Използване на ВЕИ в интелигентните сгради

Едни от най-обещаващите ползи, получавани от интелигентните сгради и интелигентната мрежа, е координацията и интеграцията на много видове енергийни ресурси. Възобновяемите енергийни системи, съхраняването на енергия, приложения за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия и множеството енергийни товари вече могат да бъдат свързани заедно. Резултатът е по-голямото намаление на консумираната енергия и въглеродните емисии. Тъй като сградите стават по-интелигентни, ще има повече случаи на нулево нетно потребление на енергия, което е важна част от икономиката на бъдещето с ниски въглеродни емисии.

Много инициативи насърчават увеличаването на енергийната ефективност на сградите. Това обикновено се отбелязва като процент от подобрението (20% по-ефективно в сравнение с конвенционална сграда). Тези относителни подобрения спестяват енергия и намаляват въздействието върху околната среда, но им липсва простотата и вдъхновяваща визия на абсолютни цели като "нула". Те също така не гарантират енергийна устойчивост, защото дори и повече на брой, интелигентните сгради все още ще могат да горят изкопаеми горива и да произвеждат парникови газове.

Възобновяемата енергия се получава от източници, които са естествено възстановяващи се и на практика са неизчерпаеми. Това са възобновяемите ресурси биомаса, вятър, слънце и геотермална енергия. Тяхната електрическа и топлинна енергия може да се използва ефективно за осъществяване на комфорта в ниско енергийните интелигентни сгради.

Електрическа и топлинна енергия от биомаса
Биомасата включва продукти от растителен и животински произход, битови и някои производствени отпадъци, както и растителни култури, отглеждани специално за тази цел. Най-често се използват отпадъчни материали от производството на продукти от дърво (дървени стърготини), дървесни отпадъци (кора от дървета, строителни отпадъци), горски остатъци и санитарна сеч, селскостопански отпадъци - като царевични стъбла, бързо растящи дървета и култури - като просо, животински тор, отпадъчно растително масло. Растителните материали могат да бъдат изгорени в своята твърда форма за генериране на електричество или отопление на сградите, или могат да бъдат превърнати в течни и газообразни горива.

Сградите, които имат значителна и постоянна необходимост от топлина, са идеални кандидати за проекти за възобновяема енергия от биомаса. Изгарянето на тези ресурси може да осигури икономична топлина за тях, докато произвежда електрическа енергия, която може да бъде използвана за собствени нужди, а излишната да бъде продадена на ЕРП, за да се генерират допълнителни приходи.

Електрическа енергия от вятъра
Вятърната енергия е един от най-бързо развиващите се възобновяеми енергийни източници в света. Вятърът се предизвиква от различно нагряване на земната повърхност. Топлият въздух се издига нависоко и образува област с ниско атмосферно налягане. Въздухът се премества от места с високо към места с ниско атмосферно налягане и колкото е по-голяма разликата, толкова вятърът е по-силен.

За урбанизираните територии са необходими вятърни турбини, различни от конвенционалните, наречени градски вятърни турбини. Те са проектирани специално за застроена околна среда, и могат да бъдат разположени върху сгради или на земята, в непосредствена близост до сградите. Това означава, че турбината е проектирана за ефективна работа при специфичния режим на вятъра и да се интегрира добре със застроената среда. Малките вятърни турбини обикновено са с мощност от 1 до 20kW.

Точното измерване на средната скорост на вятъра, чрез оценка на вятърните ресурси, е от решаващо значение, за да се оцени осъществимостта на проекта. В допълнение, проектите за вятърни турбини, изискват различни изследвания, разрешителни и договори, включително разрешителни за зониране, изследване на визуалния трептящ ефект на вятърната турбина, когато слънцето грее, изследване на шума, проучване за оценка на всички потенциални въздействия върху птиците и др. Вятърната енергия в момента е една от най-рентабилните технологии в сравнение с всички други електропроизводства от екологичните и напълно възобновяеми енергоизточници. Това се дължи на безплатната вятърна енергия, екологичните й предимства и намаляващите цени на вятърните електроцентрали.

