Najväčší solárny systém na Slovensku

Najväčší solárny systém na Slovensku uviedli do prevádzky v novembri minulého roka v Želiezovciach. Solárne pole zložené z 320 kusov paralelne zapojených kolektorov má plochu takmer 650 m². Na príklade projektu v Želiezovciach vidieť, že aj na Slovensku sa dajú uskutočniť dobré myšlienky.

 Myšlienka projektu vznikla v radoch príslušníkov Zboru väzenskej a justičnej stráže (ZVJS), ktorí sa oň maximálne zasadili po celý čas prípravy a realizácie. Neodradili ich ani žiadne technické či administratívne problémy. Od prvotného nápadu až po jeho úspešné ukončenie v Ústave na výkon trestu odňatia slobody (ÚVTOS) v Želiezovciach ubehlo nakoniec takmer šesť rokov.

Projekt bol spolufinancovaný z Finančného me­chanizmu Európskeho hospodárskeho priestoru (EHP), Nórskeho finančného mechanizmu a zo štátneho rozpočtu Slovenskej republiky.

Na začiatku bol iba jednoduchý nápad
Na začiatku všetkého stál nápad realizovať solárny systém na prípravu teplej vody. Následnými analýzami sa však dospelo k záveru, že na úspešnú činnosť slnečných kolektorov treba vykonať zmeny aj v celej technológii tepelného hospodárstva, ktoré už bolo zastarané a energeticky nehospodárne. Počas rozpracovania projektu sa riešilo niekoľko variantov vo vzťahu k umiestneniu kolektorov i solárneho zásobníka. Prvotný nápad umiestniť kolektory na strechách budov sa ukázal veľmi skoro ako nevhodný pre veľkosť disponibilných plôch, vzdialeností od kotolne aj zložitosti hydraulického riešenia. Projektanti teda zamerali svoju pozornosť na polia za ohradovým múrom – najskôr okolo veže rezervoára vody, neskôr na úplne otvorenom priestranstve. Tam sa dali kolektory inštalovať s ideálnou orientáciou – neboli na nej žiadne terénne obmedzenia a aj vzdialenosť od strojovne nebola veľká.
 
Riešenie a realizácia solárneho poľa
Solárne pole pozostáva celkovo z 320 kusov paralelne zapojených štandardných kolektorov typu TS 300 s optimálnym pomerom ceny a výkonu (slovenský výrobca THERMO|SOLAR Žiar, s. r. o.) s celkovou plochou takmer 650 m².

Kolektory sú rozdelené do 40 blokov po 8 kusov. Na poli za ohradovým múrom väznice sa vytvorilo 8 radov, v ktorých sú kolektory orientované južným smerom so sklonom 45°. Takéto umiestnenie poskytuje optimálne podmienky na celoročnú úspešnú prevádzku systému. Aj inštalácia na voľnej ploche bola z hľadiska montáže nanajvýš komfortná.

Ústav vlastnými silami zrealizoval výstavbu betónových základových pásov na upevnenie nosných hliníkových konštrukcií pod kolektory i prekopanie tunela na priestup potrubí pod ohradovým múrom. Samozrejme, keďže išlo o väčší a technicky náročnejší projekt, aj počas finálnej realizácie došlo ešte k niektorým drobným úpravám a zdokonaleniam, ale nevyskytli sa žiadne väčšie komplikácie.

Odstránením existujúceho parného zariadenia a inštaláciou novej technológie parných vyvíjačov dôjde k úspore prevádzkových nákladov znížením spotreby paliva o 45 625 m3/rok, čomu zodpovedá 434 589,53 kWh/rok. Predpokladaná úspora je asi 125 m3 zemného plynu na deň.

