De rol van thermische systemen en thermische opslag in intelligente gebouwen : onderzoek binnen VITO



Vergelijkbare documenten
Phase Change Materials

Inhoud. Hernieuwbare energie voor gebouwen 18/09/2012

Probleemstelling. Probleemstelling. Probleemstelling. Richting zelfvoorzienende huizen? Stand der techniek voor energie-opslag in woningen

HOE GELD VERDIENEN MET ENERGIE UIT EIGEN BODEM? ONDIEPE GEOTHERMIE: DE DUURZAME ENERGIE-OPLOSSING 4 NOVEMBER 2014 ZWIJNAARDE

Ontwikkelingen op het gebied van Warmteopslag

MIP-event Energie ligt op de straat Energie-wegen, Hoe warmte opslaan en gebruiken?

Robbe Salenbien. Domeinverantwoordelijke thermische energiesystemen EnergyVille

ECN TNO activiteiten systeemintegratie

1. Gebouwen en installaties in De toekomst begint nu 3. Benoveren

Homelab 2050, serie 4: Optimaal gebruik van beschikbare energiebronnen

25/03/2013. Overzicht

De snelste route naar aardgasvrije wijken

DE EFFICIËNTE EN MILIEUVRIENDELIJKE OPLOSSING VOOR DE PRODUCTIE VAN SANITAIR WARM WATER

Zaal STUDIO Slimme warmte-oplossingen: wat biedt de markt aan het lokaal bestuur?

Naar de bron van de warmtepomp

De opkomst van all-electric woningen

CELSIUS* *Combined Efficient Large Scale Integrated Urban Systems. Roland van Rooyen Oubbol Oung Astrid Madsen

De ontwikkeling van Smart grids. Our common future. Prof.dr.ir. Han Slootweg. 30 september 2016

Janssen Pharmaceutica. Handelsmissie min. Muyters, min. Turtelboom

Wereld in transitie. Drivers en trends

Opleiding Duurzaam Gebouw:

Toekomstbestendig, innovatief warmtenet in Amsterdam Zuidoost. Caryl Jonis (programmamanager BU Heat NL) 10 oktober 2018

Net voor de Toekomst. Frans Rooijers

Energiedag voor lokale besturen VVSG. Heidi Lenaerts 26/10/2011

Warmtekrachtkoppeling Wat, waarom en wanneer? Tine Stevens COGEN Vlaanderen Studiedag Slimme netten en WKK 29 februari 2012

Warmte: transitiepad naar een CO2 neutrale wijk

Smart Heat Pumps vs. Smart Grids

Bio-WKK en WKK in de glastuinbouw: meer met minder

DUURZAME OPLOSSINGEN VOOR DE WARMTEVRAAG

Dilbeek, 14 november 2013 SMART GEOTHERM

SOLARCLARITY BV De slimme integratie van PV, opslag & monitoring. Bereid u voor op de energie van de toekomst!

Onderzoek binnen thermische systemen. Martijn van Essen

Alle ins en outs van warmtepompen

Dirk Vanhoudt. Onderzoeker. VITO (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek)

Wat vraagt de energietransitie in Nederland?

Vaktechniek. Uittreksel van De Onderneming nr November Inleiding

De noodzaak van waterstof. InnoTeP 2017 Jochem Huygen.

Ing. Marco J. Bijkerk, Manager innovative technologies Business development Remeha NWE

HOGE TEMPERATUUR OPSLAG VAN WARMTE IN DE ONDERGROND ONDERZOEK EN DEMONSTRATIE

Capteren en opslaan van thermische energie

Inventaris hernieuwbare energie in Vlaanderen 2014

Wat is VITO. » Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek. » Vision on Technology 01/10/ , VITO NV

Energietransitie in de gebouwde omgeving: duur of duurzaam? David Smeulders, Technische Universiteit Eindhoven

tapwater warmtepompen - overzicht Warmtepompen voor warm tapwater Voordelen die overtuigen :

Koelen zonder airco? Cool!

