gestionarea energiei pentru _teza... · producerea energiei electrice pentru clădirile...

Gestionarea energiei pentru un ansamblu rezidențial, produsă prin

trigenerare

1

UNIVERSITATEA TEHNICĂ „GHEORGHE ASACHI”

DIN IAȘI

FACULTATEA DE CONSTRUCȚII ȘI INSTALAȚII

GESTIONAREA ENERGIEI PENTRU

UN ANSAMBLU REZIDENȚIAL,

PRODUSĂ PRIN TRIGENERARE

REZUMAT

- TEZĂ DE DOCTORAT -

Doctorand:

Drd. Ing. Bogdan-Andrei TOFAN

Conducător științific:

Prof. univ. dr. ing. Ion ȘERBĂNOIU

IAȘI – 2016


trigenerare

2


trigenerare

3

Cuprins

Capitolul 1. Obiectivele cercetării. Actualitatea cercetării. Stadiul

cercetării 4

1.1 Obiectivele cercetării privind producerea energiei prin trigenerarea 4

1.2 Actualitatea cercetării în domeniul producerii energiei prin trigenerare 5

1.3 Stadiul cercetării privind producerea energiei prin trigenerare 8

Capitolul 2. Confortul asigurat prin trigenerare în construcțiile

rezidențiale 27

2.1 Locuirea în perspectiva folosirii trigenerării 27

2.2 Locuințele și locuirea în perspectivă istorică 28

2.3 Soluții tehnice pentru construcții rezidențiale 31

2.4 Dinamica condițiilor de locuire și confort în România 33

2.5 Confortul termic în construcțiile rezidențiale 37

2.5.1. Standardizarea confortului în clădiri 39

2.5.2. Beneficiarul confortului termic în clădirile rezidențiale 41

2.5.3 Abordări matematice în modelarea confortului termic în clădirile

rezidențiale 46

2.6 Confortul termic în clădire – parametrii caracteristici 53

2.6.1 Temperatura aerului interior 54

2.6.2 Temperatura medie a elementelor de anvelopă 54

2.6.3 Temperatura punctului de rouă 55

2.6.4 Viteza de circulație a aerului Eroare! Marcaj

în document nedefinit. 56

2.6.5 Umiditatea relativă a aerului 57

2.7 Cuantificarea parametrilor caracteristici confortului termic în clădirile

rezidențiale 57

2.7.1 Temperatura efectivă 57

2.7.2 Temperatura operativă Eroare!

Marcaj în document nedefinit. 58


trigenerare

4

2.7.3 Temperatura termometrului cu bulb umed 59

2.7.4. Asimetria de radiație 59

2.7.6 Gradient de temperatură 61

2.7.7. Temperatura pardoselii 61

2.8 Particularitățile confortul termic în clădirile rezidențiale 62

2.9 Influența confortului termic în proiectarea sistemelor de încălzire/răcire 66

Capitolul 3. Sisteme de asigurare a energiei în clădirii rezidențiale 70

3.1 Teoria sistemelor aplicată în asigurarea energiei pentru clădirile

rezidențiale 70

3.2 Clădirea rezidențială – sistem tehnico-economic 75

3.3. Subsistemul de alimentare cu resurse energetice primare a sistemului

energetic 88

3.4. Subsistemul de producere a energiei în clădirile rezidențiale 91

3.4.1. Producerea energiei electrice pentru clădirile rezidențiale 91

3.4.2 Subsistemul instalații de producere a energiei termice de tip local și

local-centralizat în cadrul clădirilor rezidențiale 93

3.5. Sistemele de cogenerare și trigenerare pentru asigurarea confortului în

clădirile rezidențiale 105

3.5.1 Echipamente și tehnologii pentru producerea energiei electrice în

sistemele de trigenerare

108

3.5.2 Tehnologiile de producere a agentului de răcire în sisteme de

trigenerare 120

Capitolul 4. Eficiența economică a utilizării surselor de

asigurare a energiei în clădirile rezidențiale 124

4.1 Conceptul de eficiență economică a investiției 124

4.2 Indicatorii de apreciere a eficienței economice a investiției 128

4.3 Cuantificarea criteriilor de apreciere a eficienței economice 129

4.3.1 Indicatorii de apreciere a eficienței unui sistem de trigenerare 129

4.3.2 Indicatorii economici de apreciere a eficienței unui sistem de trigenerare 132


trigenerare

5

4.3.3 Indicatorii de mediu pentru aprecierea eficienței unui sistem de trigenerare 135

4.4 Simularea funcționării unui sistem de trigenerare pentru clădirile

rezidențiale 135

4.4.1 Programul de simulare Retscreen și algoritmul de funcționare 135

4.4.2 Descrierea ipotezelor și a datelor de intrare 146

4.4.3 Interpretarea rezultatelor 17

Capitolul 5. Concluzii și contribuții personale privind

gestionarea energetică a ansamblurilor rezidențiale folosind

trigenerare 165

5.1 Concluzii generale privind trigenerarea în asigurarea confortului 165

5.2 Contribuții personale 169

5.3. Valorificarea rezultatelor cercetării 170

BIBLIOGRAFIE 173

Teza de doctorat cuprinde un număr total de 180 de pagini şi un număr de 159 citări

bibliografice. Rezumatul tezei respectă numerotarea paragrafelor, figurilor şi a tabelelor

prezentate în lucrare.


trigenerare

6

Capitolul 1. Obiectivele cercetării. Actualitatea cercetării.

Stadiul cercetării

1.1 Obiectivele cercetării privind producerea energiei

prin trigenerarea

Asigurarea confortului a fost una din preocupările principale ale

omului, încă din cele mai vechi timpuri, începând cu descoperirea focului

și utilizarea acestuia pentru a încălzi peștera în care stătea, până în secolul

XXI d.Hr. când nevoile de confort sunt mult mai ridicate, iar cantitatea de

energie consumată a fost într-o continuă creștere.

Creșterea nevoii de energie presupune creșterea consumului de

combustibili corelată în majoritatea cazurilor cu o intensificare a poluării

mediului înconjurător. Pornind de la această constatare, Comisia

Europeană a impus o serie de directive pentru a determina producătorii,

dar și consumatorii, să dezvolte/achiziționeze echipamente cu randamente

din ce în ce mai ridicate, care să scadă consumul de energie și să emane

mai puține noxe.

Din ce în ce mai multe țări și oameni de știință încurajează

producerea combinată a 2 sau mai multor tipuri de energie, aceste sisteme

conducând, în anumite situații, la o eficiență mai ridicată decât producerea

separată a acestora. Producerea mai multor tipuri de energie se poate

realiza în mai multe feluri și anume: cogenerare (CHP) - producerea de

energie electrică și agent termic pentru încălzire și prepararea apei calde

de consum; trigenerare - producerea de energie electrică, agent termic

pentru încălzire și preparare apă caldă de consum și agent de răcire; quad-

generation - producerea de energie electrică, agent termic pentru încălzire

și prepararea de apă caldă de consum, agent de răcire și captarea emisiilor

de dioxid de carbon.


trigenerare

7

Obiectivul principal urmărit în cadrul cercetării constă în

identificarea unei soluții tehnice eficiente - de ce nu cea mai eficientă?

– care să asigure în același timp energia electrică, energie termică

pentru încălzirea și răcirea spațiilor pentru un ansamblu rezidențial de

mărime mică-mijlocie, care va fi arondat, unui punct termic.

Se au în vedere un număr variabil de cerințe, dintre care

menționăm:

În cadrul obiectivului principal, avem în vedere

coroborarea soluțiilor de trigenerare studiate, cu

exigențele unui confort termic adecvat în spațiile locuite

din arealul rezidențial. Cercetarea are în vedere

exigențele utilizatorului legate de asigurarea confortului

termic la standardele actuale cu un efort financiar minim

din partea beneficiarului.

