Urządzenie do produkcji ciepła, chłodu i energii elektrycznej. Patent PG i APS Group | WIMiO - Politechnika Gdańska

Z Politechniki Gdańskiej w projekt zaangażowani są prof. Dariusz Mikielewicz, czł. korep. PAN, prorektor ds. nauki, dyrektor Instytutu Energii na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa, który kierował pracami badawczymi oraz dr hab. inż. Rafał Andrzejczyk, prof. PG z WIMiO.

Od koncepcji do produktu

Pierwszym, kluczowym krokiem współpracy był projekt innowacyjnego urządzenia hybrydowego do obróbki cieplno-wilgotnościowej powietrza, zintegrowanego z rewersyjną powietrzną pompą ciepła, silnikiem spalinowym wyposażonym w generator energii elektrycznej, a także zaawansowanym układem odzysku ciepła.

Rozwiązanie to stanowi spójny system energetyczny, w którym produkcja ciepła, chłodu i energii elektrycznej została zaprojektowana jako jeden, wzajemnie uzupełniający się układ. Projekt ten jest obecnie objęty procedurą patentową.

Prof. Dariusz Mikielewicz podkreśla, że wybór takiej architektury urządzenia nie był przypadkowy – to odpowiedź na realne uwarunkowania rynku, infrastruktury energetycznej oraz potrzeby przemysłu i budownictwa.

– Nasza gospodarka potrzebuje innowacyjnych rozwiązań. Nie możemy cały czas powielać i stosować technologii zagranicznych, bo inni robią to lepiej i taniej. Dlatego powstała oryginalna koncepcja urządzenia trigeneracyjnego, czyli wytwarzającego trzy nośniki energii, z wykorzystaniem powietrznej pompy ciepła zasilanej energią elektryczną produkowaną przez wielopaliwowy silnik spalinowy – mówi prof. Dariusz Mikielewicz. – Instalacja taka ma szereg zalet, przede wszystkim stwarza możliwość pracy „wyspowej”, co jest bardzo ważne ze względu na możliwości zastosowań typu „dual-use”. Instalacje poligeneracyjne wykazują największe sprawności w przypadku, gdy możliwa jest całoroczna ich praca. Instalacja posiada taki potencjał ze względu na fakt, że produkuje energię elektryczną, ciepło i chłód.

Jak dodaje prof. Mikielewicz, ma to pozwolić na zastosowania takiej instalacji w sytuacjach wymagających redundancji, czyli konieczności posiadania dodatkowego i niezależnego źródła energii, jak np. w szpitalach, centrach danych, zagwarantowania zasilania w procesach technologicznych wymagających stałej temperatury, w obiektach komercyjnych ( hotele, galerie handlowe, biura).

– Zaproponowane rozwiązanie jest atrakcyjne ze względu na wskaźniki energetyczne, jak również i stabilność dostaw energii. Produkcja trigeneracyjna nośników energii w postaci energii elektrycznej, ciepła i chłodu jest poszukiwana przez konsumentów – dodaje profesor.

Zaproponowane rozwiązanie może być oferowane w wersjach od najmniejszych instalacji dla domów jednorodzinnych, poprzez instalacje średniej mocy dla małych przedsiębiorstw, aż do największych jednostek wykorzystujących duże silniki kogeneracyjne.

Kluczowe założenia technologiczne

Urządzenia opiera się czterech kluczowych założeniach technologicznych. Po pierwsze, na wykorzystaniu powietrza jako dolnego źródła ciepła dla pompy ciepła, przy zachowaniu wysokiej sprawności urządzenia w szerokim zakresie temperatur, co pozwala ograniczyć koszty inwestycyjne. Po drugie, zastosowano silnik spalinowy z układami ograniczającymi emisje zamiast klasycznego silnika elektrycznego zasilanego energią z sieci, co zwiększa sprawność układu i obniża koszty eksploatacji. Po trzecie, umożliwia odzysk i rekuperację ciepła, a więc maksymalne wykorzystanie energii pierwotnej oraz stabilną pracę systemu w zmiennych warunkach. Po czwarte, jest kompatybilne z istniejącymi rozwiązaniami HVAC, w tym z centralami wentylacyjno-klimatyzacyjnymi, co ułatwia integrację technologii w realnych inwestycjach.

Jak podkreślają autorzy rozwiązania, takie rozwiązania mają znaczenie w polskich realiach, gdzie produkcja i dystrybucja energii elektrycznej obarczone są wysokimi stratami, a ograniczone możliwości rozbudowy infrastruktury energetycznej kierują uwagę w stronę energetyki rozproszonej i lokalnych mikro-źródeł. Projektowane rozwiązanie wpisuje się w krajowe i europejskie cele budowy gospodarki niskoemisyjnej oraz efektywnego wykorzystania energii.

W ramach kontynuacji współpracy pomiędzy PG i APS Group przewidziano m.in. działania w obszarze kształcenia kadry w obszarze nowoczesnych technologii energetycznych i Climate Tech oraz dalsze prace wdrożeniowe innych oryginalnych technologii energetycznych.