Ενέργεια στον Aειφόρο Πολεοδομικό Σχεδιασμό. Eneko Arrizabalaga, Lara Mabe, Xabat Oregi, Patxi Hernandez - TECNALIA

Transcript

1 Ενέργεια στον Aειφόρο Πολεοδομικό Σχεδιασμό Eneko Arrizabalaga, Lara Mabe, Xabat Oregi, Patxi Hernandez - TECNALIA

2 Περιεχόμενα Aειφόρος ενέργεια Εισαγωγή στις τεχνολογίες αειφόρου ενέργειας Παθητικά μέτρα Ηλιακή θερμική ενέργεια Φωτοβολταϊκή ενέργεια Βιοενέργεια Αιολική ενέργεια Θέρμανση και Ψύξη με αντλίες θερμότητας Θέρμανση περιοχής Αποθήκευση θερμικής ενέργειας

3 Γιατί Αειφόρο Ενέργεια ; Οφέλη σε τοπικό/περιφερειακό/εθνικό/παγκόσμιο επίπεδο: Καταπολέμηση της αλλαγής του κλίματος Ασφάλεια στην τροφοδοσία ενέργειας Βελτίωση της ανταγωνιστικότητα Δημιουργία θέσεων εργασίας Εξάλειψη της ενεργειακής φτώχειας

4 Προσέγγιση προς τη Αειφόρου Ενέργειας : Trias Energética ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΠΑΘΗΤΙΚΑ ΜΕΤΡΑ)

5 ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παθητικές Στρατηγικές Κάθε πόλη έχει τα δικά της χαρακτηριστικά όσο αφορά τη βλάστηση, τη σκίαση, υγρασία, αερισμό και την πυκνότητα των κτιρίων Δυσκολία να οριστεί μια γενική στρατηγική για όλες τις πόλεις Χρειάζεται ανάλυση της κάθε περίπτωσης σύμφωνα με τη χρήση, την τοποθεσία και τον στόχο του έργου Υπάρχουν αρκετά χρήσιμα λογισμικά προγράμματα για την ανάλυση της κάθε περίπτωσης

6 ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παθητικές Στρατηγικές Κλιματική Ανάλυση πριν το ξεκίνημα του σχεδιασμού ανάλυση της κλιματικής κατάστασης. Εργαλεία όπως σύμβουλος κλίματος και εργαλεία καιρού... DRY BULB TEMPERATURE - San_Sebastian, ESP 2nd June to 1st November C C th 14th 21st 28th 7th 14th 21st 28th 7th 14th 21st 28th 7th 14th 21st 28th 7th 14th 21st 28th Jun Jul Aug Sep Oct LEGEND Comfort: Thermal Neutrality Temperature Rel.Humidity Wind Speed Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover Υπολογισμός θερμότητα που αιχμαλωτίστηκε από τη θερμική μάζα του κτιρίου. DAILY CONDITIONS - 11th January (11) C W/ m² k Υπολογισμός εσωτερικών φορτία θερμότητας k k k 0 0.2k k

7 Ανάλυση Ήλιου/Σκίασης ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παθητικές Στρατηγικές Πηγή: Oregi Isasi, X. Περιοχή ύψος κτηρίων, το πλάτος των δρόμων, οι γεωμετρικές αναλογίες. Κτήρια βελτιστοποίηση προσανατολισμού, μέγεθος παράθυρων και την ανάγκη για σκίαση.

8 ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παθητικές Στρατηγικές Ανάλυση Ήλιου/Σκίασης Ανάλυση σε διαφορετικές μέρες-ώρες καλοκαιριούχειμώνα. 09:00 13:00 17:00 Πηγή: Oregi Isasi, X.

