Kraftvärme i samspel med borrhålslager Termiska Energilager

HTML
DOWNLOAD

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Kraftvärme i samspel med borrhålslager Termiska Energilager"

Ulf Ekström
för 6 år sedan
Visningar:

1 Kraftvärme i samspel med borrhålslager Termiska Energilager WP3.1 Powered by José Acuna Max Hesselbrandt

2 Team José Acuna, Tekn Dr Projektledare & bi-handledare Monika Topel, Tekn Dr Bi-handledare&konsult Willem Mazzotti, MSc Doktorand&konsult Max Hesselbrandt Ex-jobbare & konsult Malin Malmberg, MSc Konsult Alberto Lazzarotto, Tekn Dr Bi-handledare Mohammad Abuasbeh, MSc Doktorand José Garcia, MSc konsult

3 Mål och metod Framtagning av stand-alone simuleringsverktyg för HT-BTES Stand-alone tool, Systemintegration Simulering grundvattenflöde ü För design och optimering av högtemperaturlagring integrerad i FV system Optimering Exergi&Teknoekonomisk ü Ska kunna användas med olika inputs och randvillkor samt hantera grundvattenflöde

4 Bakgrund

6 Ev. borrhålslager i Linköping 1300 borrhål 300 m djupa Seriekoppling 50 MW kapacitet 100 GWh/år Koaxial kollektorer 95 C in under laddning ca40-70 C under urladdning Endast värmeledning i berg Vi behöver definiera prestanda Exergi? Hur blir det med grundvattenflöde?

7 Mål och metod Framtagning av stand-alone simuleringsverktyg för HT-BTES Stand-alone tool, Systemintegration Simulering grundvattenflöde ü För design och optimering av högtemperaturlagring integrerad i FV system Optimering Exergi&Teknoekonomisk ü Ska kunna användas med olika inputs och randvillkor samt hantera grundvattenflöde

8 Stand-alone tool En första version baserad på TRNSYSmodellen utvecklat åt Tekniska Verken. Användarvänlig Enkel resultatredovisning Inget behov av licens DEMO

9 Inverkan av grundvattenrörelser i högtemperaturlager

Modellering av befintligt högtemperaturlager Brædstrup, Danmark 48 st 45 m djupa borrhål Seriekopplingar om 8x6 borrhål med skiftande flödesriktning 5 observationsbrunnar med totalt 100 mätpunker

10 Modellering av befintligt högtemperaturlager Brædstrup, Danmark 48 st 45 m djupa borrhål Seriekopplingar om 8x6 borrhål med skiftande flödesriktning 5 observationsbrunnar med totalt 100 mätpunker Temperatur- och flödesdata, 510 dagar Inget grundvattenflöde Tordrup, K. W., Poulsen, S. E., & Bjørn, H. (2017). An improved method for upscaling borehole thermal energy storage using inverse finite element modelling. Renewable Energy, 105,

-20-30 Moränlera Finsand och sandig silt -40 Djup [m] -50-60 -70 Varierande sand och silt -80-90 -100 0,0

11 Grundvattenflöde och värmetransport Hydraulisk konduktivitet [m/s] Faktor 2 miljoner 1E-12 1E-09 1E-06 1E-03 1E+00 0 Moränlera och silt Moränlera -10 Sand och grus T fram, sommar = 80 C T fram, vinter = 20 C Moränlera Finsand och sandig silt -40 Djup [m] Varierande sand och silt ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Värmeledningsförmåga [W/m/K] Hydraulisk konduktivitet Värmeledningsförmåga Faktor 1,7 11

12 Hur påverkas värmetransporten i marken? 0 % hydraulisk gradient 0,5 % hydraulisk gradient Isoyta T = 20 C Hydraulisk konduktivitet [m/s] 1E-12 1E-08 1E-04 1E+00 0 Termisk stratifiering? Djup [m] Hydraulisk konduktivitet Värmeledningsförmåga ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Värmeledningsförmåga [W/m/K]

13 Hur påverkas värmeväxling och verkningsgrad?

14 Optimering av lagret, exergi Verkningsgraden i ett energilager utvärderas ofta genom η där η = Tillförd värme under (laddning) / uttagen värme (urladdning) η säger inget ang hur nära vi är till optimala förhållanden, temperaturen som värmeväxlingen sker vid beaktas inte Exempel Fall 1: η=60%, delivery temperature 90 C, extraction temperature 60 C Fall 2: η=60% delivery temperature 90 C, extraction temperature 30 C Även om η är lika i båda fallen framgår det att fall 1 har (i HT-BTES sammanhang) mycket högre prestanda eftersom värmeuttaget sker vid en högre temperatur, och således högre värde / kvalitet.

15 Optimering av lagret, exergi l Tar hänsyn till både mängden värme så väl som temperaturen vid vilken värmeväxlingen sker Borrhålslager Analys av energiflöden, exergiflöden + fram- och returtemperaturer + tempereraturfördelningar inom lagret bidrar till: Energi in Exergi in Tin Lagrad energi Lagrad exergi Tlager(t,x,y,z) Energi ut Exergi ut Tut - bättre design och drift, mer korrekt utvärdering - bättre jämförelse mellan system som verkar under olika förhållanden

16 Systemoptimering Motstridiga mål mellan teknik och ekonomi? Design: Storlek och layoutkonfigurationer för en viss efterfrågan och tariffer: Vilken lagerstorlek passar bäst? (CAPEX) Prestation, olika layoutkonfigurationer MARKNAD KRAFTVÄRMEVERKET MARKNAD Drift: Efterfrågan / marknadens krav Integration av lager i systemet Hur att förändras lagrets roll för en spets eller en baslast? (OPEX)

17 Kommande aktiviteter 1. Stand-alone tool Anpassning, mer flexibel Testperioder till till Grundvattenflöde Ex-jobb Max Hesselbrandt (slutrapport och presentation) Vetenskaplig artikel om grundvattenflödets påverkan i marklager 3. Optimering Teknoekonomisk analys CHP+BTES). 2st Ex-jobb studenter Exergi i BTES, prestanda Stand-alone tool, Systemintegration Simulering grundvattenflöde Optimering Exergi&Teknoekonomisk

18 Tack! José Acuna, Tekn Dr Projektledare & bi-handledare Monika Topel, Tekn Dr Bi-handledare&konsult Willem Mazzotti, MSc Doktorand&konsult Max Hesselbrandt Ex-jobbare & konsult Malin Malmberg, MSc Konsult Alberto Lazzarotto, Tekn Dr Bi-handledare Mohammad Abuasbeh, MSc Doktorand José Garcia, MSc konsult

Relevanta dokument

Termiska Energilager - ett nytt forskningsprogram av intresse för er

Fredrik Martinsson fredrik.martinsson@energiforsk.se Termiska Energilager - ett nytt forskningsprogram av intresse för er Fredrik Martinsson, programansvarig Termiska Energilager, Geoenergi2019, 5 februari,