Un obiectiv secundar al cercetării îl constituie reducerea

emisiilor de dioxid de carbon, soluțiile de trigenerare

fiind o alternativă la soluțiile actuale care poluează într-o

măsură mai mare mediul înconjurător.


trigenerare

8

Capitolul 2. Confortul asigurat prin trigenerare în

construcțiile rezidențiale

Pentru a cuantifica posibilitățile de asigurare a confortului în

construcțiile rezidențiale, au fost necesare lămuriri în legătură cu

conceptele de locuire și locuință, care în literatura de specialitate apar sub

diferite definiții. Analizând numeroasele interpretări, acceptăm că:

locuința poate fi definită ca o „Unitate funcțională, construcție de sine

stătătoare sau componentă a unei construcții, formată din una sau mai

multe camere de locuit situate la același nivel al clădirii sau la niveluri

diferite, cu dependințele, dotările și utilitățile necesare, având acces

direct sau servitute de trecere și intrare separată, și care a fost construită

sau transformată în scopul de a fi folosită, de regulă, de o singură

gospodărie, pentru satisfacerea cerințelor de locuit”. Respectiv locuirea

este un ansamblu de interacțiuni de natură socială, economică și

culturală înscrise între anumite repere istorice și spațiale, locuirea fiind

influențată de aspecte legislative, administrative și politice din care face

parte comunitatea în care este inclus individul. Complexitatea

influențelor răsfrânte asupra modului de locuire sunt cel mai ușor de

observat în cazul locuințelor urbane, cu mult diferite de cele rurale, prin

gradul de confort sporit, prin funcționalități diferite, locuințele urbane

fiind integrate în cadre rezidențiale cu impuneri economice, sociale și

culturale.

Calitatea unei clădirii poate fi apreciată prin măsura în care

proprietățile acesteia, la darea în exploatare sau la un moment dat în

timpul exploatării, corespund exigențelor specifice determinate de

destinație și comandă socială. Din acest motiv se impun anumite exigențe

sau criterii de performanță pe care clădirile trebuie să le îndeplinească:


trigenerare

9

Exigențe privind confortul termic; Temperatura aerului; Uniformitatea

câmpului de temperatură; Temperatura medie radiantă; Temperatura

rezultantă; Calitatea aerului exterior clădirii; Degajarea de noxe din

interiorul clădirii; Gradul de ventilare; Intensitatea de iluminare optimă în

toate punctele de lucru; Evitarea variațiilor de luminozitate importante la

limita câmpului vizual; Evitarea umbrelor pronunțate pe suprafețele de

lucru; Asigurarea unui contrast corespunzător între detaliu și fond; Nivel

de zgomot din surse exterioare; Nivel de zgomot din surse interioare. Se

detașează exigențele privind confortul termic care poate fi asigurat în

diferite forme, detașându-se, după aprecierea noastră, trigenerarea, atât

din punct de vedere tehnic cât și economic. Pentru a identifica sistemul

optim de sistem de trigenerare pentru clădiri, în cap. 2.7, se cuantifică

matematic parametrii caracteristici confortului termic în clădiri

rezidențiale. Prin relații de calcul, reprezentări grafice, tabele, se

cuantifică principalii parametrii ce caracterizează confortul termic în

construcțiile rezidențiale, parametrii ce se constituie în criterii de selectare

a sistemului optim de trigenerare studiat în continuare.

10

Capitolul 3. Sisteme de asigurare a energiei în clădirii rezidențiale

Clădirea rezidențială poate fi asimilată cu un sistem (conform

teoriei sistemelor cibernetice), ce respectă în mare parte caracteristicile

proprii acestuia. În acest sens, sistemul clădire, în general, deci și clădirea

rezidențială presupune mai multe subsisteme, interdependente.

Scopul clădirii este de a asigura, printre altele, și confortul

utilizatorului, acest lucru fiind posibil prin menținerea constantă a unor

parametrii tehnici. Reglarea acestora este realizată în urma analizei

mărimilor de intrare (temperaturi interioare, exterioare, nivel de

îmbrăcăminte al utilizatorului, etc) transformându-le în mărimi de ieșire

(consum de energie electrică, termică, etc.).

Confortul termic într-o clădirile rezidențială poate fi formalizat

matematic, după aprecierea noastră, astfel:

𝑪𝒕 = 𝒇(𝑮,𝑸î𝒏𝒄, 𝑸𝒓ă𝒄) (3.4)

unde:

G – coeficient global de izolare termică definit conform

normativului C 107-2005;

Qînc – necesarul termic pentru perioada de iarnă, calculat

conform standardului SR 1907 – 2014;

Qrăc – necesarul termic pentru perioada de vară, calculat în

conformitate cu normativul I5-2010.

3.5. Sistemele de cogenerare și trigenerare pentru asigurarea

confortului în clădirile rezidențiale

Trigenerarea, care are ca efect producerea a trei categorii de

energie – energie electrică, agent de încălzire, agent de răcire – importante

în mod determinant pentru asigurarea confortului în clădiri, presupune

moduri diferite de manifestare funcție de anotimp, astfel:

11

În sezonul cald există un consum energetic ridicat pentru

asigurarea confortului termic, în principal datorită creșterii

temperaturilor medii zilnice anuale în perioada de vară.

În perioada rece energia termică este utilizată pentru

producerea agentului termic pentru încălzire și prepararea

apei calde menajere.

Structura unui sistem de trigenerare se poate observa în figura

3.19.

Figura 3.19. Alcătuirea unui sistem de trigenerare

Alimentarea clădirilor de la un sistem de trigenerare beneficiază

de o serie de avantaje, de natură economică, tehnică, estetică.

Consumurile electrice ale clădirilor racordate la un sistem de trigenerare

sunt mai reduse față de alte clădirii, în primul rând datorită eliminării

instalațiilor de răcire individuale, echipamente energofage și, în al doilea

rând, permite o reglare mult mai calitativă a parametrilor interiori.

Echipamentele frigorifice care utilizează căldură pentru a

produce apă rece sunt instalațiile cu absorbție, adsorbție sau

dezumidificatoare.

S1.Subsist

em Alimentare

combustibi

l

Gaz

natural

Energi

e

electri

Motori

nă

și/sa

u

și

S2. Subsistem

Producere

energie

S3.Subsistem

Transport și

distribuție

S4.Subsistem

Consumato

r final

12

Capitolul 4. Eficiența economică a utilizării surselor

de asigurare a energiei în clădirile rezidențiale

4.3 Cuantificarea criteriilor de apreciere a eficienței

economice

Cuantificarea criteriilor de apreciere a eficienței economice, în

cazul sistemelor de trigenerare se poate realiza prin intermediul

următoarelor tipuri de indicatori:

- indicatori cu caracter tehnic

- indicatori economici,

- indicatori de mediu.

4.4 Simularea funcționării unui sistem de

trigenerare pentru clădirile rezidențiale

Programul de simulare Retscreen, varianta 4.1, a fost dezvoltat

de centrul de cercetare CanmetEnergy. Finanțarea programului a fost

asigurată de către Guvernul Canadei și a unor organizații internațional,

cele mai importante fiind: N.A.S.A. (National Aeronautics & Space

Administration), U.N.E.P. (United Nations Environment Programme) și

alții.

Decizia de a investi într-un sistem de trigenerare poate avea la

bază două metode, care apar în literatura de specialitate (***,

http://www.cospp.com, 2015):

Metoda de decizie bazată pe criterii de bază,

Metoda de decizie bazată pe designul sistemului.

13

Schema de decizie pe care o propunem, în vederea proiectării unui

sistem de trigenerare, este de forma prezentată în figura 4.8.

START

Suprafata desfăsurată a clădirii/clădirilor care se vor alimenta

de la sistemul de trigenerare

Caracteristicile elementelor de constructie ale clădirii/clădirilor

Necesar de căldură pentru perioada rece

Necesar de căldură pentru perioada caldă

Necesarul de energie electrică în cazul clădirilor noi

Graficul de consum al energiei electrice

Sistemul va compensa vârfurile

de consum energie electrică?

NUDA

DASe poate sistemul de

trigenerare interconecta

cu sistemul electric

na?ional?

Sistemul energetic

national va prelua

vârfurile de sarcină.

NU

Este posibilă utilizarea

resurselor regenerabile

pentru a produce

energie electrică?

DA

Se vor utiliza panourile

fotovoltaice sau turbine

eoliene ca sistem de

rezervă ?i preluare a

vârfurilor sarcină

Se supradimensionează

subsistemul de

generare energie

electrică pentru a prelua

?i vârfurile de sarcină

Dimensionare

subsistem de generare

energie electrică pentru

acoperire pentru

sarcina electrică medie

NU

1

14

Figura 4.8 Schema de principiu privind proiectarea unui sistem de trigenerare

NUSistemul va dispune de sistem de

rezervă pentru preparare agent

termic?

