Hybridanlæg med jordvarmelager af stenmel til skoler og institutioner
I projektet er undersøgt, hvorledes et elbaseret energieffektivt varmesystem med jordvarmelager af stenmel udbredt til skoler og institutioner kan reducere varmeregningen for brugerne samt forbedre driftsforholdene for elnettet.
I Danmark er omstillingen til vedvarende energi i høj grad baseret elektricitet fra vind og sol. Indpasning af vedvarende energi i elnettet vanskeliggøres af de vedvarende energikilders fluktuerende natur. For fortsat at kunne forøge andelen af vedvarende energi i elnettet er der derfor et stærkt behov for energilagre samt energieffektive varmesystemer baseret på elektricitet der kan aftage elektricitet når det passer energisystemet bedst.
I dette projekt undersøges det, hvorledes et elbaseret energieffektivt varmesystem med jordvarmelager af stenmel udbredt til skoler og institutioner kan reducere varmeregningen for brugerne samt forbedre driftsforholdene for elnettet.
Projektet tager udgangspunktet i to eksisterende markedsførte teknologier: Hybridanlæg til enfamiliehuse baseret på varmepumpe, lagertank og solvarme samt et jordvarmelager af stenmel.
Projektets formål er at kombinere og opskalere anlægskonceptet til skoler og institutioner, der har langt større energiforbrug end enfamiliehuse.
Projektet har følgende overordnede aktiviteter:
- Undersøge hvorledes varmeoverføringen i stenmelslageret kan optimeres således at varmelageret gøres mere effektivt.
- Design og installation af jordvarmelager og testanlæg.
- Analyse af måledata.
- Validering af matematisk model af anlægget samt undersøgelser af hvorledes design- og driftsændringer påvirker anlæggets effektivitet.
- Fordelen for energisystemet udover den lokale gevinst.
- Udbredelse af resultatet.
Danmark har fokus på at integrere mere vedvarende energi i energisystemet. Høje målsætninger om 100 % vedvarende energi i el og varme i 2035 og oliefyr udfaset senest i 2030, betyder, at varmepumper vil blive den primære opvarmningskilde uden for fjernvarmens forsyningsområder, og afløseren for de 100.000 nuværende oliefyrede anlæg. Det vurderes fra Dansk Energi, at der kan etableres 630.000 varmepumper i danske eneboliger med akkumuleringsmuligheder i bygningsmassen og lagertanke.
I dette ELFORSK projekt har vi undersøgt såvel teoretisk som i praksis, hvordan et markedsført hybridanlæg HYSS - som kombinerer jordvarmeanlæg med solvarme og jordvarmelager – kan optimeres yderligere ved lagring af overskydende solvarme i jordvarmelager og hvordan sådanne lagre kan udformes.
Målet med projektet var at eftervise, hvordan anvendelse at stenmelsbaserede jordvarmelagre kan resultere i SCOP for produktion af både varmt vand og rumvarme på over 6 - det vil sige en fordobling af SCOP i forhold til traditionelle væske/vand varmepumper og dermed en reduktion på 50% af elforbruget.
Projektet viste, at en fordobling af det anvendte solfangerareal, samt en forbedret drift af produktions-cirkulationspumpen, kan øge SCOP for varmt vand og rumvarme til over 6
Projektet har i lille skala opnået SCOP på 4,3 svarende til 32% reduktion af elforbruget sammenlignet med traditionelle væske/vand varmepumper. Projektet viste også, at en fordobling af det anvendte solfangerareal, samt en forbedret drift af produktions-cirkulationspumpen, kan øge SCOP for varmt vand og rumvarme til over 6. Dermed er mulighederne for 50% reduktion af elforbrug i forhold til traditionelle væske/vand varmepumper fuldt ud mulige.
Projektet har eftervist, at varmepumper yderligere kan optimeres ved anvendelse af solvarme og jordvarmelagre. Det anvendte stenmelslager kan opvarmes, når der er overskudsproduktion af solvarme og stenmelslageret vil herefter forbedre driftsforholdene for varmepumpen og elnettet betydeligt, og dermed kunne bidrage til et mindre samlet elforbrug fra mange varmepumper i danske hjem, skoler, institutioner og andre større bygninger.
Ved at anvende hybridanlæg med energilagring på den varme side i bygningsmassen og i lagertanke, sammenholdt med jordvarmelager på den kolde side, er det muligt at reducere elforbruget mest muligt, så den overordnede belastning af elnettet fra varmepumper kan reduceres med mindst 25%.
Vi har ikke undersøgt rentabiliteten for jordvarmelagre, men da de er forholdsvis dyre at anlægge, er det sikkert mest relevant i storskala, det vil sige for større projekter som skoler, institutioner og større bygninger. Ved at anvende hybridanlæg med energilagring på den varme side i bygningsmassen og i lagertanke, sammenholdt med jordvarmelager på den kolde side, er det muligt at reducere elforbruget mest muligt, så den overordnede belastning af elnettet fra varmepumper kan reduceres med mindst 25%.
Driftsresultater fra dette projekt og andre projekter i Free Energy påviser besparelser af elforbruget i dette niveau i forhold til traditionelle varmepumper, og det vil naturligvis også have en stor positiv effekt på driftsomkostninger for de ca. 4000 skoler og institutioner i Danmark, som vi vurderer, er relevante for den undersøgte teknologi.
Projektet er finansieret af ELFORSK programmet med projektnr. 349-055, og er udført af følgende projektdeltagere og er afsluttet december 2019,
- Gilbert Jensen, Free Energy
- Elsabet Nomonde Noma Nielsen og Simon Furbo, DTU Byg
- Thule Brahed, Norconsult.
Der er følgende bilag til projektet:
Bilag 1 Optimering af varmeoverføringen i jordvarmelager af stenmel
Bilag 2 Experimental and theoretical investigations of a hybrid solar system
Bilag 3 Præsentation på DTU Dec. 2017
Bilag 4 Præsentation ELFORSK Nov. 2018
Emner
Mere information
349-055