Presentación de PowerPoint

January 8, 2018 | Author: Anonymous | Category: Vetenskap, Fysik, Mekanik, Energi
Share Embed Donate


Short Description

Download Presentación de PowerPoint...

Description

Säsongslagring av termisk energi (STES) Målgrupp: pedagoger, akademisk personal, högre utbilding, offentlig administration med ansvar för energifrågor osv Miguel Ramirez Dr Shane Colclough Prof Neil J Hewitt

1

Innehåll 

Vad är säsongslagring av termisk energi (STES)?



Varför använda STES?



Bakgrund STES



Hur fungerar det?



Sätt att lagra termisk energi



Hur mycket energi kan lagras?



Användning, bästa sätt?



Hur mycket kostar det?



Fallstudier 2

Innehåll 

Vad är säsongslagring av termisk energi (STES)?



Varför använda STES?



Bakgrund STES



Hur fungerar det?



Sätt att lagra termisk energi



Hur mycket energi kan lagras?



Användning, bästa sätt?



Hur mycket kostar det?



Fallstudier 3

Vad är STES?

 Lagring av kyla under vintern för att använda på sommaren.

 Lagring av värme under sommaren för att använda på vintern

4

Innehåll 

Vad är säsongslagring av termisk energi (STES)?



Varför använda STES?



Bakgrund STES



Hur fungerar det?



Sätt att lagra termisk energi



Hur mycket energi kan lagras?



Användning, bästa sätt?



Hur mycket kostar det?



Fallstudier 5

Varför använda STES 

 





Uppvärmning av byggnader utgör 30-40% av den totala energikonsumtion i EU. 60-70% används för uppvärmning av bostäder. Vintertid, när solen är som lägst, är behovet av rumsuppvärmning högst. Solbaserad termisk energi kan lagras på sommaren för att användas under vintern. Nordeuropeiska länder har en årsmedeltemperatur av 5°C och en årlig solstrålning av upp till 1000 kWh/år m² (Stockholm)

Källa: SoDa-is.com

Innehåll 

Vad är säsongslagring av termisk energi (STES)?



Varför använda STES?



Bakgrund STES



Hur fungerar det?



Sätt att lagra termisk energi



Hur mycket energi kan lagras?



Användning, bästa sätt?



Hur mycket kostar det?



Fallstudier 7

 Antika Persien 400 BC; 20m höga kupoler med vindfångare (Yakhchals) för att kyla och laga is vid +40°C utetemperatur.

Source: awesci.com

STES historia - kallagring

 Rom

 Kylhus 1700- och 1800-tal; Vatten från flodar och sjöar brukades för att hålla låga temperaturer i vissa byggnader för att förvara livsmedel. (Middleton, England – Glen River, Northern Ireland)

Source: Griffiths & Colclough

AD 100; Romarna transporterade snö och använde brunnar för att hålla mat och vin kallt på varma dagar

8

STES historia – värmelagring

 Tyskland efter WWI Endast förstudier genomfördes på 1920 talet på grund av landets begränsade resurser.

USA Keck “glas”-hus 1933 och MIT-hus 1939 var båda gjorda av glas och material med hög termisk kapacitet för lagring av termisk energi

 Denmark and Sweden Oljekrisen under 70-talet tvingade regeringar att leta efter alternativ. Små och storskaliga termisk lagringsytem byggdes i kombination med fjärrvärmesystem. 9

Innehåll: 

Vad är säsongslagring av termisk energi (STES)?



Varför använda STES?



Bakgrund STES



Hur fungerar det?



Sätt att lagra termisk energi



Hur mycket energi kan lagras?



Användning, bästa sätt?



Hur mycket kostar det?



Fallstudier 10

Hur fungerar det - KOMPONENTER 

Värmekälla   



Termisk lagring   



Sol Biomassa Industriell spillvärme Högt termisk kapacitet Stor volym Låga termiska förluster

Distributionssystem  

Värmepump Fjärrvärmenätverk 11

HUR FUNGERAR DET - KONFIGURATIONER 

Parallell Värmepump, solfångare och STES arbetar oberoende för att fylla värmebehov

Serie

Source: Solites



Solfångare eller STES fungerar som en värmekälla för värmepump alternativt med tillskott av annan energi. 