Warm tapwater in de toekomst

Duwen en trekken aan het distributienet. 15 december 2010

Overzicht. Inleiding Micro-WKK in woningen Technologieën Aandachtspunten Toekomstperspectieven Conclusies

STORAGE & INTEGRATION OF RENEWABLE ENERGY (SIRE)

Flexibele koude productie door toepassing van korte termijn koude opslag

Mijnwater 3.0 Algemene Presentatie

Beheersing piekverbruik

2014 GreenPort NHN, All rights reserved. Hier wordt geïnvesteerd in uw toekomst. Dit project is mede

EfficiEncy Duurzaam. EnErgiEbEsparing. Warmte en koude. KEnnis industrie. energie financiering. instrumenten. GebouwDe omgeving

Opleiding Duurzaam Gebouw ENERGIE

ROL VAN INSTALLATIETECHNIEKEN EN IMPACT OP UW ONTWERP. Dirk Saelens. Afdeling Bouwfysica, Departement Burgerlijke Bouwkunde, K.U.

Toelichting Instrument 5. Onderdeel Toolbox voor energie in duurzame gebiedsontwikkeling

Slimme energie-oplossingen bij Colruyt vandaag en in de toekomst

Opleiding Duurzaam Gebouw ENERGIE

Grootschalige introductie van micro wkk systemen. Harm Jeeninga ECN Beleidsstudies

Stimuleren van een energienet in evenwicht. Opslag en Demand-side management

TKI Tender en programmalijnen Switch2SmartGrid. Programmalijnen en speerpunten 2014

Ypenburg 100% duurzame warmte

Cohousing Waasland op zoek naar Circulair. Ervaringen in energietransitie in een cohousinggroep

In het hol van de leeuw?

HISTORIE Van steenkool naar mijnwater

All-electric voorbij, op weg naar 0 CO 2

De rol van thermische opslag voor systeemintegratie en voor stedelijke energievoorziening

BELEIDSOPTIES NUL-ENERGIEWONING

Learnshop INDUSTRIE & MILIEU 24/03/10. Duurzaam hergebruik van warmte-energie uit afvalwater! Ir. Marc Feyten

Geothemie. Nieuwe kansen voor het warmtenet

WAAR MOETEN WE VERSNELLEN?

POST-DOC ONDERZOEKER

Inventaris hernieuwbare energie in Vlaanderen 2016

Raf Schildermans. Business unit manager IFTech

DE MEEST EFFICIËNTE OPLOSSING OM TE GENIETEN VAN MAXIMAAL COMFORT

DE VLOEI: VAN DUURZAAM NAAR SLIM ENERGIECONCEPT

Kinderuniversiteit (Groene) energie?

Is uw gemeente mee met groene warmte? 9 februari 2018 KU Leuven Brugge. Ben Segers Francies Van Gijzeghem

COGEN Vlaanderen vzw. Doelstelling: actief meewerken aan de ontwikkeling van kwaliteitsvolle WKK Expertisecentrum Expertiseverstrekking naar leden

Hernieuwbare Energie na Frans Rooijers - directeur CE Delft

IWT-WP-DIRECT: De impact van regelparameters op de prestatie van residentiële warmtepompinstallaties aan de hand van simulaties

Warmtenetten strategisch energiebeleid

Inventaris hernieuwbare energie in Vlaanderen 2013

Evoluties in het energielandschap. Peter De Pauw

Info TETRA / CORNET projectvoorstel:

Inventaris hernieuwbare energie in Vlaanderen 2013

Alterna(even voor aardgas

Het Nieuwe Telen van Amaryllis Amazone Amaryllis Deel 2 : energiemonitoring

Toepassing open bronsysteem voor Leefmilieu Brussel op Site Tour & Taxis. S. Verheyen Smet GWT H. Hoes Terra Energy

Restwarmtebenutting in de vleesverwerkende industrie. Case. A.(Fons)M.G. Pennartz Ir. Manager team Energie KWA Bedrijfsadviseurs B.V.