1

Dimensionare

subsistem de preparare

agent termic pentruîncălzire ?i preparare

apă caldă menajeră

DA

Dimensionaresubsistem rezerva

pentru preparare agent

termic pentru încălzire?i apă caldă menajeră

Dimensionaresubsistem de preparare

agent de răcire

NUSistemul va dispune de sistem de

rezervă pentru preparare agent de

răcire?

DA

Dimensionare

subsistem de rezervă

pentru preparare agent

răcire

DA

Dimensionare

re?ea de distributie energieelectrică, termică ?i de răcire

către consumatori

DA

Dimensionare

corpuri de încălzire/răcire la

consumatori, dimensionare

retea de distribu?ie energie

electrică

2

2

Evaluare costuri initiale:- studii, proiect, aprobări;

- procurare ?i montaj

echipamente;- diverse ?i neprevăzute;

Evaluare costuri operare ?i

mentenantă;

Determinare indicatori

financiari (profit, amortizare,

etc.)

Evaluare impact asupra

mediului.

Sunt necesare măsuri

suplimentare pentru reducerea

noxelor?

DA

NU

Analiza indicatorilor financiari

obtinuti

Decizie privind eficienta

economica a investitiei

STOP

15

4.4.2 Descrierea ipotezelor și a datelor de intrare

Studiile efectuate pe durata doctoratului au relevat faptul că

sistemele de trigenerare cu biomasă, într-un ansamblu rezidențial din

cadrul unei așezări urbane prezintă multe provocări din punct de vedere

logistic și de spațiu (Tofan, B.A. et al. 2014a). Soluțiile de trigenerare

luate în considerare în cele trei cazuri propuse reprezintă variante studiate

și bine documentate, care pot fi implementate relativ facil în cadrul unei

zone rezidențiale (Tofan, B.A. et al. 2014c; Tofan, B.A. et al., 2015).

Cele trei cazuri propuse sunt:

Cazul I: este constituit dintr-o clădire de locuit, structurat

pe P + 4E,având suprafața desfășurată de 1556 [m2].

Cazul II: este constituit din 2 clădiri de locuit, structurat

pe P + 4E, având suprafața desfășurată de 1556

[m2]/clădire.

Cazul III: este constituit din 3 clădiri de locuit, structurat

pe P + 4E, având suprafața desfășurată de 1556

[m2]/clădire.

Pentru fiecare din cele trei cazuri, s-au analizate o serie de

scenarii cauzate de:

Tipul de echipament pentru producerea de energie

electrică:

- Motor cu ardere internă;

- Microturbină.

Tipul de combustibil utilizat (doar în cazul folosirii

motorului cu ardere internă):

- Gaz natural;

16

- Motorină.

După modul de operare a sistemului de trigenerare:

- operare după curba de consum a energiei electrice;

- operare după curba de consum a agentului termic.

După cerințele utilizatorilor în realizarea confortul

termic:

- temperaturi interioare diferite în perioada rece care ar

conduce la un necesar de căldură cuprins între 40-50

W/m2

- temperaturi interioare diferite în perioada caldă care ar

conduce la un necesar de frig cuprins între 145-155 W/m2

În efectuarea analizei eficienței economice, s-au folosit următorii

indici economici și financiari:

Curs euro – dolar american: 1 euro = 1.09 USD

Curs euro – dolar canadian: 1 euro = 1.50 CAD

Curs euro – leu românesc: 1 euro = 4.525 lei

Prețul gazului natural în România: 1 m3N gaz natural =

0.385 euro

Prețul unui kWh de energie electrică în România: 1

kWh = 0.095 euro

Valoarea inflației în România la nivelul anului 2015:

2.5 %

Rata de indexare a combustibilului în România: 5 %

Impozitul pe venituri: 16 %.

Randament centrală termică caz de referință 80%

C.O.P. aparat de climatizare tip split caz de referință: 3

17

Durata de viață a proiectului: 20 de ani

Se prevăd sisteme de back-up pentru producerea de

agent termic.

4.4.3 Interpretarea rezultatelor

Datele obținute vor fi prezentate pe cazuri, în final realizându-se

matricea decizională, care va lua în considerare caracteristicile cele mai

sugestive. De notat este că numărul de criterii de decizie din matrice poate

avea un număr mai mare față de cea propusă de noi, funcție de nivelul de

analiză dorit.

Costul total al investiției, calculat conform ecuației 4.10, este

redat, pentru fiecare caz, în tabelele 4.8, 4.9 și 4.10, precum și costurile

care compun costul total. Costurile sunt exprimate în euro.

Tabelul 4.8 Indicatori economici obținuți în cazul I

Subcaz Cstudii +

Cinginerie Celectric Cîncălzire Crăcire Cdiverse

Costuri

total

1 2 3 4 5 6 7

1A 40/145 45500 229948 68646 78467 214637 635697

1A 50/155 45500 229948 68646 78467 214712 637272

1B 40/145 45500 218573 70937 78467 235257 648734

1B 50/155 45500 218573 70937 78467 244565 658042

1C 40/145 52000 278323 76585 78467 256688 742062

1C 50/155 52000 278323 76585 78467 256688 742062

Tabelul 4.9 Indicatori economici obținuți în cazul II

18

Subcaz Cstudii +

Cinginerie

Celectric Cîncălzire Crăcire Cdiverse Costuri

total

1 2 3 4 5 6 7

2A 40/145 82000 440573 113959 162567 400003 1199101

2B 50/155 82000 440573 115459 162567 400078 1200678

2B 40/145 82000 400323 117933 162567 388339 1151161

2B 50/155 82000 400323 117933 162567 388339 1151161

2C 40/145 88000 505646 121733 162567 401427 1279373

2C 50/155 88000 505646 118733 162567 401427 1276223

Tabelul 4.10 Indicatori economici obținuți în cazul III

Subcaz Cstudii +

Cinginerie

Celectric Cîncălzire Crăcire Cdiverse Costuri

total

1 2 3 4 5 6 7

3A 40/145 119000 631596 171702 243171 548212 1702169

3A 50/155 119000 631596 171702 243171 548212 1702169

3B 40/145 119000 598446 172151 243171 572756 1694372

3B 50/155 119000 598446 172151 243171 572756 1694372

3C 40/145 126000 711471 172809 243171 578882 1812476

3C 50/155 126000 711471 172809 243171 578882 1812476

După cum se poate observa, costurile totale nu sunt influențate

de sarcina termică pe timpul verii sau iernii ele fiind constante atunci când

19

sarcinile termice cresc. Acest aspect este cauzat de o serie de factori din

care:

- producerea de agent termic pentru încălzire este dependentă de

producerea de energie electrică, agentul termic fiind rezultatul răcirii

motorului cu ardere internă sau a microturbinei.

- sistemul considerat în lucrare dispune de sisteme de rezervă/ de

preluare a vârfurilor de sarcină, astfel că costul echipamentelor pentru

producerea de agent termic nu diferă.

- chiller-ele cu absorbție se supradimensionează cu aproximativ

10% astfel că modificări ale sarcinii termice nu influențează costul

echipamentelor, nefiind nevoie de alte echipamente pentru a satisface un

necesar de frig mai crescut.

Se poate observa că în calculul costurilor totale nu s-a luat în

considerat modul de funcționare a sistemului, deoarece acesta

influențează doar costurile operaționale. Astfel în figura 4.9 sunt ilustrate

costurile pe care le implică funcționarea celor trei cazuri comparativ cu

modul de lucru al cazului de referință dacă sistemul este analizat după

curba sarcinilor electrice având în vedere un necesar termic de 40 W/m2

pe timpul iernii și 145 W/m2 pe timpul verii.

Din grafic se pot enunța următoarele concluzii:

- costurile operaționale ale sistemelor de trigenerare cu motorină

sunt cele mai crescute;

- costurile operaționale totale a sistemelor de trigenerare care

utilizează gazul natural în cazul I sunt mai crescute decât costurile totale

ale cazului de referință, însă pe măsură ce necesarul de energie crește, se

observă că operarea sistemului de referință în cazul III este mai rentabilă

decât a cazului de referință.