9 ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παθητικές Στρατηγικές Παράθυρα - Σκίαση Βελτιστοποίηση των διαστάσεων των ανοιγμάτων για να προσαρμόστεί το κτήριο σύμφωνα με τις καιρικές συνθήκες στην τοποθεσία που βρίσκεται το κτήριο. Source: Oregi Isasi, X. Αυτή η στρατηγική επιτρέπει την βελτίωση της παθητικής συμπεριφοράς του κτηρίου: Αποφυγή υπερθέρμανσης. Εκμετάλλευση του φυσικού φωτισμού Επιτρέποντας τον φυσικό αερισμό ανοίγοντας τα παράθυρα.

10 Θερμοκρασία και Ανάλυση Υγρασίας (στην πόλη) Ανάλυση και αποφυγή προβλημάτων που σχετίζονται με ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παθητικές Στρατηγικές -Επίδραση της γεωμετρίας των κτηρίων -Τοποθέτηση της βλάστησης. -Επίδραση των πράσινων στεγών Πηγή:

11 ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παθητικές Στρατηγικές Ταχύτητα Ανέμου (Κλίμακα Πόλης/Κτηρίου) Πηγή: Aurea Consulting Δυνατότητα να αλλάξει / να προσαρμοστεί η γεωμετρία της θέσης των διαφόρων στοιχείων.

12 ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παθητικές Στρατηγικές Προβλήματα Σχεδιασμού Κτιρίου Παραδείγματα 1- Κτίριο Λονδίνου λειώνει αυτοκίνητα και δημιουργεί εστίες φωτιάς

13 ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παθητικές Στρατηγικές Προβλήματα Παραδείγματα 2- Η θάμβωση γύρω από το Walt Disney Concert Hall Πηγή: Marc Schiler

14 Παθητικές Στρατηγικές Στρατηγικές υφιστάμενων περιοχών Ανακαίνιση υφιστάμενων κτιρίων

15 Παθητικές Στρατηγικές Refurbishment strategies - passive - insulation Στρατηγικές υφιστάμενων περιοχών Από την άποψη της μεταφοράς θερμότητας και της κατανάλωσης ενέργειας, το σημαντικότερο υλικό σε μια ανακαίνιση είναι ένας θερμικός μονωτής. Είναι το μόνο που ικανοποιεί τις προϋποθέσεις: Εξοικονόμηση ενέργειας, Μείωση των εκπομπών CO2 και Xαμηλότερο κόστος ενέργειας για τον χρήστη / ιδιοκτήτη του κτιρίου.

16 Παθητικές Στρατηγικές Στρατηγικές υφιστάμενων περιοχών Σημασία της τοποθέτησης μόνωσης μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την ενεργειακή απόδοση του ανακαινισμένου κτηρίου. Παραμονή θερμότητας στο χώρο Μεταφορά θερμότητας μέσω ενός μεσοπατώματος Ανάλυση της θερμότητας που ρέει από το μπροστινό μέρος της πλάκας Παρούσα κατάσταση 6cm από έξω 6cm από μέσα Πηγή: Oregi, X. Rehabilitación de edificios residenciales hacia consume casi cero. Máster de Investigación en Eficiencia Energética y Sostenibilidad en Industria, Transporte, Edificación y Urbanismo. EHU, 2012.

17 ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ: Παθητικές Στρατηγικές ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ Σε πολλές περιπτώσεις, είναι αδύνατο να παρέχονται λύσεις μέσω παθητικών στρατηγικών Νέες λύσεις για τη βελτίωση του περιβάλλοντος και την ενεργειακή απόδοση των πόλεων και των κτιρίων μας 1. ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 2. ΑΠΟΔΟΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

18 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Ηλιακή Ακτινοβολία στην Ευρώπη

19 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Ηλιακά θερμικά συσήματα για ζεστό νερό Πλεονεκτήματα: Είναι συμβατό με όλα σχεδόν τα συστήματα υποστήριξης της θερμότητας. Η αστάθεια των τιμών του πετρελαίου ή ηλεκτρικής ενέργειας έχει μικρή επιρροή. Δημιουργία θέσεων εργασίας Οι πόροι της ηλιακής ενέργειας είναι απεριόριστοι Μειονεκτήματα: Δυσκολίες στην εποχική αποθήκευση της θερμότητας Κλίση, ο προσανατολισμός και ο διαθέσιμος χώρος.

