Innowacyjny szwedzki eksperyment w zakresie odzyskiwania ciepła odpadowego
Dzięki wysiłkom podjętym przez RISE Research Institutes of Sweden w nadmorskim mieście Luleå na północy Szwecji powstało niewielkie centrum danych zasilane ogniwami paliwowymi, które wykorzystuje i odzyskuje ciepło odpadowe. Ogniwa te wytwarzają energię elektryczną wykorzystywaną do zasilania centrum danych Edge, natomiast nadmiarowe ciepło z instalacji trafia do lokalnej sieci ciepłowniczej i chłodniczej. Instytut RISE jest jednym z partnerów finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu WEDISTRICT, którego celem jest wykazanie, że systemy ciepłownicze i chłodnicze mogą opierać się na odnawialnych źródłach energii oraz rozwiązaniach z zakresu odzysku ciepła odpadowego. W samej Unii Europejskiej aż 50 % ogółu zużywanej energii służy do ogrzewania i chłodzenia budynków. Co więcej, blisko 70 % tego zapotrzebowania zaspokajamy dzięki paliwom kopalnym.
Jak działa nowe rozwiązanie?
W przypadku nowej instalacji w mieście Luleå centrum danych i ogniwa paliwowe zostały umieszczone w dwóch kontenerach ustawionych jeden na drugim. W górnym kontenerze znajdują się ogniwa paliwowe zasilane lokalnie wytwarzanym biogazem, z kolei w dolnym znajduje się wymiennik ciepła chłodzony cieczą oraz centrum danych z zasilaczem awaryjnym podtrzymującym zasilanie w razie problemów z głównym źródłem zasilania. System jest oparty na ogniwach paliwowych z tlenkiem stałym (ang. solid oxide fuel cells, SOFC), które wytwarzają energię elektryczną z biogazu. Tego rodzaju ogniwa osiągają wysokie temperatury robocze, które dochodzą do 600 °C, dzięki czemu doskonale sprawdzają się w zastosowaniach elektrociepłowniczych – wydzielane przez nie ciepło odpadowe można wykorzystać do ogrzewania i chłodzenia obiektów, które tego wymagają. Wysoka temperatura pracy ogniw wiąże się jednak z pewną wadą – rozruch i osiągnięcie temperatury roboczej przez każde ogniwo zajmuje wiele czasu. „W ramach projektu wykorzystujemy jedyne komercyjnie dostępne ogniwo paliwowe z tlenkiem stałym w Europie. Konstrukcja ta osiąga sprawność elektryczną na poziomie 60 %, jednak z racji temperatury roboczej wynoszącej aż 650 °C nie możemy ich wyłączać i włączać, wzrost ilości wytwarzanej energii w czasie pozostawia wiele do życzenia, za to zapewniają duże ilości ciepła”, wyjaśnia prof. Jon Summers z instytutu RISE, którego wypowiedź zacytowano w informacji prasowej opublikowanej na stronie internetowej „Data Centre Dynamics”. „W jednym z kontenerów znajduje się centrum danych, z kolei w kontenerze ustawionym na górze mieszczą się ogniwa paliwowe”. Jak czytamy w informacji prasowej, pomiędzy dwoma kontenerami występuje ograniczony obieg odzysku ciepła. Ciepło wytwarzane w zbiorniku chłodzenia zanurzeniowego Submer w kontenerze mieszczącym centrum danych jest wykorzystywane do wstępnego ogrzania powietrza docierającego do ogniw paliwowych. „Woda w rurach wychodzących z CDU w układzie Submer osiąga temperaturę wynoszącą około 50 °C”, zauważa prof. Summers. CDU oznacza w tym przypadku układ dystrybucji chłodzenia (ang. cooling distribution unit). „Ogniwa paliwowe wymagają do prawidłowego działania powietrza, jednak osiągnięcie optymalnych warunków pracy wymaga ogrzania go do temperatury 35 °C. Powietrze pochodzące z zewnątrz w temperaturze od -25 °C do 25 °C jest ogrzewane ciepłem odzyskiwanym z systemu Submer”. Ponadto ogniwa paliwowe będą dostarczać do lokalnej sieci ciepłowniczej gorącą wodę o lepszej jakości i wysokiej temperaturze wynoszącej 95 °C. „Na podstawie danych pogodowych z lat 2020 i 2021 uważamy, że jesteśmy w stanie przekazywać ciepło do sieci ciepłowniczej przez około 8000 godzin w roku”, wyjaśnia prof. Summers. Poza centrum danych w mieście Luleå zespół projektu WEDISTRICT (Smart and local reneWable Energy DISTRICT heating and cooling solutions for sustainable living) zbudował trzy dodatkowe obiekty demonstracyjne w Alcalá de Henares (Hiszpania), Bierutowie (Polska) oraz Bukareszcie (Rumunia), prezentujące zróżnicowane rozwiązania systemów ciepłowniczych i chłodniczych niewykorzystujących paliw kopalnych. Więcej informacji: strona projektu WEDISTRICT
Słowa kluczowe
WEDISTRICT, ogniwo paliwowe, centrum danych, ogrzewanie, chłodzenie, ciepło odpadowe, energia, ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem, zasilanie