- costurile cu energia electrică în cazul sistemele de trigenerare

este redus, acesta fiind utilizat doar pentru a prelua vârfurile de consum.

20

Figura 4.9 Costuri de operare pentru sistemele de trigenerare cu sarcină

termică 40 W/m2, sarcină de răcire 145 Wm2, acționate după curba de sarcină

electrică

În figura 4.10 este evidențiată influenta creșterilor de sarcină

termică și de răcire (de 50 W/m2 și 155 W/m2 ) asupra curbei de operare

după sarcina electrică.

1187

0

101075

102262

1187

276092

1731

279010

1187

0

138094

139281

100743

0

7413

108156

1187

0

200998

202185

1187

561544

2296

565028

2376

0

224016

226391

201388

0

14831

216219

3563

0

295258

298821

3563

772123

4326

780012

3563

0

308652

312215

302082

0

22247

324329

Cost energ. el.

Costuri motorina

Costuri gaz natural

Cost total

Ref. 3C 3B 3A Ref. 2C 2B 2A Ref. 1C 1B 1A

21



electrică

După cum se poate observa există diferențe minore de cost

privind combustibili, lucru de înțeles ținând cont de faptul că sarcina

termică și de răcire nu influențează echipamentul de producere a energiei

electrice, principalul consumator de combustibil.

Din analiza graficului 4.11 se poate preciza faptul că sistemele de

trigenerare au costuri de funcționare sub cele ale cazului de referință deși

acest cost nu a suferit modificări. Comparativ cu graficul 4.9 unde

1178

0

100554

101733

1178

273932

1984

277094

1177

0

137196

138373

100860

0

9266

110127

1189

0

199415

565028

1189

556433

2554

560177

2354

0

222367

224721

201388

0

18539

219927

3531

0

293034

296565

3531

765096

4763

773390

3531

0

306230

309850

302082

27808

329890

Cost energ. el.

Costuri

Costuri gaz natural

Cost total

Ref. 3C 3B 3A Ref. 2C

2B 2A Ref. 1C 1B 1A

22

costurile operaționale ale cazului de referință erau mai reduse față de

sistemele de trigenerare, exceptând cazul III, în situația din graficul 4.11

se poate concluziona că rularea după sarcina termică aduce economii

anuale substanțiale.



termică

În figura 4.12 sunt ilustrate costurile de operare atunci când

sistemele de trigenerare lucrează la sarcina termică și de răcire maximă

proiectată. Diferențele de costuri nu sunt mari, fiind de maxim 5 %.

Aceste diferențe sunt normale, dat fiind faptul că sistemul reacționează la

creșterile de necesar termic prin echipamentele de rezervă.

20397

0

37611

58007

21429

77287

6007

104723

24885

0

31083

55969

100743

0

7413

108270

21963

0

61873

83836

24609

92306

16480

133395

49230

0

55669

104899

201388

0

14831

216219

64722

0

97472

162194

66107

198567

17434

282108

68937

0

90875

159812

302082

0

22247

324329

0 100000 200000 300000

Cost energ. el.

Costuri motorina

Costuri gaz natural

Cost total

Ref. 3C 3B 3A Ref. 2C

23



termică

Costurile de întreținere a sistemelor de trigenerare se situează în

jurul valorii de 7000-8000 euro pentru cazul I crescând până la 11000-

20000 euro pentru cazul III. Procentual, din costul de operare, costurile

de întreținere sunt exprimate în tabelul 4.11. Aceste costuri au un caracter

constant pe toata durata de viață preconizată a proiectului, eventualele

19544

0

41277

60821

20655

82648

7468

110770

24381

0

34351

58732

100860

0

9266

110127

21442

0

66804

88246

24336

98234

17664

140234

48160

0

59883

108043

201338

0

18539

219927

62380

0

106223

168603

63872

212555

20545

296972

63872

0

104384

168256

302082

27808

329890

Cost energ. el.

Costuri

Costuri gaz natural

Cost total

Ref. 3C 3B 3A Ref. 2C 2B 2A Ref 1C 1B 1A

24

creșterii fiind nesemnificative. De asemenea, ponderea în costul de

operare diferă între modurile de operare din trei motive:

- aceste costuri nu țin cont de modul de operare a sistemului de

trigenerare;

- ponderea diferită provine din faptul că operarea are costuri

diferite funcție de modul de operare;

- costul de operare este influențat de creșterea sarcinii termice.

Tabel 4.11 Ponderea costurilor de întreținere din costurile de operare

Nr.

Crt.

Caz Pondere Nr.

Crt.

Caz Pondere

1 2 3 4 5 6

1. IA CSE 6,86 - 6,89

%

10. IIB CST 5,34 - 5,61%

2. IA CST 11,53 –

12,09 %

11. IIC CSE 3,84 – 3,87 %

3. IB CSE 2,56 – 2,61

%

12. IIC CST 8,05 – 8,28 %

4. IB CST 6,44 – 6,86

%

13. IIIA CSE 3,85 – 3,88 %

5. IC CSE 57,9 - 5,83

%

14. IIIA CST 6,38 – 7,10 %

6. IC CST 13,74 –

14,42 %

15. IIIB CSE 1,43 – 1,44 %

7. IIA

CSE

3,82-3,85 % 16. IIIB CST 3,75 – 3,95 %

8. IIA

CST

8,75 – 9,21

%

17. IIIC CSE 6,36 – 6,41 %

9. IIB

CSE

1,32-1,34 % 18. IIIC CST 11,80 – 12,42%

Dintre parametrii tehnici enumerați în capitol 4.1, vom studia doar

randamentul, doar acesta are efect asupra indicatorilor economici și

financiari. Eficiența energetică a sistemelor de trigenerare, în cazurile

considerate, este influențat de modul de operare a instalațiilor, având

25

valori mai reduse, figura 4.13a și b, în modul de operare după curba de

sarcină electrică decât în cea termică.

Figura 4.13a Randamentul sistemelor de trigenerare care funcționează după

curba de sarcină electrică

54,857,4

50,152,5

40,142

51,854,1

46,648,6

46,648,6

53,355,751

53,351

53,3

0 20 40 60 80 100

1A 40/145

1B 40/145

1C 40/145

2A 40/145

2B 40/145

2C 40/145

3A 40/145

3B 40/145

3C 40/145

26

Figura 4.13b Randamentul sistemelor de trigenerare care funcționează după

curba de sarcină termică

Randamentele sistemelor de trigenerare funcționând după CST,

în toate cele trei cazuri, au valori apropiate, nefiind influențate de creșteri

ale sarcinii termice, spre deosebire de randamentele sistemelor de

trigenerare care funcționează după CSE, care au fluctuații sesizabile

atunci când numărul de clădirii studiat este mai mare.

Emisiile de noxe sunt influențate de randamentul instalației,

astfel că acolo unde apar valori diferite ale eficienței energetice se

raportează și cantității de dioxid de carbon diferite. Tabelul 4.12 ilustrează

cantitățile de dioxid de carbon – exprimate în tCO2 – emise de către

instalațiile considerate, corespunzător celor trei cazuri. În aceastăipoteză,

s-a efectuat și o corespondență față de cazul de referință.