Warmtenetten. Agenda. Wat is een warmtenet. Technologie. Projecten. Regulering. Rol Eandis. Visie van een netbeheerder Energik - 28/5/2015

Wat kunnen we nog meer met onze restwarmte? 15 november 2007 Tom den Hartog Consultant Energy Systems Cumae BV

Smart Grids. Situering Eandis in energiemarkt. Hernieuwbare energie voor gebouwen 13 september Producenten elektriciteit

Zonder Energieopslag geen Energietransitie. Teun Bokhoven Duurzame Energie Koepel WKO-Manifestatie / 30 Oktober 2013

Mijnwater Heerlen Symposium: Smart Cities op wankele bodem

PRODUCT OVERZICHT. Infinity Solar Nederland B.V. Datum: 04/08/2018

Hernieuwbaar energie-aandeel in Vlaamse nieuwbouwprojecten Ontdek de zonnestroomoplossingen van SMA

BUIKSLOTERHAM INTEGRATED ENERGY SYSTEM

MINI-WKK Dimensionering en hydraulische inpassing. 27 januari 2017

Transcriptie:

23/11/2012 De rol van thermische systemen en thermische opslag in intelligente gebouwen : onderzoek binnen VITO Johan Van Bael,

Inhoud» Inleiding» Slimme thermische systemen in een smart grid : testen intelligente warmtepomp» Slimme thermische netten : onderzoek naar gedistribueerde opslag» Alternatieve opslagsystemen» Onderzoeksprojecten» E-Hub» Smart Geotherm 23/11/2012 2

Introductie» Beperken van de klimaatveranderingen door reductie van broeikasgassen» EU 20-20-20 doelstellingen. Tegen 2020: 1. Een reductie van 20% wat betreft de broeikasgassen vergeleken met het niveau van 1990; 2. Verhoging van het aandeel door hernieuwbare bronnen geproduceerde energie naar 20%; 3. Een verbetering van de energie-efficiëntie met 20% ten opzichte van het business as usual scenario.» EU doelstelling voor 2050: reductie van de broeikasgassen met 80-95% ten opzichte van het niveau van 1990 23/11/2012 3

Introductie» Roadmap 2050 een aantal belangrijke paden:» E N E R G Y - E F F I C I E N T I E» Transport: brandstof efficiëntie» Gebouwen: energie performantie» Industrie: energie efficiëntie in processen» E L E C T R I F I C A T I E» Transport: fossiele brandstoffen hybride & elektrische voertuigen» Verwarming: fossiele brandstoffen efficiënte elektrische technologieën (warmtepomp, WKK...)» B I J N A V O L L E D I G E D E C A R B O N I S A T I E V A N D E E L E K T R I C I T E I T S P R O D U C T I E» Hernieuwbare energie» CCS 23/11/2012 4

Introductie» Echter» Risico van capaciteitsproblemen op het net bij massale integratie van warmtepompen» Zelfs in lage energie woningen hebben warmtepompen een hoog aansluitvermogen» Bij koude dagen : hoge piekvraag omwille van de warmtepompen» Risico van capaciteitsproblemen op het net door lokaal geproduceerde hernieuwbare energie» Nadelen van hernieuwbare energie (vb zon, wind) : onvoorspelbaar en oncontroleerbaar» Op zonnige (of winderige) dagen: hoge pieken» Risico van balanceringsproblemen op het net» Onbalans tussen vraag en aanbod» Mogelijke oplossingen:» Versterking van het net en voorzien in snel regelbare productie» Demand site management (DSM)» Verschillende studies tonen aan dat DSM goedkoper zou zijn 23/11/2012 5

Introductie» Het idee: de warmtepomp als actief systeem in het net, een intelligent en actief gecontroleerde warmtepomp» Twee belangrijke doelstellingen: 1. Peak shaving: vermijden van (of minder snel) versterken van het net 2. Eigengebruik van lokaal geproduceerde elektriciteit : vermijden van het verstreken van het net en betere balancering van vraag en aanbod» Bouw van een testopstelling in het labo om de mogelijkheden van een actief gecontroleerde warmtepomp te onderzoeken 23/11/2012 6

De testopstelling van de warmtepomp» Het concept: 23/11/2012 7

De testopstelling van de warmtepomp» Testprogramma Gemiddelde winterweek Koudste winterweek Gemiddelde buitentemperatuur ( C) 4.7-1.5 Warmtevraag voor ruimteverwarming (kwh t ) 332 465 Warmtevraag voor sanitair warm water (kwh t ) 56 56 Niet-controleerbare elektriciteitsvraag (kwh e ) 76 76 PV-productie (kwh e ) 123 38» Twee testcycli» Referentietest met klassieke, warmtegedreven controlesysteem» Test met actief controlesysteem 23/11/2012 8

De testopstelling van de warmtepomp Om over te gaan van een warmtegedreven controlesysteem naar een actief controlesysteem thermische energie-opslag nodig Warmtepomp (11kW) Warmtewisselaar om de vraag naar ruimteverwarming te emuleren Driewegkraan om de warmtebron te emuleren Sanitair warm water (300 l) Thermische opslag ruimteverwarming (400l) 23/11/2012 9

De testopstelling van de warmtepomp 23/11/2012 10

De testopstelling van de warmtepomp» Warmtevraag woning:» Warmtevraagprofiel (via TRNSYS-simulatie)» Sanitair warmt water verbruiksprofiel (gestandaardiseerd profiel van IEA SHC Task 26)» Niet controleerbaar gebruiksprofiel (gemeten)» PV-profielen: via TRNSYS simulatie, herschaald naar een nul energie woning (7,7 kwp installatie) 23/11/2012 11

Het actieve controle-algoritme Market-based multi-agent system (MAS)» Elk toestel wordt vertegenwoordigd door een agent» Elke tijdsstap geeft elke agent aan hoeveel hij wenst te verbruiken of te leveren aan de markt en dit op basis van een biedingsfunctie kw producer kw consumer priority(price) priority(price)» Het evenwicht betrekking tot het vermogen wordt bepaald en vervolgens gecommuniceerd aan de agents» De agent schakelt op basis van deze informatie 23/11/2012 12

Het actieve controle-algoritme 23/11/2012 13

Resultaten: peak shaving en zelf consumptie 23/11/2012 14

Resultaten: peak shaving en zelf consumptie» Belastingsduurcurve van de woning koudste week gemiddelde week one-percent power peak (OPP) Referentie (kw) Intellligente controle (kw) Verschil (%) Koudste week 4.874 4.604-5.5% Gemiddelde week 23/11/2012 15 4.967 3.947-20.5%

Resultaten: extra verbruik Parameter Koudste week Aantal keren inschakelen 51 210 (+312%) Gemiddelde week reference smart reference smart 50 141 (+182%) Veel meer schakelingen! Gemiddelde draaitijd van de warmtepomp (min) Elektriciteitsverbruik van de warmtepommp (kwh) Warmte geleverd (condensor WP) (kwh) Gemiddelde temperatuur sanitair warmwatervat ( C) 73.1 16.7 (-77.2%) 125.6 135.7 (+8.0%) 558.3 581.6 (+4.2%) 46.9 43.7 (-6.8%) 52.0 20.7 (-60.2%) 95.6 103.4 (+8.2%) 422.8 429.5 (+1.6%) 46.8 47.4 (+1.3%) Meer opstartverlies : elektrisch + thermisch + hogere draaitijden van de circulatiepompen 23/11/2012 16

Resultaten: energie-uitwisseling met het net Injectie in het net Extractie uit het net Ref. (kwh) Smart Control (kwh) Verschil (%) Ref. (kwh) Smart Control (kwh) Verschil (%) Koudste week 16.0 12.7-20.7% 184.0 185.3 0.7% Gemiddelde week 80.3 67.9-15.4% 131.6 125.7-4.5%» Hoewel de warmtepomp meer verbruikt, daalt toch de injectie in het net extra verbruik wordt gecompenseerd door lokaal geproduceerde elektriciteit 23/11/2012 17

Inhoud» Inleiding» Slimme thermische systemen in een smart grid : testen intelligente warmtepomp» Slimme thermische netten : onderzoek naar gedistribueerde opslag» Alternatieve opslagsystemen» Onderzoeksprojecten» E-Hub» Smart Geotherm 23/11/2012 18

