Vědci z Finska postavili experimentální systém, který umožňuje sušení dřevní biomasy solární tepelnou energií a tepelným čerpadlem. Tvrdí, že FV může hrát doplňkovou roli v navrhovaném nastavení.
Vědci z VTT Technical Research Center of Finland předvedli hybridní systém pro sušení dřevní biomasy, který využívá jak solární tepelnou energii, tak tepelné čerpadlo.
„Skutečně jsme zvažovali možnost napájet tepelné čerpadlo FV,“ řekl odpovídající autor Tomi Thomasson. „Spoléhat se pouze na fotovoltaiku se však vzhledem k omezenému slunečnímu svitu v severských zemích nepovažuje za proveditelné. Síťová elektřina je nezbytná pro zajištění dostatečného počtu ročních provozních hodin a dostatečného množství sušení.“
„Uvědomujeme si, že FV může v tomto nastavení hrát doplňkovou roli,“ dodal Thomasson. „Díky místní fotovoltaické výrobě bychom se mohli vyhnout nákladům na přenos elektřiny a potenciálně zvýšit možné provozní hodiny tepelného čerpadla. Kromě toho by místní výroba FV mohla pomoci snížit investiční rizika spojená s kolísáním cen na trhu s elektřinou.“
Vědci postavili experimentální zařízení sestávající ze dvou nákladních kontejnerů. V první instalovali tepelné čerpadlo o výkonu 24 kW, kondenzátor, výparník, rekuperační jednotku, výměník tepla a 12 modulů plochých solárních kolektorů. Druhou nádobu tvoří sušicí komora na čerstvou štěpku ve velikostních třídách P16 a F15.
„Hlavní úlohou tepelného čerpadla je odstranit vlhkost ze sušícího vzduchu, ale může také poskytnout dodatečné teplo na začátku procesu sušení, protože pro efektivní fungování musí teplota sušícího vzduchu před zapnutím dosáhnout alespoň 20 ◦C,“ dodali.
Tepelné čerpadlo pro sušení dřevní biomasy
V hybridním režimu systém využívá sušení v uzavřené smyčce, kdy systémem cirkuluje stejný vzduch. Pokud je k dispozici i sluneční záření, tepelné kolektory poskytují dodatečný tepelný příkon. V solárním režimu systém využívá pouze kolektory k sušení biomasy.
Vědci provedli v letech 2021 a 2022 ve Finsku 34 hybridních experimentů v celkové délce 316 hodin.
Výsledky nastavení ukázaly, že hybridní sušení má za následek vyšší a rychlejší rychlost sušení. Průměrné rychlosti sušení byly 32,96 kg/h se solárním sušením. Protože se však tepelné čerpadlo napájelo ze sítě, zkrácení doby sušení se umožnilo zvýšenou spotřebou elektrické energie.
Tepelné čerpadlo potřebuje k vysušení dřeva 8,24 kW, zatímco solární režim vyžaduje 1,45 kW pro ventilátor sloužící k proudění vzduchu. „Vzhledem k lepší rychlosti sušení je měrná spotřeba elektřiny v hybridním provozním režimu pouze o 45 % vyšší při 0,26 kWhe/kg ve srovnání s 0,18 kWhe/kg,“ uvedli akademici.
Výzkumníci poté použili některé shromážděné datové body k vytvoření modelu, který může předpokládat rychlost sušení a spotřebu energie za různých provozních podmínek. Tyto metody odhadu, které používaly model zesílení gradientu a model vícenásobné lineární regrese, obdržely průměrnou střední absolutní chybu (MAE) 0,27 (odchylka 5,9 %) pro rychlost sušení a průměrnou MAE 0,88 (odchylka 8,9 %). za spotřebu energie.
Spotřeba energie při různých provozních podmínkách
Poté výzkumníci vložili výsledky tohoto modelu spolu s údaji o počasí a trhu do optimalizačního modelu.
Optimalizační model poskytl výsledky v podobě doby návratnosti systému při zohlednění tří různých parametrů a jejich kombinací: nárůst hodnoty biomasy při sušení, náklady na biomasu a průměrnou cenu elektřiny. Výzkumníci zaměřili svou analýzu na podmínky pilotního systému a komerčního systému.
„U pilotní jednotky byly investiční náklady stanoveny na základě skutečných pořizovacích nákladů. Zatímco u komerční jednotky byly náklady odhadnuty s ohledem na úspory z rozsahu a snížené požadavky na přístrojové vybavení ve srovnání s pilotní jednotkou,“ uvedli.
Výzkum zjistil, že doba návratnosti projektu v komerčním měřítku byla 7,5 roku, zatímco u pilotního projektu to bylo 10,1 roku. Při uvažování 30 % investiční dotace tyto sazby klesly na 5,3 roku a 7,1 roku. Při zohlednění biogenní kompenzace CO2 se doba návratnosti snižuje na 4,8 a 6,5 roku.
„Pro dosažení odhadované ekonomické proveditelnosti se jeví nutná provozní flexibilita,“ vysvětlil výzkumný tým. „Potenciál flexibility se snížil při nižších teplotách v důsledku exponenciálního prodloužení požadované doby předehřívání. Na základě ekonomické analýzy se přínos provozní flexibility zvyšuje s cenou elektřiny, protože optimální provoz se posouvá od téměř konstantního hybridního sušení ke zvýšenému solárnímu sušení a neprovozním hodinám.“
Systém se představil v článku „Experimentální a technicko-ekonomická analýza sušení biomasy pomocí solárního tepelného čerpadla“. Ten se nedávno publikoval v Energy Reports.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