Tabelul 4.12 Emisii de dioxid de carbon

Caz Emisii noxe tCO2 Caz Emisii noxe tCO2

1A CSE 40/145 506,1 1A CST 40/145 469,1

86,786,786,186,1

84,984,9

86,786,78686868686,986,986,586,586,586,5

1A 40/145

1B 50/155

1C 50/155

2A 40/145

2B 40/145

2C 40/145

3A 40/145

3B 40/145

3C 40/145

27

1B CSE 40/145 766,3 1B CST 40/145 538,2

1C CSE 40/145 685,3 1C CST 40/145 500,6

Caz referință 497,2 Caz referință 500,1

1A CSE 50/155 503,4 1A CST 50/155 474,9

1B CSE 50/155 761,6 1B CST 50/155 548,7

1C CSE 50/155 680,8 1C CST 50/155 509,4


2A CSE 40/145 989,8 2A CST 40/145 608,8

2B CSE 40/145 1535,4 2B CST 40/145 674,1

2C CSE 40/145 1118 2C CST 40/145 962,3


2A CSE 50/155 982,2 2A CST 50/155 625,4

2B CSE 50/155 1523 2B CST 50/155 692

2C CSE 50/155 1109,7 2C CST 50/155 967,4

Caz referință 1012,3 Caz referință 1019

3A CSE 40/145 1479,6 3A CST 40/145 1382,8

3B CSE 40/145 2144 3B CST 40/145 1548

3C CSE 40/145 1544,5 3C CST 40/145 1410,1

Caz referință 1491,6 Caz referință 1502

3A CSE 50/155 1468,4 3A CST 50/155 1392,3

3B CSE 50/155 2127 3B CST 50/155 1569

3C CSE 50/155 1532,7 3C CST 50/155 1404,3


Emisiile de noxe în cazul sistemelor de trigenerare care utilizează

motorină au valorile cele mai crescute. Atunci când se utilizează sisteme

de trigenerare care utilizează gazul natural, cazurile II și III înregistrează

valori sub nivelul cazului de referință. Astfel, putem concluziona că, pe

măsură ce sistemul alimentează un număr mai mare de clădiri, aceste

instalații reprezintă o variantă mai ecologică decât cea a cazului de

referință.

28

Indicatorii financiari analizați în cadrul lucrării sunt:

- rata de recuperare a investiției - RRI;

- perioada de amortizare simplă - PAS;

- rentabilitatea capitalurilor proprii - R;

- valoarea netă actualizată - VAN;

- raportul cost – beneficiu C-B.

Tabelurile 4.13, 4.14 și 4.15 ilustrează indicatorii financiari pentru

cele trei cazuri, mod de operare și sarcina termică și de răcire.

Tabel 4.13 Indicatori financiari caz I

Caz Mod de operare RRI PAS R VAN C-B

% an An Euro -

1 2 3 4 5 6 7

1A 40/145 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -610315 0,04

CST 8,7 14,7 12,1 684464 2,08

1A 50/155 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -538407 0,16

CST 8,5 15 12,3 658157 2,03

1B 40/145 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -6757529 -9,42

CST < 0 > 20 ani > 20 ani -701563 -0,08

1B 50/155 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -6634408 -9,08

CST < 0 > 20 ani > 20 ani -855213 -0,3

1C 40/145 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -2002720 -1,73

CST 7,3 16,8 13,3 614653 1,83

1C 50/155 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -1926689 -1,6

CST 7,1 17,1 13,5 589578 1,79

29

Tabel 4.14 Indicatori financiari caz II

Caz Mod de

operare RRI PAS R VAN C-B

% an An Euro -

1 2 3 4 5 6 7

2A

40/145

CSE < 0 > 20

ani

> 20

ani -950597 0,21

CST 13,9 9,6 8,8 2508227 3,09

2A

50/155

CSE < 0 > 20

ani > 20 ani

-797923 0,34

CST 13,8 9,6 8,9 2486898 3,07

2B

40/145

CSE < 0 > 20

ani

> 20

ani

-

13446996

-

10,68

CST 8,1 15,2 12,6 1115654 1,97

2B

50/155

CSE < 0 > 20

ani

> 20

ani

-

13146708

-

10,45

CST 7,7 15,8 12,9 1028225 1,9

2C

40/145

CSE < 0 > 20

ani

> 20

ani -1847892 -0,44

CST 10,5 12,4 10,8 1793386 2,4

2C

50/155

CSE < 0 > 20

ani

> 20

ani -1658030 -0,3

CST 10,6 12,3 10,7 1815198 2,42

Tabel 4.15 Indicatori financiari caz III

Caz Mod de operare RRI PAS R VAN C-B

% an An Euro -

1 2 3 4 5 6 7

3A 40/145 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani 1197913 0,3

CST 12% 11,2 10 2799160 2,64

3A 50/155 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -969899 0,43

CST 11,7 11,3 10,1 2775567 2,63

30

3B 40/145 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -17791729 -9,5

CST < 0 > 20 ani > 20 ani -684600 0,6

3B 50/155 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -17368714 -9,25

CST < 0 > 20 ani > 20 ani -954800 0,44

3C 40/145 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -1884831 -0,04

CST 10,6 12,5 10,8 2583314 2,43

3C 50/155 CSE < 0 > 20 ani > 20 ani -1641401 0,09

CST 10,3 12,7 10,9 2500367 2,38

În cazul adoptării unui sistem de trigenerare pentru o clădire cu

regim de înălțime P+4E, putem constata că sistemele care generează

indicatori financiari favorabili sunt sistemele care folosesc echipamente

care utilizează gazul natural și care operează după curba de sarcină

termică.

În cazul II se observă că toate sistemele prezintă indicatori

financiari favorabili, iar în cazul III se observă că doar sistemele cu gaz

natural generează profituri.

Funcționarea după curba de sarcină electrică nu prezintă

indicatori financiari favorabili în niciuna dintre situație analizată, prin

urmare este de dorit evitareaunui astfel de mod de funcționare a sistemele

de trigenerare.

Desigur, pentru a putea realiza o analiză exhaustivă toți

indicatori enumerați trebuie analizați simultan. Informațiile prezentate

anteriori sunt centralizate într-o matrice decizională, prezentată în tabel

4.16, 4.17 și 4.18.

31

Tabel. 4.16 Matrice decizională caz I

Analizând matricea decizională în cazul I se ajunge la concluzia că

alegerea unui sistem de trigenerare bazat pe motor cu ardere internă cu

funcționare pe gaz natural, operat după curba de sarcină termică

reprezintă soluția optimă dintre cazurile analizate.

Cinitial η COÎ Emis. RRI PAS R VAN C-B

euro % euro tCO2 /an % ani an euro -

1 2 3 4 5 6 7 8 9Sursa: Motor cu ardere

internă; Combustibil: gaz

natural; Strategie de operare:

CSESursa: Motor cu ardere

internă; Combustibil: gaz

natural; Strategie de operare:

CSTSursa: Motor cu ardere

internă;

Combustibil: motorină;

Strategie de operare:

CSE

Sursa: Motor cu ardere

internă;


Strategie de operare:

CST

Sursa: microturbină;

Combustibil: gaz

natural; Strategie de

operare: CSE

742062 41,1 145715 683 <0 >20 >20 -1964705 <0

Sursa: Microturbină;

Combustibil: gaz


operare: CSE

742062 84,9 65421 505 7,2 16,95 13,4 602116 1,81

>20 -778388 <0

>20 -6695969 <0

653388 86,1 114934 543 <0 >20

12,2 671311 2,1

653388 51,3 285240 764 <0 >20

>20 -574361 0,1

636485 86,7 66429 472 8,6 14,85

Cazul I: Ansamblu rezidențial compus dintr-o clădire de locuit P+4E

636485 56,1 109013 505 <0 >20

32

Comparativ cu cea de-a doua opțiune – sistem de trigenerare

echipat cu microturbină care utilizează gaz natural și funcționează după

curba de sarcină termică -, sistemul de trigenerare cu motor cu ardere

internă are costul de investiție inițial mai redus, randament energetic mai

mare, emisii mai reduse de noxe, perioadă de amortizare a investiției mai

redusă, sistemul devine rentabil într-o perioada mai redusă de timp, are o

valoare actualizată netă mai mare și un raport cost-beneficiu mai crescut.

Parametrul care face diferența între cele două sisteme este dat de costul

inițial de investiției – mult mai redus la motoarele cu ardere internă – în

condițiile în care, indicatorii financiari sunt relativ apropiați ca valori.

Tabel 4.17 Matrice decizională caz II

Cinitial η COÎ Emis. RRI PAS R VAN C-B

euro % euro tCO2 /an % ani an euro -

10 11 12 13 14 15 16 17 18


internă;

Combustibil: gaz natural;

Strategie de operare: CSE


internă;


Strategie de operare: CST


internă;




internă;






1279373 47,6 571292 1529 <0 >20 >20 -2E+06 <0




1279373 86 145504 965 10,6 12,4 10,8 1804292 2,4

1,9

<0

1151161 86 144298 683 8 15,5 12,8 1071940

3,1

1151161 47,6 570086 1529 <0 >20 >20 -1E+07

0,3

1199890 86,7 93764 617 13,9 9,6 8,9 2E+06

Cazul II: Ansamblu rezidențial compus din 2 clădiri de locuit P+4E

1199890 52,9 141986 986 <0 >20 >20 -874260

33

Ca și în cazul I, analiza matricei decizionale pentru cazul II

sugerează clar că sistemul cu motor cu ardere internă acționat cu gaz

natural și operat după curba de sarcină termică are indicatori net superiori

celorlalte soluții propuse. Similar cazului I, operarea după curba de

sarcină electrică, indiferent de soluția aleasă, generează indicatori

negativi, nefiind o soluție viabilă de investiție.

