Development of Smart Thermal Grids

Halvparten av bygningenes energibehov er knyttet til oppvarming og kjøling. Samtidig er mengden av industriell spillvarme tilgjengelig i Europa anslått til å være i samme størrelsesorden som det totale oppvarmingsbehovet. Fjernvarme er en betydelig teknologi i det at den muliggjør effektiv og økonomisk utnyttelse av energikilder som ellers ville bli bortkastet for å dekke bygningenes oppvarmingsbehov. Ved å bruke fjernvarme til oppvarmingsformål i stedet for elektrisitet, vil fjernvarme kunne redusere belastningen til el-nettet. Fjernvarme vil dermed spille en viktig rolle i fremtidens fossil-frie energisystem. Dagens fjernvarmenett anvender imidlertid et høyt temperaturnivå på distribusjon av varmen, som fører til høye distribusjonstap. For å redusere distribusjonstapene, og for å kunne utnytte spillvarme og fornybare varmekilder på en mer effektiv måte, er det nødvendig å redusere distribusjonstemperatur fra dagens nivå. I prosjektet Utvikling av Smarte Termiske Nett (DSTG) er det blitt utviklet et verktøy for modellering av lokale varmenett for bygningsområder. Verktøyet gir brukeren mulighet til å modellere og simulere et lokalt fjernvarmenett i detalj, og dimensjonere og planlegge systemet basert på time-for-time-data. Verktøyet har blitt anvendt for å studere fordeler og eventuelle ulemper ved lavere distribusjonstemperatur; samt å studere utnyttelse av spillvarme fra kilder som ofte finnes i byområder, slik som matvarebutikker og datasentre, i det lokale varmenettet. Simuleringsresultatene viser at varmetapet kan reduseres med opptil en tredjedel ved å redusere distribusjonstemperaturene. Trykktapene vil øke, noe som vil øke behovet for pumpearbeid, men økningen er minimal sammenliknet med besparelsene i varmetap. Reduksjon i distribusjonstemperatur reduserer også behovet for spisslastkjeler, som ofte benytter fossile brensler, og dermed miljøpåvirkningene til fjernvarmesystemet. Miljøpåvirkningene kan ytterligere reduseres betydelig ved bruk av lokale spillvarmekilder. For å fult utnytte potensialet for bruk av spillvarme i lokale varmenett, er det nødvendig med termisk lagring og effektive reguleringsstrategier. Disse temaene vil bli studert nærmere i to spin-off-prosjekter: LTTG + og RockStore.

Abstract The underlying idea of the project is the evaluation and development of smart thermal grid solutions for building complexes and district centre. A smart thermal grid will include low-temperature heat distribution and, if needed, medium temperature cooling distribution; and the heating and cooling demands will be covered by local waste heat and renewable heat production, in combination with innovative thermal storage solutions. The smart thermal grid will be operated through an energy plant, which will deliver heating and cooling to all the buildings and which also coordinates possible exchanges with the district heating network. The evaluation of the components in the smart thermal grid will be based on life cycle cost analysis. Upon successful implementation, a smart thermal grid will be: flexible in adapting to changing circumstances in supply and demand in the short, medium and long term; intelligent in terms of planning and operation; efficient with regards to production and distribution of heat and cool; cost-effective so that operation is affordable from a societal perspective; and a secure energy supply at a local level. The overall project objective is to develop a tool for evaluation of energetic, economic and environmental benefits in utilizing a local smart thermal grid for a building complex or district centre. The project partners are the local district heating provider, Statkraft Varme, and the municipality of Trondheim.