Serie/parallell Värmepump eller solfångare värmer tillsammans eller oberoende av varandra 12

HUR FUNGERAR DET - KONFIGURATIONER 

Parallell Solfångarna är kopplade direkt till lagringstanken och laddar den med termisk energi under perioder med hög solinstrålning. STES levererar varmt vatten för tappvärmevatten och rumsvärmesystem under uppvärmningsperioden (vinter). När STEStemperaturen är lägre än vad som krävs, startar värmepumpen och levererar den nödvändiga värmen till både tappvärmevatten och rumsvärmesystem. Värmepumpens termiska källa är extern och kan vara antingen luft, mark eller fjärrvärmeåtervinning.

Solfångare Värmepump STES

(Luft/markborrhåll)

Varmt tappvatten

Rumsvärme 13

HUR FUNGERAR DET - KONFIGURATIONER 

Serie Solfångare, STES tank och värmepump är seriekopplade. Värme lagras under perioder med hög solinstrålning. Solfångaren kan fungera som en energikälla för en värmepump eller direkt via värmelagring. Värmepumpen måste vara av typ vatten-till-vatten och kan klara hela värmebehovet av både tappvatten och rumsvärme. Lagringstankens temperatur kan begränsas och optimeras för värmepumpens ideala driftområde. Termiska förluster minskas eftersom STES-tankens temperatur kan vara lägre.

Värme pump Solfångare STES

Varmt tappvatten

Rumsvärme 14

HUR FUNGERAR DET - KONFIGURATIONER 

Serie/Parallell STES-tanken laddas av solfångarna och ger värme till tappvärmevattnet och byggnader. När temperaturen i STES-tanken är under behovet startar värmepumpen. Värmepumpen drar ut värmen som är kvar i lagret och levererar tappvärmevatten och rumsvärme till byggnaderna. I alla tre fall, kan värmepumpen gå under perioder med låg-kostnadsel och värma tappvärmevattenstank på ett kostnadseffektiv sätt. Dessutom, ett hjälpsystem (t ex en gaspanna) måste användas för att täcka värmeefterfrågan som inte täcks av STES-systemet.

Solar Collectors

DHW

STES

Heat Pump

LOAD 15

EXEMPEL AV SERIE/PARALLELL STES DRIFTSLÄGEN (EINSTEIN PLANTS CASE)

HUR DET FUNGERAR - Serie/Parallell  

Laddning

Ett STES-system börjar ladda när termisk energi från källan (solen) är tillgänglig. Termisk solenergi kan samlas under sommarmånaderna och lagras i STES-tanken för senare användning. Det är också möjligt att lagra och leverera termisk energi om tanken har oberoende kretsar för laddning och urladdning.

HUR DET FUNGERAR – Serie/Parallell 

Direkt laddning Direktladdning av ett STES-system börjar tidigt på våren. Tanken levererar först värme direkt till byggnaderna genom fjärrvärme eller direkt rörledning. Temperaturen av varmvattensuttaget regleras efter belastningens värmekurva. Maximi STES utloppstemperaturer är typiskt 80°C, (med trycksatta tankar är temperaturer >100°C möjliga). TSTES > 50°C

HUR DET FUNGERAR – Serie/Parallell 

Värmepumpsdrift Värmepumpen går när STES utmatningstemperatur är lägre än temperaturen erfordrad av belastningen för att helt täcka värmebehovet. Vatten från STES ger värme till värmepumpens avdunstningscykel och kondenseringscykeln ger varmvatten med en tillräckligt högt temperatur för att tillgodose behovet. 10°C < TSTES < 50°C

HUR DET FUNGERAR – Serie/Parallell 

Hjälpsystem – panna När vattentemperaturen i tanken sjunker till en nivå som är utanför effektiv drift av värmepumpen (cirka 10°C), sätter hjälpsystemet igång. STES-tanken är då helt urladdad och belastningen är helt beroende av hjälpsystemet.