Електрическа енергия от слънцето
Фотоволтаичните панели се състоят от полупроводникови елементи. Един фотоелемент се състои от полупроводников слой, в който електроните се движат по цялата верига под въздействие на слънчевата светлина. Полученият постоянен ток се натрупва в акумулатори или се трансформира чрез инвертори в променлив ток за собствени нужди, а излишният се подава към общата електрическа мрежа. Този възобновяем ресурс ще бъде на разположение, докато слънцето грее и е почти без емисии. Важните фактори за оценка на инвестицията във фотоволтаична система включват цената за изкупуване на електроенергията, наличието на стимули, субсидии и отстъпки могат да бъдат от решаващо значение за определяне на финансовата осъществимост на проекта, стойността на зелените сертификати, които могат да бъдат продавани отделно от стоката електрическа енергия за подобряване на финансовата стабилност на проекта, потенциалните ресурси - очевидно е, че фотоволтаичните системи ще работят най-добре в слънчеви региони, наличност за двупосочно измерване, позволявайки на собствениците на сгради да продадат произведената в повече от техните локални нужди възобновяема енергия обратно към ЕРП при справедливи условия.

Топлинна енергия от слънцето
Соларните системи за подгряване на вода се радват на постоянно нарастващ интерес, тъй като това е най-интелигентното и ефикасно решение за произвеждане на топлина. Оптимално оразмерената система може да спести голяма част от разходите за енергия и по този начин да върне вложената инвестиция само за няколко години. За разлика от PV технологиите, соларните инсталации генерират енергия чрез абсорбиране на топлината на слънцето с плоски слънчеви колектори. Без значение от вида на строителството те могат да бъдат инсталирани навсякъде. В най-общи линии слънчевите колектори се състоят от абсорбатор, който улавя слънчевите лъчи, бойлер за съхранение на топлата вода, помпа за задвижването на водата, разширителни съдове, контролен блок за регулиране на целият процес и за задаване на желаната температура на водата. През тръбите на колектора преминава вода или антифриз, където се загрява и след това се разпределя към съответната отоплителна система. Топлината може да се прехвърля към резервоар за топла вода, плувен басейн, водопроводна система или се използва директно за отопление на въздуха в сградата през студения сезон. Системата за контрол е състои от контролен блок и циркулационна помпа. Контролерът сравнява разликите в температурите на топлообменника и слънчевите панели. Ако тази в панелите е по-висока се включва помпата докато се изравнят температурите.

Възприемането на слънчевите топлинни технологии в сгради нараства с доста стабилни темпове, като ефективността и надеждността им се е подобрила.

Отопление и охлаждане чрез геотермална енергия
Технологиите с термопомпи, известни още като геотермална или геообменна технология, са двете технологии за енергийна ефективност и технологии за възобновяема енергия. Геотермалната енергия представлява топлинната енергия, която се съдържа в земните недра. Просмукваните през земната кора води слизат към земното ядро и се нагряват до високи температури. Една част от тях се издига обратно до земната повърхност във вид на горещи извори, а другата част остава под повърхността. Тези горещи води формират геотермални резервоари. Практически земната кора представлява неизчерпаем източник на топлина. Само на няколко метра под повърхността на Земята нейната температура малко се променя от сезон на сезон и остава между 7°С и 24°С в зависимост от географската ширина. През зимата този източник на относителна топлина се използва като възобновяем ресурс за отопление на сгради и топла вода. През лятото сравнително хладната земя се използва като радиатор за подобряване на енергийната ефективност на отвеждане на топлината от сградите. Снабдяването с гореща вода през лятото също така идва буквално безплатно чрез използването на геотермална енергия.

Системата за извличане или отдаване на топлина се състои от три основни компонента, включвайки пластмасови тръби, заровени под повърхността на почвата и напълнени с течност - обикновено вода или антифриз в зависимост от климата, термопомпа, която отнема топлината от течността през зимата, или прехвърля топлина към нея през лятото, и разпределителни мрежи - конвенционален тръбопровод или хидравлична лъчиста система, която пренася топлината в цялата сграда. Сградите обикновено могат да постигнат по-високи нива на енергийна ефективност чрез геотермални термопомпени системи, свързани с лъчисто отопление и охлаждане, използвайки тръби, които се простират през цялата бетонна плоча за отопление и охлаждане на сградата.

За да се оцени осъществимостта на система за геотермална топлинна помпа, квалифицирани експерти трябва да определят вида на системата, подходяща за прилагане въз основа на редица различни фактори. Наличност на пространство - хоризонталните тръбопроводни системи са по-евтини, но постижими само при ново строителство или когато е налице достатъчно пространство. В повечето съществуващи търговски приложения са необходими вертикални тръбопроводи монтирани в отвори с дълбочина 30 – 120м. Геология на местоположението - различните видове почви провеждат топлината по-ефективно и може да изискват по-малко тръби. В местата, където близо до повърхността има твърда скала, са необходими вертикални системи от тръбопроводи. Хидрология - наличие на вода за инсталиране на система с обратна връзка, или подземни води за конфигурация с отворен контур. Термопомпите също са добре пригодени за сгради, в които отоплителни и охлаждащи системи работят едновременно през цялата или през част от годината. Когато термопомпите се комбинират с други източници на възобновяема енергия, дори е възможно да се постигне сграда с нулево нетно потребление на енергия – една сграда, която произвежда цялата енергия, от която тя се нуждае на място.

В миналото програмата в отговор на търсенето обикновено се е състояла от споразумения между ЕРП и техните най-големи потребители на електроенергия, за да се адаптират схемите на използване за по-голяма ефективност на мрежата в замяна на по-благоприятни цени. В днешно време новите технологии позволят на ЕРП да предлагат автоматизирани програми в отговор на търсенето на широк кръг от клиенти. Те биха могли, например, да изключат един бойлер за пет минути - незначителна промяна, която клиентът няма да забележи. Умножете тези пет минути от икономии по стотици или хиляди домакинства или много десетки големи търговски сгради и така изведнъж ЕРП ще има на разположение огромен резерв от електроенергия. Днешната технология потенциално може да трансформира отношението към енергията - но реалността в бизнеса не върви в крак с технологичния напредък. Малък, но нарастващ брой сгради сега са "интелигентни" с помощта на компютърно контролирани системи за отопление и вентилация, осветление и др. И все пак интелигентните технологии вече оказват промяна на динамиката на енергията. Интелигентните системи и интелигентните услуги за управление на сградата оптимизират цялостната производителност и енергийните и характеристики.

Някои сгради, които генерират енергия, могат да я споделят с близките съоръжения, създавайки микро мрежа. Когато са включени множество генериращи източници, микро мрежата може да помогне на участниците да управляват разходите за енергия, като преминат от микро мрежа на общинска мрежа в зависимост от това къде източника е най-евтин и да предоставят локално захранване, ако общинската мрежа претърпи прекъсване.

В крайна сметка, големите търговски интелигентни сгради, които генерират повече енергия ще могат да предоставят допълнителни мощности към мрежата, като взаимодейства директно с регионалните организации за пренос, които координират продажбите на едро на електроенергията с помощта на програми за икономично търсенето - отговор. Чрез създаването микро мрежи и осигуряване на енергия от диверсифицирани източници, включително вятърна и слънчева енергия, интелигентните сгради могат да помогнат за намаляване на емисиите на парникови газове, като същевременно осигуряват защита срещу прекъсвания на мрежата, причинени от природни или предизвикани от човека бедствия.

Пестенето на енергия не само намалява корпоративните и домашните сметки за енергия, но също така намалява тежестта за ЕРП и подобрява условията на околната среда за широката общественост.