Slimme thermische netten» Valorisatie van (laagwaardige) restwarmte :» Industrie : niet altijd mogelijk (gezien lage temperatuur), soms reeds bekeken» Omzetten naar andere energievormen (vb via ORC, ad/ab sorptiekoeling)» Gebouwen als mogelijke afnemers nood aan thermische netten» Valorisatie van hernieuwbare thermische bronnen» Biomassa, diepe geothermie, zonne-energie» Mogelijkheden voor omzetting naar elektriciteit» (Rest)warmtestromen : gebouwen als mogelijke afnemers thermische netten» Warmtebronnen niet altijd controleerbaar en voorspelbaar» Tendens naar warmtenetten met meerdere bronnen (naast meerdere afnemers) 23/11/2012 19

Slimme thermische netten» Balancering van vraag en aanbod cruciaal in een thermisch net met meerder bronnen en meerdere afnemers» Nood aan intelligente sturing van bronnen en afnemers» Nood aan thermische opslag» Collectieve wateropslagtanks» Warmtenet zelf (grote hoeveelheid water in het net)» Gedistribueerde opslag» Sanitair warm watertanks in de gebouwen / woningen» Warmwatertanks gecombineerd ruimteverwarming / sww» Gebouwmassa actief gebruiken 23/11/2012 20

Slimme thermische netten: gedistribueerde opslag» Voordelen van gedistribueerde opslag» Reductie (of wegvallen) van collectieve opslag» Thermisch verlies blijft in de gebouwschil (vooral interessant in winter)» Mogelijke impact naar dimensionering van het warmtenetwerk (vb kleinere leidingdiameters, betere benutting van de hernieuwbare thermische bronnen, uitbreiding aantal gebouwen)» Technologie is welbekend, goedkoop en gekende systeem lay-out» Opslagelement is meestal aanwezig, dus kleine investeringskost om van passief element naar actief inzetbare opslag over te gaan 23/11/2012 21

Slimme thermische netten : gedistribueerde opslag» Testopstelling 23/11/2012 22

Slimme thermische netten : gedistribueerde opslag» Testresultaten 23/11/2012 23

Inhoud» Inleiding» Slimme thermische systemen in een smart grid : testen intelligente warmtepomp» Slimme thermische netten : onderzoek naar gedistribueerde opslag» Alternatieve opslagsystemen» Onderzoeksprojecten» E-Hub» Smart Geotherm 23/11/2012 24

Thermische energieopslag: technieken 23/11/2012 25

Voelbare warmte» warmteopslag door temperatuurverhoging van materialen» vloeistoffen 1. watertank - goedkoop - eenvoudig te installeren - algemeen toegepast - thermische verliezen 23/11/2012 26

Voelbare warmte» warmteopslag door temperatuurverhoging van materialen» vaste stoffen 1. Thermische massa gebouw (gebouwschil van zware gebouwen) - vertragend - dempend bron: http://www.daviddarling.info/encyclopedia/t/ae_thermal_mass.html 23/11/2012 27

Thermische energieopslag: technieken 23/11/2012 28

Latente warmteopslag: inleiding» Latente warmte = de warmte die uitgewisseld wordt wanneer een stof van fase verandert (vast vloeibaar, vloeibaar gas)» Warmte wordt uitgewisseld op constante temperatuur» Latente warmte per kg meestal groot 23/11/2012 29

Voordelen PCM s» Grote energieopslag in compact volume water: 84 kj/l PCM: 400 kj/l verwarming op 70-50 C regime 23/11/2012 30

PCM s voor opslagtoepassingen Toepassingsgebied: gebouwverwarming (20-100 C): - Paraffines (organisch) - Zouthydraten (anorganisch) - (Vetzuren) Bron: Final Report IEA ECES Annex 17 23/11/2012 31

Eigenschappen van PCM s Ideaal PCM voor KT-warmteopslag: Bron: B. Zalba, J. Marin, L. Cabeza, H. Mehling, Review on thermal energy storage with phase change materials, heat transfer analysis and applications, Applied Thermal Engineering 23 (2300) p. 251 283. 23/11/2012 32

Inkapselen van PCM s» Microcapsules of slurries Bron: Final Report IEA ECES Annex 17 23/11/2012 33

Inkapselen van PCM s» PCM in buffervat 23/11/2012 34

Thermische energieopslag: technieken 23/11/2012 35

Thermo-chemische opslag» Gebruik maken van bindingsenergie van moleculen: A + B AB + heat bron: ECN 23/11/2012 36