20 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Ηλιακά Θερμικά- Εφαρμογές Επιλογή ενεργειακού συλλέκτη ανάλογα με τη χρήση

21 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Φωτοβολταϊκά

22 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Φωτοβολταϊκά Τι κάνουν; Οι Ηλιακές Τεχνολογίες Φωτοβολταϊκών ( PV ) παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από την εκμετάλλευση του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Πλεονεκτήματα --Η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας δεν έχει εκπομπές. - Σχεδόν χωρίς συντήρηση. -Άμεση και διάχυτη ακτινοβολία. -Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στη γη και δεν είναι τοξικό. - Είναι δυνατή η ενσωμάτωση στα κτήρια. Μειονεκτήματα -Χαμηλή μετατροπή ενεργειακής (13-18%) -Η παραγωγή εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες - -Δεν υπάρχει καλά αποθηκευτικά συστήματα. - Ο καθαρισμός του πυριτίου είναι μια εξαιρετικά δαπανηρή διαδικασία. - Μεγάλες περιοχές εγκατάστασης.

23 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Φωτοβολταϊκά Τεχνολογίες Πυρίτιο Λεπτής Στρώσης Singlecrystalline silicon cells: efficiencies 13-18% Multicrystalline silicon cells: efficiencies 11-16% Amorphous silicon (a-si) Cadmium telluride (CdTe) efficiencies 6-9% (Πηγή: M. de Wild-Scholten (ECN), Sustainability: Keeping the Thin Film Industry green, presented at the 2nd EPIA International Thin Film Conference in Munich on November 12, 2009.) (Source: Frankl, Menichetti and Raugei, 2008)

24 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Φωτοβολταϊκά Εφαρμογές Ενωμένα στο δίκτυο Αυτόνομα (Source. IEA- PVPS T1-21:2012)

25 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Φωτοβολταϊκά - Κόστος Το κόστος επένδυσης είναι υψηλό. Αναμένεται να μειωθεί τα επόμενα χρόνια, με την εισαγωγή πλαισίων λεπτής στρώσης

26 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Ανεμογεννήτριες - Είδη Με το Μέγεθος Μικρής κλίμακας Μεγάλης κλίμακας Με την τοποθεσία Στην ξηρά Στην θάλασσα Αστικά

27 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Ανεμογεννήτριες Λαμβάνοντας υπόψην Ταχύτητα του ανέμου (ελάχιστη 5m/s) Πρόσβαση στο δίκτυο Συμφωνία αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας Θέματα σχεδιασμού Αισθητική & Μάρκετινκ

28 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Ανεμογεννήτριες Πόση περιοχή απαιτήται για την εγκατάσταση; Πόση πρέπει να είναι η απόσταση απο τα σπίτια;

29 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Βιομάζα Καύσιμα Χόρτα Υπολείματα ξυλείας Ροκανίδια ξύλου Υπολείμματα δασών Αστικά απορρίμματα Επεξεργασμένα Pellets Briquettes (τούβλα)

30 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Τεχνολογίες Θέρμανσης με Βιομάζα Λέβητας με Pellets Επεξεργασμένα pellets Ευκολία στην μεταφορά και αποθήκευση Κόστος: 300kW / 75,000 Περίοδος αποπληρωμής: >3 χρόνια

31 Κοινωνικές Επιπτώσεις Source: UNEP, Green Economy Report, 2011.