TSTES < 10°C

HUR DET FUNGERAR – Serie /Parallell  

Hjälpsystem – panna/värmepump Ett hjälpsystem är absolut nödvändigt för att täcka toppbelastning under perioder när lagringstanken är urladdad.  Värmepumpar brukar vara tre-fyra gångar mer effektiva än konventionella uppvärmningssystem för samma mängd värme.  Vatten till vattenvärmepumpar har en låg returtemperatur till källan. Denna temperaturskillnad hjälper till med stratifieringen I lagringstanken.  En lägre temperatur i botten av lagringstanken ger högre solfångar-effektivitet och minskar termiska förluster i mark.

21

Innehåll: 

Vad är säsongslagring av termisk energi (STES)?



Varför använda STES?



Bakgrund STES



Hur fungerar det?



Sätt att lagra termisk energi



Hur mycket energi kan lagras?



Användning, bästa sätt?



Hur mycket kostar det?



Fallstudier 22

SÄTT ATT LAGRA TERMISK ENERGI



Latent värme



Kemisk värme

Kännbar värme (Sensible heat) 

23

SÄTT ATT LAGRA TERMISK ENERGI 

Latent värmelagring Fasförändringmaterial . Phase Change Materials, PCM som ändras mellan flytande och fast form är vanligast för att lagra latent värme. Termisk energi kan absorberas av PCM i både solid och flytande form. Stora värmemängder kan absorberas när materia konverteras från solid till flytande form. PCMs kan lagra 5 till 14 gånger mer värme per volymenhet än konventionella lagringsmaterialen vatten, murverk eller sten. Termisk energi avges från PCM-materialet när den ändras från flytande till solid och den lagrade latenta värmen kan utnyttjas.

SÄTT ATT LAGRA TERMISKENERGI 

Termokemisk lagring Kemiska och sorberande värmelagringssystem (termokemiska) är lovande nya teknologier med avsevärda fördelar, jämfört med både kännbart och latentvärme lagringssystem. Lagringsdensiteten kan teoretiskt vara upp till 10 gånger högre än med vatten så att volym kan minskas. Termiska förluster kan nästan elimineras genom processens karaktär och låga temperaturer i materialet. Dessa fördelar underlättar lagring över tid.

SÄTT ATT LAGRA TERMISK ENERGI 

Kännbar värmelagring (sensible heat store) Kännbart värme (sensible heat) är termiska energi överfört till eller från en substans vilket resulterar i en temperaturändring. Det är det vanligaste och mest direkta sättet att lagra värme. Nackdelen är att det krävs stora kvantiteter material och det blir stora termiska omgivningsförluster genom att omslutningsarean är relativt stor. Att använda vattentankar för termisk lagring är en välkänd teknologi. Innovativa lösningar kan minska värmeförlusterna genom att optimera stratifiering och termisk isolering.

Innehåll: 

Vad är säsongslagring av termisk energi (STES)?



Varför använda STES?



Bakgrund STES



Hur fungerar det?



Sätt att lagra termisk energi



Hur mycket energi kan lagras?



Användning, bästa sätt?



Hur mycket kostar det?



Fallstudier 27

HUR MYCKET ENERGI KAN LAGRAS? 

Q= m.cp.ΔΤ    

Q: Lagrad termisk energi m: Massan av materialet använt för att lagra värme cp: Specifik värmekapacitet hos lagringsämnet ΔT: Temperaturändring av lagringsämnet före och efter laddningen

28

HUR MYCKET ENERGI KAN LAGRAS



Exempel: Solfångarna värmer 100m3 vatten från 25 to 50°C som lagras i en isolerad lagringstank. Hur mycket energi är lagrad i vattnet? Q = m.cp.ΔΤ m = ρ.V = 1000kg/m3 x100m3 = 100 000kg cp = 4.18 kJ/kg.K) ΔΤ= 25°K Q= 100 000 x 4.18 x 25 = 10450 MJ = 2.9MWh (2900kWh)

29

Heißwasser-Wärmespeicher Kies/Wasser-Wärmespeicher HUR MYCKET ENERGI KAN LAGRAS Sommer

Heißwasser-Wärmespeicher

Heißwasser-Wärmespeicher

Winter

Kies/Wasser-Wärmespeicher

Kies/Wasser-Wärmespeicher Sommer

Winter

Sommer Winter Wärmedämmung

Abdichtung Schutzvlies Wärmedämmung Wärmedämmung Abdichtung Abdichtung Schutzvlies

termisk Hetvatten energilagring (HW)

Erdsonden-Wärmespeicher 1)

~70 kWh/m³

Schutzvlies

Grop (Pit) termisk energilagring (PTES)

~55 kWh/m³ 2)

Erdsonden-Wärmespeicher Erdsonden-Wärmespeicher

Borrhål termisk energilagring (BTES)

15-30 kWh/m³ 1) J max=90°C,

Aquifer termisk energilagring (ATES)

30-40 kWh/m³

Jmin=30°C utan värmepump 2) Jmax=80°C, Jmin=10°C gravel-water TES with heat pump

LAGRINGSFÖRLUSTER



Stora förluster från små STES-tankar.

Avkylningskurva för ett hetvattenmagasin på 10m3 (cylindrisk form: Ø 2m, höjd 3,18 m). Starttemperatur 80°C, ambient temperatur 5°C

På grund av lägre ytatill-volym förhållande kyls stora tankar av långsammare och är därför bättre än små. STES används ofta i kombination med fjärrvärme.

Time in days

A: Konventionell isolering: λ = 0,05 W/(m·K), isolering: s= 0,2 m B: Konventionell isolering : λ = 0,05 W/(m·K), insulering:s = 2 m C: Vacuum isolering: λ = 0,005 W/(m·K), isolering : s = 0,2 m

31

Innehåll 

Vad är säsongslagring av termisk energi (STES)?



Varför använda STES?



Bakgrund STES



Hur fungerar det?



Sätt att lagra termisk energi



Hur mycket energi kan lagras?



Användning, bästa sätt?



Hur mycket kostar det?



Fallstudier 32

ANVÄNDNING, BÄSTA SÄTT

Hustyp    

Enstaka hus Flerfamiljshus Nybyggnation (att föredra) Existerande byggnader 





Source: Asko professionals



Klimatförhållanden

Hög årlig solstrålning & måttligt värmebehov på vintern

Uppvämningssätt  

Fjärrvärme Lågtemperatursystem

33

ANVÄNDNING, BÄSTA SÄTT - Överväganden

STES markförhållanden Geologisk struktur Markplats för lagring Hydrogeologiska egenskaper (akviferer)

Termisk energikälla Tillräckligt utrymme för solfångarna (mark, tak) Industriell överskottsvärme (temperaturvariation, avstånd och tillgänglighet, befintlig fjärrvärme

Användningssätt Enkel belastning – (stabil nätverk) Oberoende bostäder - (komplext kontrollsystem)

34

ANVÄNDNING, BÄSTA SÄTT – EINSTEIN resurser



Var inom EU? Värmebehoven varierar väsentligt mellan olika EU länder. Huvudsakliga faktorer är byggnadsbeståndets kvalitet, ålder, densitet samt lokala klimatfaktorer.

Störst potential för STES i Europa redovisas i EUrapporten: “Classification of EU building stock according to energy demand requirements.” Residential energy demand vs. average ambient temperature. (ACC4: Bulgaria, Romania, Turkey, Croatia; EFTA3: Iceland, Norway and Switzerland; NMS 10: new ten member states since May 2004. (Source: ECPHEATCOOL).

35

ANVÄNDNING, BÄSTA SÄTT – EINSTEIN resurser 

STES integration Nya EU-regler gällande energibehov i byggnader innebär att nybyggen förväntas ha lägre energibehov jämfört med äldre byggnader (
View more...

Comments

Copyright � 2017 NANOPDF Inc.
SUPPORT NANOPDF