Ako systém funguje
Teplo vyrobené kolektormi transportuje teplonosná nemrznúca kvapalina podzemným, kvalitne izolovaným oceľovým potrubím do kotolne v samostatnom objekte areálu ústavu. Tu ho odovzdáva cez protiprúdový doskový výmenník privádzanej vode, ktorá sa akumuluje vo dvoch zásobníkoch s objemom 16 m³. V prípade nedostatku slnečného žiarenia dohrejú vodu plynové kotly.

Okrem inštalácie slnečných kolektorov prebehla v rámci projektu aj celková modernizácia energetických zariadení ústavu. Jej cieľom bolo znížiť prevádzkové náklady a prispieť k ochrane životného prostredia. Aj keď bolo nevyhnutné prekonať nemálo organizačných a technických problémov, výsledok potvrdil, že vynaložené úsilie všetkých zainteresovaných prinieslo úspech.
–>–>
Kotolňa – pred rekonštrukciou a po nej
Pred rekonštrukciou boli v kotolni dva oceľové teplovodné kotly s menovitými tepelnými výkonmi 1 160 a 1 860 kW. Kotlové jednotky boli osadené pretlakovými plynovými horákmi so spaľovaním zemného plynu s tlakom 35 kPa. Vykurovacia voda sa viedla cez hydraulický stabilizátor do rozdeľovača a následne do potrubného systému ÚK. V kotlovom okruhu bolo inštalované iba jedno čerpadlo (pre oba kotly) s ventilom na ochranu spiatočky do kotlov proti nízkoteplotnej korózii.

Pre potreby technológie kuchyne a práčovne a na prípravu teplej vody (TV) boli v kotolni umiestnené dva strednotlakové parné kotly osadené pretlakovými plynovými horákmi. Z parných kotlov vstupovala para do stredno­tlakového rozdeľovača pary, odkiaľ sa priamo zásobovala práčovňa. Ďalej sa para privádzala cez redukčné ventily k jednotlivým spotrebičom (kuchyňa, príprava teplej a napájacej vody). V kotolni bola nádoba napájacej vody s objemom približne 4 000 litrov. Odplynenie tejto vody sa uskutočňovalo v odplyňovači. Voda sa ohrievala na teplotu 103 až 105 °C nízkotlakovou parou 0,035 MPa.

Z hľadiska zabezpečenia dodávky tepla pre potreby vykurovania objektov a prípravu TV riešila rekonštrukcia kotolne demontáž teplovodného kotla s menovitým tepelným výkonom 1 860 kW. Na jeho miesto sa inštaloval nový kondenzačný teplovodný kotol WOLF GKS Eurotwin K 1250 s tepelným výkonom 1 250 kW. Kotol je osadený nízkoemisným horákom WEISHAUPT WM-G20/2-A, ZM-LN s nízkymi emisiami NOx a CO a s inštalovaným frekvenčným meničom na reguláciu otáčok. Len inštaláciou kondenzačného kotla pritom došlo k zníženiu spotreby paliva o 22 043 m³/rok.

Druhý oceľový teplovodný kotol (SLATINA typ VVP 1000) s menovitým tepelným výkonom 1 160 kW sa ponechal, len pôvodný pretlakový plynový horák sa vymenil za nový nízkoemisný horák WEISHAUPT WM-G20/2-A, ZM-LN s nízkymi emisiami NOx a CO.

Príprava teplej vody zo slnečných kolektorov sa navrhla ako zásobníkovo-prietočná, pričom TV sa pripravuje v teplovodnej odovzdávacej stanici (DANFOSS 1FDRDHW400).

Teplonosné médium, t. j. vykurovacia voda, sa od kondenzačného kotla privádza do optimalizačného zmiešavača, z ktorého sa vykurovacie médium (voda) privádza cez existujúce čerpadlá do spoločného rozdeľovača ÚK. Odtiaľ sa vedú vetvy do pôvodného systému ÚK. Teplá voda sa pripravuje z kondenzačného kotla cez prepínací ventil. V kotlových okruhoch sú navrhnuté poistné ventily, uzatváracie a meracie armatúry a prístroje.