32 ΑΠΟΔΟΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας Πλεονεκτήματα -Δεν λαμβάνονται υπόψη οι εποχιακές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας -Το έδαφος έχει αποθηκευμένα μεγάλα ποσά θερμότητας -Διαθεσιμότητα σχεδόν σε όλες τις περιοχές του κόσμου. - Χαμηλό κόστος συντήρησης Μειονεκτήματα -Υψηλό κόστος εγκατάστασης -Χρειάζεται ηλεκτρική ενέργειας για την παραγωγή της θερμότητας

33 ΑΠΟΔΟΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Διάφοροι Τύποι Κάθετη συλλέκτες -5-6 m απόσταση μεταξύ των σωλήνων -Εξειδικευμένη εγκατάσταση -Χρειάζεται μικρή επιφάνεια εγκατάστασης - 80 εώς110m βάθος Οριζόντιοι συλλέκτες -τοποθετούνται 20cm κάτω απο την επιφάνεια του εδάφους - Χρειάζεται μεγάλη επιφάνεια εγκατάστασης Υπόγεια Ύδατα -Η απόσταση των υδάτων πρέπει να είναι 10-15m απο υποστατικό Source: Source: Geothermal Energy. Clauser. 2006)

34 ΑΠΟΔΟΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Τηλεθέρμανση (T/θ) Θερμοηλεκτρικό Εργοστάσιο Παράγει θερμότητα για θέρμανση κτιρίων ή ενός τμήματος της πόλης απο κεντρικό καυστήρα. Η θέρμανση του νερού γίνεται συνήθως με την καύση αερίου, πετρελαίου, κλπ. Δίκτυο Αγωγών Μονωμένοι Αγωγοί οι οποίοι μεταφέρουν το ζεστό νερό. Το νερό στη αρχή της παροχής έχει θερμοκρασία 100 ο C και στην επιστροφή 20 ο - 40 ο C.

35 ΑΠΟΔΟΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Τηλεθέρμανση- Πλεονεκτήματα -Εξοικονόμηση χώρου στα κτήρια - Μείωση του λογαριασμού - Δεν χρειάζεται να επενδύσουν σε εξοπλισμό, συντήρηση ή / και ανακαίνιση -Εγκαταστάσεις είναι πιο ενεργειακά αποδοτικές, λόγω της κεντρικής διαχείρισης και συντήρησης. -Μειώνει τις περιβαλλοντικών επιπτώσεις Μειονεκτήματα Η Απόδοση εξαρτάται από σημαντικές παραμέτρους: Μέγεθος Περιφέρεια: Πρέπει να είναι εγγυημένος ένας ελάχιστος αριθμός χρηστών που είναι συνδεδεμένοι με το δίκτυο Υψηλό κόστος της επένδυσης Ζήτηση θερμότητας: για πολύ χαμηλές απαιτήσεις θερμότητας, η τηλεθέρμανση δεν είναι βιώσιμη

36 ΑΠΟΔΟΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ Τηλεθέρμανση Παράδειγμα μιας περιοχής στην Utrecht NL Περιοχή σπίτια Μήκος Δικτύου: 612 m Κτήρια Ζήτηση θερμότητας: 100 kwh/m2 Συνολική ζήτηση θερμότητας: GWh Θερμική ισχύς: 11 MW Συνολική ζήτηση θερμότητας Boilers Network Cogenerarían District Electricity Storage Εργοστάσιο Δύο συστήματα συμπαραγωγής: 664 kw θερμική ισχύς Δύο λέβητες φυσικού αερίου 3 MW Θερμική αποθήκευση 150 m3 Θερμοκρασία του Δικτύου: 95/62ºC

37 ΑΠΟΔΟΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ: Τηλεθέρμανση Απόδοση Επένδυσης Η εκτιμώμενη απόσβεση είναι 13,6 χρόνια. Θεωρείται ως αποδεκτή για αυτό το είδος της επένδυσης. Η απόσβεση είναι άμεσα συνδεδεμένη με το ποσοστό πωλήσεων της θερμότητας

38 ΑΠΟΔΟΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ : Εποχιακή αποθήκευση θερμικής ενέργειας Solar Thermal STES. Maarstal, Denmark. 13 MW solar thermal power installed m3 PIT. Solar Thermal plant for district heating in Graz, Austria. 1 MW solar thermal power.

