Choosing the Right Technologies – A Model for Cost Optimized Design of a Renewable Supply System for Residential Zero Energy Buildings

Publikation: ForskningPh.d.-afhandling

Abstract

Denne afhandling præsenterer en metode til at identificere og undersøge det kost- økonomisk optimale design af energiforsyningssystemer til lav- og nulenergibygninger (Net Zero Energy Buildings) med særligt fokus på enfamiliehuse. En indledende analyse, som undersøger relevant litteratur og eksisterende modelleringsværktøjer, viser, at der for det konkrete fokusområde mangler tilstrækkelige metoder. Baggrunden for anvendelsen af lineær programmering og softwareplatformen GAMS beskrives kort. Efterfølgende forklares koncept og struktur for metoden med de nødvendige input og de resulterende output. Det teoretiske afsnit beskriver det generelle formelsæt for metoden og opsummerer de væsentlige parametre til beskrivelse af individuelle energiteknologier.

Næste kapitel giver en detaljeret beskrivelse af hver enkel energiforsyningsteknologi med relevante økonomiske og tekniske data. Desuden defineres modeller for ydelsen af hver enkel teknologi. I et system i husholdningsskala er varmtvandslagertanken en af de væsentligste komponenter som forbinder forbrug og forsyning og virker som buffer i perioder med tidslig forskydning mellem forbrug og produktion. Derfor er modellen for varmtvandstanken relativt detaljeret med tre forskellige temperaturniveauer, to forskellige forsynings- og forbrugs sløjfer såvel som individuelle varmetab. Denne model præsenteres i slutningen af teknologikapitlet. Efterfølgende valideres metoden i et casestudy ved at undersøge outputtet og dermed ydelsen af hver enkel teknologi på et givet tidspunkt. Heraf kunne der sluttes at de resulterende energiproduktionsrater dækker et realistisk interval i henhold til ydelses modeller defineret gennem herværende afhandling.

Som alternativ til validering af den foreslåede metode er der, som del af dette arbejde, opbygget en eksperimentel opstilling som repræsenterer de fleste af de undersøgte teknologier og som giver mulighed for sammenligning af ydelsen under virkelige og forskellige driftsforhold. Dog var det ikke muligt at få den eksperimentelle opstilling sat i drift indenfor tidsrammen for denne afhandling. Opstillingen er kort beskrevet i kapitel 5. Dette efterfølges af et resumé af hovedresultaterne fra forskellige case studier som er publiceret og præsenteret som en del af denne afhandling. Det konkluderes at en lempelse af kravet om lokal 100 % nettoenergiforsyning medfører en reduktion i de samlede omkostninger og at et optimalt lokalt system ikke nødvendigvis er en interessemodsætning til et fælles forsyningsnet. Desuden viser resultaterne at en antagelse af konstante virkningsgrader for kraftvarmeteknologier ikke medfører større ændringer i beslutningsgrundlaget for investeringer. Dog kan overvejelser omkring fleksible virkningsgrader være vigtige ved optimering af driftsparametre for et eksisterende system som inkluderer brændselsceller, da dellast drift af disse havde en moderat indflydelse på den optimale løsning i de udførte case studies. Endelig præsenteres en metode som tager højde for usikkerheder i form af brugeradfærd og vejrforhold.
Luk

Detaljer

Denne afhandling præsenterer en metode til at identificere og undersøge det kost- økonomisk optimale design af energiforsyningssystemer til lav- og nulenergibygninger (Net Zero Energy Buildings) med særligt fokus på enfamiliehuse. En indledende analyse, som undersøger relevant litteratur og eksisterende modelleringsværktøjer, viser, at der for det konkrete fokusområde mangler tilstrækkelige metoder. Baggrunden for anvendelsen af lineær programmering og softwareplatformen GAMS beskrives kort. Efterfølgende forklares koncept og struktur for metoden med de nødvendige input og de resulterende output. Det teoretiske afsnit beskriver det generelle formelsæt for metoden og opsummerer de væsentlige parametre til beskrivelse af individuelle energiteknologier.

Næste kapitel giver en detaljeret beskrivelse af hver enkel energiforsyningsteknologi med relevante økonomiske og tekniske data. Desuden defineres modeller for ydelsen af hver enkel teknologi. I et system i husholdningsskala er varmtvandslagertanken en af de væsentligste komponenter som forbinder forbrug og forsyning og virker som buffer i perioder med tidslig forskydning mellem forbrug og produktion. Derfor er modellen for varmtvandstanken relativt detaljeret med tre forskellige temperaturniveauer, to forskellige forsynings- og forbrugs sløjfer såvel som individuelle varmetab. Denne model præsenteres i slutningen af teknologikapitlet. Efterfølgende valideres metoden i et casestudy ved at undersøge outputtet og dermed ydelsen af hver enkel teknologi på et givet tidspunkt. Heraf kunne der sluttes at de resulterende energiproduktionsrater dækker et realistisk interval i henhold til ydelses modeller defineret gennem herværende afhandling.

Som alternativ til validering af den foreslåede metode er der, som del af dette arbejde, opbygget en eksperimentel opstilling som repræsenterer de fleste af de undersøgte teknologier og som giver mulighed for sammenligning af ydelsen under virkelige og forskellige driftsforhold. Dog var det ikke muligt at få den eksperimentelle opstilling sat i drift indenfor tidsrammen for denne afhandling. Opstillingen er kort beskrevet i kapitel 5. Dette efterfølges af et resumé af hovedresultaterne fra forskellige case studier som er publiceret og præsenteret som en del af denne afhandling. Det konkluderes at en lempelse af kravet om lokal 100 % nettoenergiforsyning medfører en reduktion i de samlede omkostninger og at et optimalt lokalt system ikke nødvendigvis er en interessemodsætning til et fælles forsyningsnet. Desuden viser resultaterne at en antagelse af konstante virkningsgrader for kraftvarmeteknologier ikke medfører større ændringer i beslutningsgrundlaget for investeringer. Dog kan overvejelser omkring fleksible virkningsgrader være vigtige ved optimering af driftsparametre for et eksisterende system som inkluderer brændselsceller, da dellast drift af disse havde en moderat indflydelse på den optimale løsning i de udførte case studies. Endelig præsenteres en metode som tager højde for usikkerheder i form af brugeradfærd og vejrforhold.
OriginalsprogEngelsk
ForlagDepartment of Energy Technology, Aalborg University
Antal sider138
ISBN (Trykt)978-87-92846-39-6
StatusUdgivet - 1 mar. 2014
PublikationsartForskning

Presse/medie-elementer

ID: 202151133