Parné hospodárstvo sa z dôvodu zníženia spotreby pary demontovalo. Na zabezpečenie dodávky pary pre novú technológiu sa v objekte plynovej kotolne inštalovali dva plynové rýchlovyvíjače pary s menovitým výkonom pary 600 kg/h (420 kW/ks) a zabudovaným dvojstupňovým horákom. Teplonosné médium (sýta para s pretlakom maximálne 1,0 MPa) sa od vyvíjačov pary privádza potrubím do rozdeľovača pary a následne sa rozvetvuje do nových (ohrev napájacej vody), resp. existujúcich rozvodov pary (práčovňa, kuchyňa).

V kotolni je beztlaková nádoba napájacej vody s elektronickou kontrolou hladiny, vodoznakom, teplomerom a termickým odplynením. Elektronická kontrola hladiny udržuje v napájacej nádobe minimálnu hladinu dopúšťaním kondenzátu z technológie, resp. prídavnej vody z chemickej úpravy vody. Termické odplynenie slúži na čiastočné tepelné odplynenie napájacej vody pri teplote 85 až 95 °C, využíva sa naň vyrobená para odobraná z parného vedenia.

Prečo práve Želiezovce? Ústavy na výkon trestu odňatia slobody sú vo všeobecnosti mimoriadne vhodnými objektmi na inštaláciu slnečných kolektorov. Je v nich vysoká koncentrácia osôb, ktoré sa zvyčajne príliš úsporne nesprávajú. Prevádzkoví pracovníci ústavov preto vyvíjajú nemalé úsilie na to, aby obmedzili plytvanie všetkými zdrojmi, vrátane energetických. A finančné prostriedky, ktoré štát vyčlení na podobné úsporné opatrenia, sa mu následne vracajú vo forme nižších prevádzkových nákladov. V rezorte ZVJS nie sú Želiezovce prvým solárnym systémom. Tým bol menší, 60-kolektorový systém v Otvorenom oddelení v Sabovej (Rimavská Sobota), ktoré tiež patrí ÚVTOS Želiezovce. Ukazuje sa, že aj ďalšie ústavy v správe ZVJS majú ideálne podmienky na inštaláciu podobných zariadení.

Príspevok slnečných kolektorov
Inštalovaním slnečných kolektorov sa ročne ušetrí 35 500 m³ zemného plynu, čo predstavuje až 60 % z celkového množstva doterajšieho množstva potrebného na prípravu teplej vody. Z pohľadu emisií CO2 ide o zníženie v objeme približne 170 ton ročne. Vo finančnom vyjadrení sa očakáva ročná úspora na úrovni takmer 18 000 €.

Čo prinesie ďalšia prevádzka
Praxou overená životnosť použitých kolektorov je viac ako 35 rokov. Počas tohto obdobia bude treba 4 až 5-krát vymeniť teplonosnú kvapalinu na báze monopropylénglykolu, asi dvakrát obehové čerpadlá a pravdepodobne jeden raz zásobník tepla. Tieto predpoklady vychádzajú z fyzickej životnosti použitých komponentov. Po čase bude treba vymeniť aj riadiaci a regulačný systém. Tentoraz však nie z dôvodu fyzického opotrebovania, ale pre morálne zastaranie.

Elektronika nielen riadi, ale aj vyhodnocuje prácu celého systému, takže budú známe údaje o energetickom zisku za akékoľvek obdobie.

Samozrejme, práca v objekte so špeciálnym režimom má svoje špecifiká, všetko sa však podarilo úspešne zvládnuť. V ďalších mesiacoch budú nasledovať monitorovacie práce, ktoré by mali preukázať úspešnosť a životaschopnosť projektu.

(sf)

Spracované z podkladov Ing. Jána Tomčiaka zo spoločnosti THERMO|SOLAR Žiar, s. r. o., a Ing. Jána Daniša (Ing. Ján DANIŠ – DANTHERM)

Foto: THERMO|SOLAR Žiar

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.