Thermo-chemische opslag» Gebruik maken van bindingsenergie van moleculen: bron: ECN 23/11/2012 37

Termo-chemische opslag» Meestal op hoge temperaturen (+100 C)» Hoge-opslagcapaciteiten mogelijk (250 4000 kj/kg)» Complex en duur (reactoren, verdamper, condensor) maar veelbelovend» Seizoenale opslag» Zonne-energie in de zomer opslaan voor ruimteverwarming in de winter» Gemiddelde woning in NL zou voldoende hebben aan een opslag van 10-15 m³ (bron ECN)» FP7 project Merits 23/11/2012 38

Inhoud» Inleiding» Slimme thermische systemen in een smart grid : testen intelligente warmtepomp» Slimme thermische netten : onderzoek naar gedistribueerde opslag» Alternatieve opslagsystemen» Onderzoeksprojecten» E-Hub» Smart Geotherm 23/11/2012 39

E-hub» FP7 Onderzoeksproject (Collaborative project)» Call : FP7-2010-NMP-ENV-ENERGY-ICT-EeB» Titel: Energy-hub for residential and commercial districts and transport» Coördinator: TNO» Partners (17) : Fraunhofer, Ertzberg, VITO, D Appolonia, Acciona, ECN, VTT, TPG-DIMSET, Solintel, EDF, ISPE, Mostostal, Cestec, ICAX, HSW» Duur: 4 jaar, startdatum 1/12/2010» Demonstratie project Tweewaters, Leuven» Website: www.e-hub.org 23/11/2012 40

E-hub» Waarom een e-hub?» Maximaliseren van het aandeel aan hernieuwbare energie in duurzame wijken door:» Het optimaal balanceren van de energievraag en de energieproductie» Gebruik van geavanceerde energie-opslag» Toepassen van nieuwe business models» Project is een voorbeeld van een grootschalig demonstratieproject en systeemintegratie 23/11/2012 41

E-hub» Doelstellingen van e-hub?» Ontwikkeling van E-Hub als een systeem» Ontwikkeling van een ICT Managementsysteem voor de optimale balancering tussen energievraag en energieproductie» Ontwikkeling van nieuwe componenten en systemen (thermochemische opslag, gedistribueerde opslag, )» Ontwikkeling van nieuwe business modellen en services» Demonstratie» Demonstratie Tweewaters (Leuven)» Scenario Amsterdam» Scenario Frieburg» Scenario Dailin 23/11/2012 42

E-hub» Project structuur 23/11/2012 43

E-hub» Het demonstratieproject» Een wijk midden in de stad, ontwikkeld door Ertzberg» Op termijn 5000 mensen die er wonen en werken» Hoge densiteit aan gebouwen» Een holistische, duurzame visie» Lage energiewoningen» Duurzame energieproductie (80% groene warmte, 100% groene elektriciteit)» Energiemanagement (balancering vraag en aanbod)» Thermische opslag» Autovrije straten en parken» Afvalmanagement» Recyclage van water» Alternatieve transportmiddelen 23/11/2012 44

E-hub» Het demonstratieproject 23/11/2012 45

Inhoud» Inleiding» Slimme thermische systemen in een smart grid : testen intelligente warmtepomp» Slimme thermische netten : onderzoek naar gedistribueerde opslag» Alternatieve opslagsystemen» Onderzoeksprojecten» E-Hub» Smart Geotherm 23/11/2012 46

MOBILISEREN VAN THERMISCHE ENERGIEOPSLAG EN THERMISCHE INERTIE IN GRONDGEKOPPELDE CONCEPTEN VOOR DE SLIMME VERWARMING EN KOELING VAN (MIDDEL)GROTE GEBOUWEN 23/11/2012 47

Smart geotherm www.smartgeotherm.be 23/11/2012 48

23/11/2012 49

zonnecollectoren afgiftesystemen Thermische buffers Horizontale warmtewisselaars Koude warmte opslag Vertikale warmtewisselaars & energiepalen 23/11/2012 50

Vragen? Johan Van Bael Unit Energietechnologie, VITO : +32 14 33 58 26 : +32 14 32 11 85 @ : johan.vanbael@vito.be : Boeretang 200, B-2400 Mol 23/11/2012 51