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SI/502171
HyTES – Optimierung Hybrider Saisonaler Wärmespeichersysteme mithilfe von Phasenwechselmaterialien
Résumé
Das Projekt HyTES «Optimierung hybrider saisonaler Wärmespeichersysteme mithilfe von Phasenwechselmaterialien» ermittelt unterirdische saisonale Wärmespeicher mit minimalen Gesamtsystemkosten für Mehrfamilienhäuser. Neue Speichersystemkonzepte mit makroverkapselten Phasenwechsel-materialien (PCM) werden erarbeitet und das Potential von PCMs bzgl. Kosten- und Volumenreduktion vom thermischen Energiespeichersystem wird ermittelt. Das zu untersuchende System besteht aus einem Hybridspeicher (Wasser und PCM) in Kombination mit einer PV-Anlage und einer Wärmepumpe. Um die genannten Punkte zu quantifizieren, werden bestehende Simulationsmodelle erweitert, optimiert und mit eigenen Messdaten experimentell validiert. Die Optimierung erfolgt auf Basis von Jahressimulationen, welche mit einem open-source Code gekoppelt sind, um die Levelized Cost of Energy Storage (LCOES) zu minimieren.
Textes supplémentaires
Schlussbericht
Die Energiestrategie 2050 der Schweiz verlangt eine Erhöhung der Wärmeproduktion aus erneuerbaren Energien und den Ausbau der saisonalen Wärmespeicherung, um die Abhängigkeit vom Stromnetz zu verringern. Diese Studie befasst sich mit den Einschränkungen traditioneller solarthermischer und sai-sonaler Speichersysteme – wie der Beanspruchung des Wohnraums, zusätzlicher Sommerheizung und hohen Kosten – durch die Optimierung eines saisonalen hybriden Wärmespeichersystems. Die vorge-schlagene Lösung integriert ein vergrabenes hybrides thermisches Energiespeichersystem, das Wasser und verkapselte Phasenwechselmaterialien (PCM) verwendet, gekoppelt mit einem Photovoltaik-(PV)-System und einer Wärmepumpe (WP). Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine thermische Selbstversorgung (SSth) von bis zu 85 % mit einem Speichersystem von etwa 8 m³ für ein Mehrfamilienhaus mit 20 Bewohnern erreicht werden kann, wäh-rend die Kosten angemessen bleiben. Jenseits dieser Kapazität steigen die Kosten und Volumina ex-ponentiell an. Bei einer SSth von unter 70 % sind die Systemkosten vergleichbar mit bestehenden Sys-temen, bieten jedoch ein deutlich besseres Globales Erwärmungspotenzial (GWP) als der Öl-Heizkes-sel als Vergleichsbasis. Die Maximierung der PV-Kapazität und die Wahl einer geeigneten WP sind als wesentliche Voraussetzungen für die Wirksamkeit der thermischen Energiespeicherung (TES) zur Ver-besserung der thermischen Selbstversorgung bestätigt worden. Insgesamt hebt die Studie die Notwen-digkeit von politischen Maßnahmen hervor, um erneuerbare Heizlösungen angesichts weiterhin kosten-günstiger fossiler Brennstoffe voranzutreiben. Diese Studie stellt erstmals ein umfassendes Modell für hybride sensible-latente thermische Energie-speicherung vor, das ein Fest Bett aus zufällig angeordneten PCM-Makrokapseln umfasst. Das Modell berücksichtigt Effekte auf verschiedenen Skalen, von der Schichtung im sensiblen Teil bis zu Schmelz-Kristallisationseffekten verschiedener Kapsel Geometrien, und betrachtet die Betriebsweise sowohl auf System- als auch auf Komponentenebene. Zudem wurde eine vollständige Optimierung durchgeführt, bei der techno-ökonomische und GWP-Analysen berücksichtigt wurden, um Pareto-Front-Lösungen zu ermitteln, die die Hauptkomponentengrößen und die interne Topologie des hybriden TES umfassen. Unsere Forschung unterstreicht die Machbarkeit und die Vorteile hybrider Systeme zur Erreichung der Ziele für erneuerbare Energien und zeigt erhebliche wirtschaftliche und ökologische Vorteile durch ein Modell, das sowohl in seiner Detailtiefe als auch in seinem Umfang überzeugt.
Publikationen / Ergebnisse
Wer eine Photovoltaik-Anlage betreibt, kann den Eigenverbrauch mithilfe eines Batteriespeichers um typischerweise 10 – 20 % steigern. Solarstrom könnte aber noch anders zur Deckung des eigenen Energiebedarfs eingesetzt werden: Indem der Strom mit einer Wärmepumpe in Wärme umgewandelt und dann zwischengespeichert wird, bis diese zum Heizen und für das Warmwasser benötigt wird. Ein Forscherteam der Hochschule Luzern arbeitet an einem Wärmespeicher auf der Basis von Phasenwechselmaterialien, der auf diese Anwendung zugeschnitten ist.
Détails du projet
- Office de recherche
- BFE
- Statut du projet
- Abgeschlossen
- Type de projet
- Forschungsprojekt
- Date de début
- 2020-12-31
- Date de fin
- 2024-11-29
- Coûts totaux approuvés
- CHF 248000.00
- Section
- Solarthermie und Wärmespeicherung
- Domaine politique NABS
- Erzeugung, Verteilung und rationelle Nutzung der Energie