ELTERM: Kombinerte Elektriske og Termiske Mikrogrid

In Norway, a goal has been established to achieve net-zero greenhouse gas emissions by 2050. In addition, the Norwegian Parliament has adopted a goal for Norway to be "climate neutral" by 2030. To meet this goal, this project aims to develop technical system solutions that combine electrical and thermal solutions into a common microgrid, enabling a holistic and integrated approach to thermal and electrical energy production and energy storage in response to a time-varying power and energy demand. Such a holistic approach is important because a significant portion of the total energy demand is typically in the form of heating and cooling. For example, large-scale energy storage is much more cost-effective in the form of thermal energy than as electricity—if the demand is in the form of thermal energy. Another example is that surplus electrical energy and/or inexpensive energy from the grid can make it profitable to generate alternative energy carriers such as H2/NH3, while excess thermal energy is stored in the ground for use during the winter months or in phase-change storage tanks. These energy carriers can then be used to generate electrical energy and heat via Combined Heat and Power (CHP). This project will develop a comprehensive tool that includes all underlying components for simulating and optimizing the utilization rate of self-produced energy in future zero- and plus-energy buildings—both electrical and thermal microgrids. Especially, property developers, planners, and contractors need more knowledge of: 1) How the interaction between different thermal and electrical energy sources and storage solutions can best be adapted to the time-varying power and energy demand of buildings and the associated microgrid. 2) The uncertainty associated with different parts of the energy system. 3) How load profiles can be influenced to reduce energy and power demand. 4) How flexible and efficient control systems should be configured for such energy systems.

I et kombinert elektrisk og termisk mikrogrid integreres det termiske energisystemet med det elektriske, slik at man opererer med en helhetlig tankegang rundt termisk og elektrisk energiproduksjon og energilagring opp mot et tidsvarierende effekt- og energibehov. En slik helhetlig tankegang er viktig fordi en stor andel av det totale energibehovet typisk vil være i form av varme og kjøling. For eksempel er storskala lagring av energi mye mer kostnadseffektivt i form av termisk energi enn som elektrisitet – hvis behovet er i form av termisk energi. Et annet eksempel er at overskudd av elektrisk energi og/eller rimelig energi i nettet kan gjøre det lønnsomt å generere alternative energibærere som H2/NH3, mens termisk overskuddsvarme lagres i grunnen for bruk i vinterhalvåret, eller lagres i faseendringstanker. Disse energibærerne kan så benyttes for å generere elektrisk energi og varme via Combined Heat Power. Det finnes per i dag ikke verktøy for å modellere denne helhetlige tankegangen og det er lite praktisk erfaring på området. Byggutviklere har et skrikende behov for rådgivning på området for å møte stadig strengere krav til kostnadsreduserende og energiøkonomiske løsninger. Spesielt har byggherrer, utviklere og entreprenører behov for mer kunnskap og større forståelse av 1. Hvordan samspillet mellom ulike termiske og elektriske energikilder og lagringsløsninger best kan tilpasses det tidsvarierende effekt- og energibehovet for bygg og tilhørende mikrogrid. 2. Usikkerheten for de ulike delene av energisystemet. 3. Hvordan lastprofiler kan påvirkes for å redusere energi- og effektbehovet. 4. Hvordan fleksible og effektive styringssystemer skal konfigureres for slike energisystemer. For å tette dette kunnskapsgapet skal vi utvikle et komplett verktøy som inkludere alle underliggende komponenter for å simulere og optimalisere utnyttelsesgraden av egenprodusert energi i fremtidens null- og plussenergibygninger - elektrisk- og termisk mikrogrid.