39 ΑΠΟΔΟΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ : Εποχιακή αποθήκευση θερμικής ενέργειας Θερμική ενέργεια αποθηκεύεται σε δεξαμενές νερού όταν είναι διαθέσιμη και χρησιμοποιήται όταν χρειάζεται.

40 ΑΠΟΔΟΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ : Εποχιακή αποθήκευση θερμικής ενέργειας 1) Δεξαμενές νερού: δεξαμενές που έχουν κατασκευαστεί από χάλυβα ή οπλισμένο σκυρόδεμα, συνήθως ενσωματωμένο και μονωμένο στο έδαφος. Ο όγκος αποθήκευσης είναι γεμάτος με νερό. Μεταξύ των τεσσάρων εναλλακτικών λύσεων που περιγράφονται εδώ, η δεξαμενή νερού είναι η πιο ακριβή, αλλά είναι επίσης το σύστημα που απαιτεί το μικρότερο όγκο. 2) Γεωτρήσεις: Οι U-σωλήνες εισάγονται σε κάθετες γεωτρήσεις για την κατασκευή ενός τεράστιου εναλλάκτη θερμότητας στο έδαφος. Η μόνωση είναι μόνο στην άνω επιφάνεια. Είναι η λιγότερο δαπανηρή τεχνολογία, αλλά ο όγκος αποθήκευσης που απαιτείται είναι ψηλός. 3) PIT storage: είναι παρόμοιο με μια δεξαμενή νερού, πιο φθηνή. Ο κύριος λόγος είναι ότι δεν απαιτεί χάλυβα ή οπλισμένο σκυρόδεμα καθώς τα τοιχώματα του ίδιου συστήματος είναι αρκετά ισχυρά ώστε να υποστηρίξουν τις μηχανικές καταπονήσεις. Είναι, επίσης, μονωμένο και χτίστηκε κάτω από το έδαφος. Η αποθήκευση γεμίζεται με νερό ή χαλίκι-νερού. 4) Υδροφόροι: θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν επίσης για αποθήκευση θερμικής ενέργειας. Το μειονέκτημα είναι ότι περιορίζονται σε συγκεκριμένες έδαφικές και γεωτεχνικές συνθήκες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες.

41 ΑΠΟΔΟΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ : Case Study: STES & Συμπαραγωγή & Τηλεθέρμανση Πηγή: Seasonal Thermal Energy Storage: a strategic technology for cogeneration systems. Epelde M, Sotil A, Saiz S.

42 European Green Cities Network (EGCN) APEA Alberto Lopez T Burgos José María Diez T EAV Hana Zábranská T M European Green Cities Network (EGCN) Elsebeth Terkelsen eterkelsen@eterkelsen.dk M ISOCARP Martin Dubbeling dubbeling@isocarp.org T M Master of Urban & Area Development (MUAD) Sil Bruijsten sil.bruijsten@hu.nl T M Stadsregio Arnhem Nijjmegen Ron Josten rjosten@destadsregio.nl T M Tecnalia Patxi Hernandez patxi.hernandez@tecnalia.com T M Emilia Romagna region Guido Croce gcroce@ervet.it T IURS Karel Bařinka kbarinka@iurs.cz M ODMH Brenda Schuurkamp bschuurkamp@odmh.nl T Sogesca Federico De Filippi f.defilippi@sogesca.it T M W/E adviseurs Erik Alsema alsema@w-e.nl T M Gate21 Poul Erik Lauridsen poul.erik.lauridsen@gate21.dk T M Limassol Municipality Christina Constantinou Zanti eurolemesos@cytanet.com.cy T / Province of Treviso Valentina Mattara europa@provincia.treviso.it T Stratagem Alexis Violaris alexis@stratagem-ltd.com T M