liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Ökad resurseffektivitet i kraftvärmesystem genom säsongslagring av värme
Linköping University, Department of Management and Engineering, Applied Thermodynamics and Fluid Mechanics. Linköping University, The Institute of Technology.
Linköping University, Department of Management and Engineering, Applied Thermodynamics and Fluid Mechanics. Linköping University, The Institute of Technology.
2014 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Seasonal storage of heat for increased resource efficiency in combined heat and power plant systems (English)
Abstract [en]

Increased resource efficiency in an energy system could result in large economic and environmental benefits. Tekniska verken i Linköping AB (Tekniska verken) is responsible for the district heating network in Linköping. Their vision is to create the world’s most resource efficient region. An important step towards this vision is more efficient usage of produced heat, something which could be achieved through integration of a seasonal heat storage in the energy system. The purpose of the Master’s thesis is therefore to explore the economic and technical potential for a seasonal heat storage in Tekniska verken’s energy system. The investigated technology is borehole thermal energy storage using two different kinds of borehole heat exchangers; u-pipe and annular coaxial heat exchanger.

To evaluate how Tekniska verken’s energy system changes through integration of a seasonal heat storage a calculation model has been developed in MATLAB. The heat from the seasonal storage needs to be upgraded in order to be used in the ordinary district heating network. Therefore two kinds of heat pumps have been evaluated in the model; absorption heat pumps and compression heat pumps. The main method used for calculations on the heat transfer processes in the storage is the finite difference method. During economic calculations, the economic potential of the investment is expressed solely in relation to the scenario that the storage is not built.

Four different combinations of borehole heat exchangers and heat pumps have been simulated over a twenty year period. The simulated storages have a depth of 200-250 meters and a radius of approximately 100 meters which relates to1500 boreholes. The result shows small differences between the two types of heat exchangers. The choice of heat pump has though a crucial importance of the economic result. The systems with absorption heat pumps uses drive heat from existing steam production and can cover a major part of the peak load during winter. Meanwhile the compression heat pumps have a large cost for electricity. This causes a negative net present value according to the result, while the systems with absorption heat pumps have a discounted pay-back time of 12 years. Another positive effect of the systems with absorption heat pumps is the decrease in carbon dioxide emissions from the heat production.

The result of the Master thesis shows that both economic advantages and increased resource efficiency can be achieved through integration of a borehole thermal energy storage with absorptions heat pumps.  To further investigate this potential seems therefore beneficial.  

Abstract [sv]

Att öka resurseffektiviteten i ett energisystem kan medföra stora ekonomiska och miljömässiga fördelar. Tekniska verken i Linköping AB (Tekniska verken) är ansvariga för Linköpings fjärrvärmeförsörjning. De har som vision att skapa världens mest resurseffektiva region. Ett viktigt steg på vägen för att nå detta är bättre utnyttjande av producerad värme, något som kan uppnås genom integrering av ett säsongsvärmelager i energisystemet. Syftet med detta examensarbete är därmed att utreda vilken ekonomisk och teknisk potential som finns för ett säsongsvärmelager i Tekniska verkens energisystem. Den lagerteknik som undersöks är borrhålslager med två typer av borrhålsvärmeväxlare; u-rör och ringformad koaxial borrhålsvärmeväxlare.

För att utvärdera hur Tekniska verkens energisystem förändras vid integrering av ett säsongsvärmelager har en beräkningsmodell byggts upp i MATLAB. Två typer av värmepumpar har utvärderats i modellen; absorptionsvärmepumpar och kompressions­värmepumpar. Anledningen till detta är att den säsongslagrade värmen behöver uppgraderas för att kunna användas i ordinarie fjärrvärmenät. Den huvudsakliga metoden som använts vid beräkning av värmeöverföringsprocesser är finita differensmetoden. Vid ekonomiska beräkningar uttrycks investeringens ekonomiska potential enbart i relation till scenariot att lagret inte byggs.

Fyra system med olika kombinationer av borrhålsvärmeväxlare och värmepumpar har simulerats över en tjugoårsperiod. De simulerade lagren har ett djup på 200-250 meter och en radie på cirka 100 meter vilket motsvarar ungefär 1500 borrhål. Resultatet påvisar små skillnader mellan de två typerna av borrhålsvärmeväxlare. Vilken typ av värmepump som används har dock en avgörande betydelse för det ekonomiska resultatet. Systemen med absorptionsvärmepumpar drivs av värme från befintlig ångproduktion och klarar av att täcka en större andel av topplasten vintertid. Samtidigt medför användning av kompressionsvärmepumpar en stor kostnad för drivel. Detta medför ett negativt nettonuvärde enligt examensarbetets resultat, medan systemen med absorptionsvärmepumpar har en diskonterad avbetalningstid på 12 år. Ytterligare en positiv effekt av systemen med absorptionsvärmepump är minskade utsläpp av koldioxid.

Utifrån examensarbetets resultat framstår det som att genom integrering av ett borrhålslager med absorptionsvärmepumpar uppnås både ekonomiska vinster och en ökad resurseffektivitet i Tekniska verkens energisystem. Att fortsätta utreda denna potential framstår därmed som fördelaktigt. 

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 110 p.
Keyword [sv]
borrhålslager, säsongsvärmelager, kraftvärmeproduktion, resurseffektivitet, kompressionsvärmepumpar, absorptionsvärmepumpar, MATLAB, modellering
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-107740ISRN: LIU-IEI-TEK-A--14/01887—SEOAI: oai:DiVA.org:liu-107740DiVA: diva2:727152
External cooperation
Tekniska verken i Linköping AB
Subject / course
Applied Thermodynamics and Fluid Mechanics
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-06-19 Created: 2014-06-19 Last updated: 2014-06-23Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Ökad resurseffektivitet i kraftvärmesystem genom säsongslagring av värme_Björe Dahl_Sjöqvist(3313 kB)238 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3313 kBChecksum SHA-512
406abf22886a1f6cd5256e91a7f78b050af98f21b868da1dc8bb20b38ecdc277b246f4d36e6666704f44149ffe7812efdb722d1bf7a4129aca2b27489237d198
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Björe Dahl, EmiliaSjöqvist, Mikaela
By organisation
Applied Thermodynamics and Fluid MechanicsThe Institute of Technology
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 238 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1426 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf