1. Insights into Large-Scale Seasonal Hot-Water Tanks and Pits : Modelling, Techno-Economic Analysis and Optimization
- Abstract
In den europäischen Ländern verbraucht der Gebäudesektor eine große Menge an konventionellen Energiequellen und trägt somit erheblich zu den Treibhausgasemissionen bei, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen. Aus diesem Grund hat die Europäische Union mehrere politische Maßnahmen eingeführt, um diesen Verbrauch zu minimieren, indem die Gebäude in energieeffizientere Gebäude umgewandelt werden, während sich andere Maßnahmen auf die Integration erneuerbarer Energien in den Energiesektor konzentrieren. In diesem Zusammenhang ist die auf erneuerbaren Energien basierende Fernwärme (auf Englisch: Renewables-based district heating bzw. abgekürzt R-DH) eine der vielversprechenden Technologien, die den Einsatz von konventionellen Brennstoffen (z.B. Kohle, Erdgas) reduziert und dadurch zu weniger CO2-Emissionen führt. Der größte Nachteil der erneuerbaren Energieressourcen ist jedoch, dass sie tages- und saisonabhängig schwanken. So hat z.B. die Solarenergie im Sommer die höchste Verfügbarkeit, während der Bedarf im Winter am höchsten ist. Daher erweisen sich große Wärmespeicher (auf Englisch: Thermal energy storage bzw. abgekürzt TES) als Schlüssel für den Ausbau von R-DH. Die großen thermischen Energiespeicher sind in der Lage, die saisonale Lücke zwischen dem Wärmebedarf und der Verfügbarkeit von erneuerbaren Energieressourcen (z.B. Solarthermie) zu überbrücken. Doch die Planung und der Bau von großen Warmwasserbehältern und -erdbecken ist ein komplexer, zusammenhängender Prozess. Es gibt viele Herausforderungen, z.B. Wärmespeicher-Typ, Volumen und Bodeneigenschaften, die berücksichtigt werden müssen, um eine optimale Planungslösung für die Wärmespeicher-Integration zu erhalten. Dementsprechend gibt diese Arbeit einen kurzen Überblick über die verschiedenen saisonalen thermischen Energiespeichertechnologien, die für Fernwärmeanwendungen mit Wasser als Speichermedium in Frage kommen. Anschließend konzentriert sich die Arbeit vor allem auf große Warmwasser-W, In the European countries, the buildings sector consumes a large amount of conventional energy sources and, thus, this sector significantly contributes to greenhouse gas emissions produced via the combustion of fossil fuels. Therefore, the European Union has introduced several policies to minimize this consumption by transitioning the buildings into more energy efficient ones, whereas other policies focus on integrating renewables into the energy sector. In this context, renewables-based district heating (R-DH) is one of the promising technologies that reduces the use of conventional fuels (e.g. coal, natural gas) and, thereby, leads to fewer CO2 emissions. The main drawback of renewable energy resources, however, is that they fluctuate on a daily and seasonal basis. For example, the solar energy has the highest heat availability in summer, while the highest demand is in winter. Thus, large-scale thermal energy storage (TES) emerges as a key for the expansion of R-DH Large-scale thermal energy storage is capable of bridging the seasonal gap between the heating demand and the availability of renewable energy resources (e.g. solar energy). Yet, the planning and construction of hot-water tanks and pits is a complex interconnected process. There are many challenges e.g. TES type, volume and ground conditions need to be tackled in order to obtain an optimal planning solution for TES integration. Accordingly, this study briefly reviews the different seasonal thermal energy storage technologies that are feasible for district heating applications. Then, the work focuses chiefly on large-scale hot water TES (tanks and pits), addressing the issues that might arise during the planning and construction of such systems. As those systems are frequently hosted in the subsurface, groundwater tables are expected to lead to twofold impacts due to the TES-groundwater interaction. Thus, the work pays a considerable amount of attention to this interaction. As these systems are planned w, Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers, Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft, Innsbruck, Univ., Diss., 2021
- Published
- 2021