Spre deosebire de cazul I, în cazul II se remarcă faptul că

trigenerarea bazată pe motor cu ardere internă care utilizează motorina

drept combustibil are indicatori pozitivi, comparabil cu soluția cu

microturbină. Totuși soluția cu microturbină prezintă un plus la capitolul

indicatori financiari, având un raport cost-beneficiu mai mare, valoarea

netă actualizată mult mai ridicată față de motorul cu ardere internă cu

motorină, care compensează, dar într-o manieră insuficientă, cu un cost

de investiție mult mai redus.

Ca și în cazul I și II, sistemul de trigenerare cu motor cu ardere

internă operat după curba de sarcină termică și alimentat cu gaz natural

reprezintă soluția optimă și în cazul III.Similar celorlalte cazuri analizate,

operarea după curba de sarcină electrică, nu reprezintă o soluție viabilă de

investiție.

Spre deosebire de cazul I, în cazul III sistemul cu microturbină are

criterii apropiate ca valori, mai ales în cazul costului de investiție, pentru

care în primul caz diferența era considerabilă.

Tabel 4.18 Matrice decizională caz III

34

În concluzie:

Pentru evaluarea performanțelor economice ale sistemelor de

trigenerare propuse s-a efectuat o simulare prin prisma

indicatorilor economici, folosind un soft de analiză a proiectelor

de energie curată – RETScreen international.

Cinitial η COÎ

Emi

sRRI PAS R VAN C-B

euro % eurotCO

2 /an% ani an euro -

19 20 21 22 23 24 25 26 27

Sursa: Motor cu

ardere internă;

Combustibil: gaz


operare: CSE

1702169 54,5 106446 965 <0 >20 >20 114007 0,4

Sursa: Motor cu

ardere internă;

Combustibil: gaz


operare: CST

1702169 86,9 224741 ### 12 11,3 10,1 2787364 2,64

Sursa: Motor cu

ardere internă;

Combustibil:

motorină; Strategie

de operare: CSE

1694372 52,7 776701 2136 <0 >20 >20 -17580222 <0

Sursa: Motor cu

ardere internă;

Combustibil:

motorină; Strategie

de operare: CST

1694372 86,5 289540 1559 <0 >20 >20 -819700 0,52


Combustibil: gaz


operare: CSE

1812476 52,2 297693 1474 <0 >20 >20 114007 0,37


Combustibil: gaz


operare: CST

1812476 86,5 165399 1407 10,5 12,6 10,9 2541841 2,41

Cazul III: Ansamblu rezidențial compus din 3 clădiri de locuit P+4E

35

Scopul rulării acestui program este acela de a estima dacă - pe

parcursul derulării proiectelor – raportul dintre economii și

costuri constituie o ofertă ce poate aduce avantaje financiare;

Elementul de bază pentru efectuarea unor studii utilizând

RETScreen-ul îl constituie comparația care are în vedere un caz

inițial (numit - de referință) și alte situații (propuse de

solicitant);

În acest context, s-a pornit de la ideea că, studiile efectuate pe

durata stagiului de doctorat au relevat faptul că sistemele de

trigenerare cu biomasă, într-un ansamblu rezidențial - din cadrul

unei așezări urbane - prezintă multe provocări din punct de

vedere logistic și de spațiu;

Pentru a stabili o soluție documentată și pertinentă de trigenerare

- care poate fi implementată, relativ facil – în cadrul unui

ansamblu rezidențial, s-a efectuat o analiză economică

exhaustivă cuantificată într-un studiu de caz;

Rezultatele pentru fiecare caz au fost transpuse în câte o matrice

decizională. Astfel din matricea decizională a cazului I s-a putut

trage concluzia că sistemul de trigenerare optim pentru o clădire

rezidențială de tip P+4E este cel dotat cu motor cu ardere internă,

cu funcționare pe gaz natural și rulat după sarcina termică.

Motorul cu ardere internă și funcționare pe combustibil lichid de

tip motorină prezintă rezultate negative pentru toți parametrii.

Rularea după sarcina electrică a tuturor celor trei sisteme

analizate prezintă rezultate negativă nefiind o soluție optimă.

Cazul II a avut același deznodământ, în sensul că alegerea

producerii de energie electrică folosind un motor cu ardere

internă pe combustibil gazos prezintă rezultatele cele mai

favorabile. Particularitatea cazului II a constat în indicatori

financiari acceptabili pentru sistemul de trigenerare cu motor cu

36

ardere internă alimentat cu motorină. Funcționarea după curba

de sarcină electrică a obținut rezultate nesatisfăcătoare pentru

toate sistemele analizate.

Sistemul cu microturbină pe gaz natural a obținut, în cadrul

cazului III, rezultate apropiate, din punct de vedere valoric, cu

soluția optimă (motor cu ardere internă cu gaz natural). Ca și în

cazurile precedente, funcționarea după curba electrică a obținut

rezultate negative.

37

Capitolul 5. Concluzii și contribuții personale privind gestionarea

energetică a ansamblurilor rezidențiale folosind

trigenerare

5.1 Concluzii generale privind trigenerarea în

asigurarea confortului

Așa cum precizam în capitolul introductiv obiectivul principal

urmărit în cadrul cercetării a constat în identificarea unei soluții tehnice

eficiente - de ce nu cea mai eficientă? – care să asigure în același timp

energia electrică, energie termică pentru încălzirea și răcirea spațiilor

pentru un ansamblu rezidențial de mărime mică-mijlocie, arondat, în

prezent, unui punct termic. S-a avut în vedere: corelarea soluțiilor de

trigenerare studiate, cu exigențele unui confort termic adecvat în spațiile

locuite din arealul rezidențial, punând în centrul atenției exigențele

utilizatorului legate de asigurarea confortului termic la standardele

actuale cu un efort financiar minim din partea beneficiarului; reducerea

emisiilor de dioxid de carbon, soluțiile de trigenerare fiind o alternativă

la soluțiile actuale care poluează mediul înconjurător.

Indiferent de modul de producere și transport la consumator a

energiei, indiferent de categoria acesteia, apelăm la un sistem de instalații

mai mult sau mai puțin complex, funcție de mărimea și complexitatea

spațiului, de destinația acestuia, de exigențele utilizatorului. Scopul

clădirii este de a asigura, printre altele, și confortul utilizatorului, acest

lucru fiind posibil prin menținerea constantă a unor parametrii tehnici.

Reglarea acestora este realizată în urma analizei mărimilor de intrare

(temperaturi interioare, exterioare, nivel de îmbrăcăminte al utilizatorului,

etc) transformându-le în mărimi de ieșire (consum de energie electrică,

termică, etc.). Pornind de la această interpretare, propunem o relație

proprie de exprimare matematică a confortului termic, relația 3.4, în

38

cadrul căreia am utilizat ca parametrii generali: G – coeficient global de

izolare termică definit conform normativului C 107-2005; Qînc –

necesarul termic pentru perioada de iarnă, calculat conform standardului

SR 1907 – 2014; Qrăc– necesarul termic pentru perioada de vară, calculat

în conformitate cu normativul I5-2010. Demonstrăm astfel că abordarea

sistemică a sistemului clădire rezidențială în care se integrează și

subsistemul de trigenerare, este mult mai mult decât abordarea separată a

fiecărui subsistem, cu alte cuvinte "întregul este mult mai mult decât suma

părților". Prin scheme și reprezentări proprii, prezentăm detalii pentru

subsistemele din cadrul sistemului de asigurare a confortului termic cu

accent pe trigenerare, precum și o parte importantă a echipamentelor ce

pot fi integrate cu caracteristicile lor tehnice și economice.

Eficiența economică a unei investiții se traduce prin cheltuirea

rațională a resurselor materiale și umane pentru a obține beneficii cât mai

mari. Eficiența economică crește cu cât efectul util pe unitatea de efort

consumat este mai mare, fiind determinată pe fundamente științifice.

Pentru cuantificarea eficienței economice a sistemului de trigenerare,

identificăm și cuantificăm principalii indicatori tehnico economici, cap.

4.2, care se constituie în final în criterii de selectare a variantei optime.

Cunoscând structura unui sistem de trigenerare pentru construcțiile

rezidențiale, cunoscând performanța echipamentelor din componența

acestuia caracterizate prin parametrii tehnici și economici, cunoscând

criteriile de selecție și posibilitatea de cuantificare a acestora, propunem

în continuare simularea funcționării sistemului de trigenerare folosind în

acest sens programul Retscreen, varianta 4.1, a fost dezvoltat de către

centrul de cercetare CanmetEnergy. Decizia de a investi într-un sistem de

trigenerare poate avea la bază două metode, care apar în literatura de

specialitate:Metoda de decizie bazată pe criterii de bază; Metoda de

decizie bazată pe designul sistemului. În prima metodă, deciziile fac

referire numai la conceptul de bază al unui sistem de trigenerare, și anume

principalele echipamente. Metoda bazată pe design va ține cont și de alte

39

sisteme, precum sistemele de back-up, sistemul de stocare a energiei,

modul de conectare cu rețeaua de energiei electrică națională, etc. Luarea

unei decizii ține de modul de cuantificare a factorilor, unii dintre aceștia

fiind mai importanți decât alții, au unități de măsură diferite. S-a avut în

vedere trei cazuri și anume: Cazul I: este constituit dintr-o clădire de

locuit, structurat pe P + 4E,având suprafața desfășurată de 1556 [m2];

Cazul II: este constituit din 2 clădiri de locuit, structurat pe P + 4E, având

suprafața desfășurată de 1556 [m2]/clădire; Cazul III: este constituit din 3

clădiri de locuit, structurat pe P + 4E, având suprafața desfășurată de 1556

[m2]/clădire.

Rezultatele simulării au condus la sisteme de trigenerare optime

din punct de vedere tehnic și economic pentru cele trei cazuri analizate,

rezultate materializate în:

Pentru cazul 1 - clădire de locuit, structurat pe P + 4E,având

suprafața desfășurată de 1556 [m2]: Sistemul de trigenerare potrivit în

acest caz este cel care utilizează motorul cu ardere internă care utilizează

gazul natural drept combustibil așa cum rezultă din matricea de decizie

pentru cazul I (tabelul 4.16).Raportat la cazul de referință considerat

(producerea separată a celor trei forme de energie), soluția propusă pentru

sistemul de trigenerare operat după curba de consum a sarcinii termice

reduce costurile referitoare la combustibil cu până la 46%, iar emisiile de

noxe sunt reduse cu 6,2 %.

Pentru cazul 2 - 2 clădiri de locuit, structurat pe P + 4E, având

suprafața desfășurată de 1556 [m2]/clădire: soluția optimă este dată de

sistemul de trigenerare care produce energie prin intermediul motorului

cu ardere internă care utilizează gazul natural. Comparativ cu producerea

separată a celor trei forme de energie pentru cazul 2, emisiile de noxe sunt

reduse cu 39 %, iar costurile privind combustibilii (energie electrică, gaz

natural) sunt reduse cu aproximativ 61,2 %.

40

Pentru cazul 3 - 3 clădiri de locuit, structurat pe P + 4E, având

suprafața desfășurată de 1556 [m2]/clădire: în acest caz rezultatele din

matricea decizională cazului 3 (tabelul 4.18) au relevat faptul că soluțiile

optime sunt motorul cu ardere internă care funcționează pe gaz natural și

microturbinele pe gaz natural, ambele soluții având rezultate apropiate ca

valori. În comparație față de cazul de referință, soluțiile optime scad

costurile de operare cu 50,7%, în timp ce emisiile de dioxid de carbon

scad cu până la 7,93%.

Se poate ușor desprinde concluzia că în toate cazurile studiate, cu

posibilitatea de generalizare și pentru alte categorii de construcții- după

părerea noastră, trigenerarea în cazul construcțiilor rezidențiale aduce

beneficii notabile în ceea ce privește: efortul financiar de achiziție și

exploatare; consumul de energie; performanțele tehnice ale sistemului;

reducerea emisiilor de noxe. Pe fondul acestor avantaje notabile, folosirea

sistemelor de trigenerare în construcțiile rezidențiale asigură garanția

atingerii dezideratului major cerut de utilizatori - creșterea confortului

în spațiile locuite.

Date fiind rezultatele încurajatoare obținute în urma cercetării,

dată fiind ampla documentare bibliografică , date fiind numeroasele

discuții cu specialiștii în domeniu dar și cu utilizatorii sistemelor actuale

de cogenerare - pasul premergător trigenerării - ne propunem elaborarea

unui ghid practic cu scheme și soluții tehnice pentru promovarea

trigenerării în cadrul construcțiilor studiate.

5.2 Contribuții personale

Prin teza de doctorat „Gestionarea energiei pentru un ansamblu

rezidențial, produsă prin trigenerare” aducem o serie de contribuții

proprii, cu caracter de originalitate și anume:

41

Abordarea subiectului propus cu mijloace de cercetare diferite

are un caracter multidisciplinar care se încadrează, în spiritul

actual și modern al abordării temelor de cercetare științifică;

Analiza sintetică a sistemelor de instalații funcționale în

clădirile rezidențiale, cu accent pe sistemele de cogenerare și

trigenerare utilizate pentru asigurarea confortului utilizatorilor

în condiții de eficiență maximă din punct de vedere tehnic,

economic, al protecției mediului, s-a efectuat pe baza studiului

literaturii de specialitate și a documentației companiilor de

profil;

Analiza teoretică a funcționării sistemului de trigenerare cu

descrierea fiecărei componente, punându-se accent pe

identificarea și cuantificarea parametrilor tehnici și economici

prin care se poate caracteriza performanța și costul sistemului

studiat;

Identificarea, analiza și cuantificarea criteriilor de selecție

pentru identificarea variantei optime de sistem de trigenerare

funcție de parametrii geometrici și funcționali a clădirilor

rezidențiale;

Propunerea unei funcții ce cuantifică matematic confortul

termic în construcțiile rezidențiale, aceasta incluzând

majoritatea parametrilor caracteristici construcției ca soluție

constructivă și ca funcțional precum și pe cei caracteristici

sistemului de instalații funcționale;

Dezvoltarea unei scheme logice care să vină în sprijinul

persoanelor sau entităților economice care plănuiesc să

realizeze investiții în domeniul trigenerării pentru a facilita

interpretările grafice și analitice a rezultatelor;

42

Elaborarea unei matrice decizională pentru fiecare caz studiat,

folosind analiza multicriterială pentru a crea o imagine cât mai

vastă asupra tuturor indicatorilor de eficiență economică

relevanți.

Efectuarea unui studiu de caz pe bază de simulare (folosind

programul de analiză a proiectelor de energie regenerabilă

RETScreen International), a permis evaluarea performanțelor

tehnico-economice și financiare a sistemelor de trigenerare

propuse prin prisma indicatorilor de performanță tehnică și

economică:

- Costurile de investiție – Cinițiale;

- Costuri de operare și întreținere – COÎ;

- rata internă de rentabilitate – RIR;

- perioada de amortizare – PRI;

- valoarea actualizată netă – VAN;

- raportul cost beneficiu - RCB.

Cercetările efectuate pe modelul experimental susțin

– fără îndoială – oportunitatea utilizării sistemelor de

trigenerare în asigurarea confortului termic în construcțiile

rezidențiale, sisteme adaptate funcție de caracteristicile

tehnice și funcționale ale clădirilor, respectiv funcție de

exigențele utilizatorilor.

43

5.3. Valorificarea rezultatelor cercetării

Rezultatele cercetării au fost valorificate sub forma următoarelor

lucrări științifice, publicate la conferințe naționale și internaționale.

