskiego domu opieki i ośrodka zdrowia w godzinach szczytu w sezonie letnim, aby sam system grzewczy mógł działać z lepszą wydajnością i równomiernym obciążeniem. Jednak zgodnie z obliczeniami ilość energii wytwarzanej latem będzie przewyższać zapotrzebowanie.

„Latem słońce zapewnia znacznie więcej energii niż jest potrzebne w godzinach szczytu do podgrzewania ciepłej wody. Zaletą zbiornika magazynowego jest to, że umożliwia odprowadzanie ciepła do samej sieci. Objętość sieci ciepłowniczej w Ristiinie jest 3,5 razy większa niż pojemność zbiornika. Sieć ciepłowniczą można wykorzystać w sposób podobny do akumulatora”, mówi Haapiainen-Liikanen.

Inspirujący hybrydowy system energetyczny odnosi pełny sukces

Hybrydowy system energetyczny w Ristiinie jest używany tylko przez sześć miesięcy, ale już zdobył ogólnoeuropejską nagrodę w kategorii „Inspirujące rozwiązanie” w konkursie Celsius City.

Mimo że optymalizacja systemu jest wciąż w toku, już widać zachęcające rezultaty. Przejście z oleju opałowego na hybrydowy system energetyczny pozwoli zaoszczędzić około 290 000 litrów oleju w pierwszym roku. Ciepło słoneczne odpowiada nawet za 8% tej redukcji. Oszczędności w kosztach paliwa przekładają się na bardziej konkurencyjne ceny lokalnego ogrzewania, a ponadto zmniejszają emisje gazów cieplarnianych spowodowane stosowaniem oleju opałowego.

W przyszłości system kolektorów słonecznych w Ristiinie ma zostać zautomatyzowany. Ponadto w szkolnej ciepłowni nadal jest miejsce na nawet 50% więcej kolektorów słonecznych. Auli Haapiainen-Liikanen również nie wyklucza możliwości wykorzystania ciepła słonecznego jeszcze szerzej w regionie Mikkeli w przyszłości.

„Instalacja dużych systemów kolektorów słonecznych w centrum miasta ma swoje własne wyzwania, ale wiem, że jako nowoczesna firma energetyczna mamy obowiązek stosować nowe i innowacyjne rozwiązania wspierające zrównoważony rozwój”, podsumowuje Haapiainen-Liikanen.