1. Publicarea unui număr de 13 lucrări în reviste de specialitate, în

buletinul manifestărilor științifice, astfel:

Lucrări publicate în reviste B+ incluse în baze de date

internaţionale:

[1] Tofan B. A., Șerbănoiu I., Burlacu A., Environmental and

financial assessment for a cchp district plant in a city in Romania,

Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy. Construction.

Architecture. Section, Tom LXI, Fasc. 4, 2015, p. 147-156.

[2] Tofan B. A., Șerbănoiu I., Hoblea A.E., Comparative analysis of

two trigeneration systems for a rezidential building, Bulletin of the

Polytechnic Institute of Jassy. Construction. Architecture. Section,

Tom LX, Fasc. 4, 2014, p. 141-150.

[3] Hoblea A.E., Șerbănoiu I., Tofan B.A., Total Building

Performance and Active House Concept, Bulletin of the

Polytechnic Institute of Jassy. Construction. Architecture. Section,

Tom LX, Fasc. 4, 2014, p. 133-140.

[4] Burlacu A., Verdeș M, Ciocan V., Popovici C., Bălan M., Tofan

B.A., Păstrăv D., Numerical study regarding the flow movement in

natural convection in an asymmetrical heated vertical channel, 6th

International Conference on Advanced Concepts in Mechanical

Engineering, 12-13 Iunie, Iași, România, 2014, p. 319-324.

[5] Burlacu A., Verdeș M, Ciocan V., Popovici C., Bălan M., Tofan

B.A., Păstrăv D., Experimental study for data validation regarding

44

the flow movement in natural covection in an asymmetrical heated

vertical channel, 6th International Conference on Advanced

Concepts in Mechanical Engineering, 12-13 Iunie, Iași, România,

2014, p. 313-318.

[6] Popovici C., Bălan M, Verdeș M, Ciocan V, Burlacu A., Tofan

B.A., Production of Electricity in Photovoltaic Systems for

Administrative Buildings in Romania, Technical and Economic

Analysis, 6th International Conference on Advanced Concepts in

Mechanical Engineering, 12-13 Iunie, Iași, România, 2014, p. 431-

434.

[7] Popovici C., Bălan M, Verdeș M, Ciocan V, Burlacu A., Bogdan-

Andrei Tofan, Integrated System for Producing, Transporting and

Consuming the Unconventional Energy for a Residential Building

, 6th International Conference on Advanced Concepts in

Mechanical Engineering, 12-13 Iunie, Iași, România, 2014, p. 425-

430.

Lucrări publicate în volume ale conferinţelor

internaţionale:

[1] Tofan B.A., Energy efficiency increase by using a trigeneration

system in an residential building, 2nd Conference for PhD students

in Civil Engineering, 10-13 decembrie, Cluj-Napoca, 2014, p. 529

– 537.

[2] Poenari C., Țurcanu E. F., Tofan B. A., Luciu R., Bălan M.,

Technical Solutions for optimization of energy demands in

university district campus, Conferința tehnico-științifică cu

45

participare internațională ”Instalații pentru construcții și economia

de energie”, 3-4 iulie, Iași, România, 2014, p. 408 – 414.

Lucrări publicate în volume ale conferinţelor naţionale:

[1] Tofan B.A., Cogenerarea și trigenerarea pentru producerea

energiei de confort, Al VII-a Simpozion Național ”Creații

Universitare 2014”, Iași, România, 2014.

[2] Tofan B.A., Șerbănoiu I., Hoblea A. E., Analiza costurilor

diverselor soluții de termoizolații pentru o clădire rezidențială, A

VIII-a Conferință Națională a AAECR, ”Eficiența Energetică în

clădiri. Exigențe Europene - Orizont 2020”, 4 aprilie, București,

2014, p. 76 - 80.

[3] Hoblea A. E., Șerbănoiu I., Tofan B. A. , Analiza variantelor de

îmbunătățire a eficienței energetice - studiu de caz, A VIII-a

Conferință Națională a AAECR, ”Eficiența Energetică în clădiri.

Exigențe Europene - Orizont 2020”, 4 aprilie, București, 2014, p.

34 - 35.

[4] Țurcanu E. F., Poenari C., Tofan B. A., Luciu R., Bălan M.,

Technical Solutions for optimization of energy demands in

university district campus, Conferință ”Știință modernă și Energie

- Producerea, Transportul și Utilizarea energiei”, Cluj-Napoca,

România, 2014, p. 304 – 310.

2. Elaborarea și multiplicarea unui material "Ghid privind

alegerea unui sistem de trigenerare", autori Tofan B.A. și Șerbănoiu I.,

util, după aprecierea noastră, specialiștilor- proiectanți și constructori,

alte categorii - interesați de folosirea sistemelor de trigenerare optime din

46

punct de vedere tehnic și economic, pentru asigurarea confortului termic

în clădirile rezidențiale și nu numai;

3. Elaborarea unei monografi intitulată "Trigenerarea pentru

asigurarea confortului în clădiri rezidențiale", autori Tofan B.A. și

Șerbănoiu I., în curs de apariție la Editura Societății Academice ”Matei-

Teiu Botez” Iași, care vine să îmbogățească, după aprecierea noastră,

informația științifică legată de confortul termic în clădirile rezidențiale,

de utilizarea sistemelor de trigenerare pentru asigurarea acestuia în

condiții de eficiență tehnică și economică;

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

[12]. Beith, R. 2011. Small and micro combined heat and power (CHP)

systems – Advanced design, performance, materials and

applications.,Cambridge: Woodhead Publishing.

[14]. Buonomano, A., F. Calise, G. Ferruzzi and L. Vanoli. 2014. A novel

renewable polygeneration system for hospital buildings: Design,

simulation and themo-economic optimization., Applied Thermal

Engineering, 67, p. 43 – 60.

[18]. Cardona, E., A. Piacentino and F. Cardona. 2006. Energy saving in

airports by trigeneration. Part I: Assessing economic and

technical potential., Applied Thermal Engineering, 26, p. 1427 –

1436.

[20] Cardona, E., A. Piacentino. 2007. Optimal design of CHCP plants

in the civil sector by thermoeconomics., Applied Energy, 84, p.

729 - 748.

[22] Chicco, G., P. Mancarella. 2007. Trigeneration primary energy

saving evaluation for energy planning and policy development.,

Energy Policy, 35, p. 6132 – 6144.

[25] Cho, H., P. J. Mago, R. Luck and L.M., Chamra. 2009. Evaluation

of CCHP systems performance based on operational cost, primary

energy consumption, and carbon dioxide emission by utilizing an

optimal operation scheme., Applied Energy, 86, p. 2540 – 2549.

47

[30] Djongyang N., R. Tchinda, D. Njomo. 2010. Thermal comfort: A

review paper, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14,

2626-2640.

[32] Ebrahimi, M., A. Keshavarz. 2015. Combined Cooling, Heating

and Power – Decision making, Design and Optimization.,

Amsterdam: Elsevier.

[33] Ebrahimi, M., A. Keshavarz. 2012. Climate impact on the prime

mover size and design of a CCHP system for the residential

building., Energy and Buildings, 54, p. 283 – 289.

[44] Indraganti M., Rao K.D. 2010. Effect of age, gender, economic

group and tenure on thermal comfort: A field study in residential

buildings in hot and dry climate with seasonal variations, Energy

and Buildings 42, p. 273-281.

[51] Kordjamshidi M. 2011. House rating Schemes – From energy to

comfort base, chapter 3, Berlin: Springer Publishing.

[56] Mago, P.J., L.M. Chamra. 2009. Analysis and optimization of

CCHP systems based on energy, economical, and environmental

considerations., Energy and Buildings, 41, p. 1099-1109.

[67] Parsons, K. 2010. Materials for energy efficiency and thermal

comfort in buildings, chapter 5, Cambridge: Woodhead Publishing

Limited.

[69] Peeters, L., De Dear R, Hensen J. and D’Haeseleer W. 2009.

Thermal comfort in residential buildings: Comfort values and

scales for building energy simulation, Applied Energy, 86, p. 772-

780.

[74] Sârbu, C. N. . 2006. Locuirea în România: o abordare cadru.,

Editura Universitară ”Ion Mincu”.

gestionarea energiei pentru _teza... · producerea energiei electrice pentru clădirile...

Documents