Short description
(German)
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Coop baut in 1037 Etagnières, VD eine neue Verkaufsstelle. Die Eröffnung der Verkaufsstelle ist auf Oktober 2018 vorgesehen. Auf dem Dach und an der Fassade soll eine grosszügig (über-)dimensionierte Photovoltaikanlage (PV-Anlage) zur Bewirtschaftung des Gebäudes mit Energie gebaut werden. Zu Zeiten in denen die PV-Anlage mehr Energie liefert als die Verkaufsstelle an Eigenbedarf hat, soll mit einer transkritischen CO2 Kälteanlage (Kälteanlage) die überschüssige elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt und gespeichert werden. Zu Zeiten in denen keine überschüssige elektrische Energie von der PV-Anlage zur Verfügung steht, soll der Speicher genutzt werden um das System in einem effizienteren Punkt zu Betreiben und so weniger elektrische Energie aus dem Netz zu beziehen. Mit dem Projekt soll gezeigt werden, wie thermische Speicher im Zusammenspiel mit einer PV-Anlage nutzbringend in eine Kälteanlage eingebunden werden können. Darüber hinaus wird dieses Projekt wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich Smart Grid und Energiestrategie 2050 liefern.
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Final report
(German)
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Im Rahmen eines Pilot- und Demonstrationsprojekts wurde ein Eisspeichersystem zur Maximierung der Eigenstromnutzung sowie der Steigerung der Kühleeffizienz im Coop Supermarkt Etagnières erstellt. Coop war Initiator und Projektleiter, wobei die Planung sowie Inbetriebnahme der Anlage durch Frigo- Consulting erfolgte, und die ZHAW als wissenschaftlicher Partner die Auswertung sowie Schlussfolgerung der Messdaten durchführte. Ein Eisspeicher mit Speicherkapazität von 464 kWhth wurde in einer energieeffizienten Coop Verkaufsstelle installiert, über die Kältemaschine mit der Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) gekoppelt und während einem Jahr untersucht. Der solarerzeugte Strom wurde, wenn möglich, für den Eigenbedarf verwendet und der Überschuss in thermische Energie umgewandelt und im Eisspeicher gespeichert. Somit konnte die Einspeisung von PV-Strom in das Stromnetz reduziert werden. Zu Zeiten ohne überschüssige elektrische Energie wurde der Eisspeicher entladen, so dass der Netzstromverbrauch der Kälteanlage verringert werden sollte. Der Eisspeicher wurde so dimensioniert, dass 60% des überschüssigen PV-Stroms gespeichert werden kann. Die erste Inbetriebnahme des Eisspeichers wurde Anfang 2019 durchgeführt. In der ersten Phase wurde das System optimiert und ab November 2019 bis November 2020 ausgewertet. Zwei Auswertungsmethoden wurden festgelegt:
- Vergleich zwischen der Verkaufsstelle mit Eisspeicher und einer möglichst ähnlichen Filiale ohne Eisspeichersystem, um die Auswirkungen des Eisspeichers gegenüber konventionellen Anlagen zu untersuchen.
- Vergleich zwischen zwei Betriebsmodi, zur genaueren Untersuchung des Einflusses des Eisspeichers. Modus 2 bewirkt eine intensivere Eisspeichernutzung bei gleichen Aussenbedingungen als Modus 1.
Es konnte gezeigt werden, dass ein Eisspeicher in eine direktverdampfende CO2-Kälteanlage eingebunden werden kann. Dieser stellt bei korrekter Funktionsweise eine günstige und umweltfreundliche Alternative zum Batteriespeicher dar. Gemäss Auswertung wurde der Eisspeicher von April bis Oktober effektiv genutzt. Dieser wurde oft nur teilentladen, da die Kälteanlage weniger unterstützende Kühlenergie benötigt als angenommen. Der Nutzen des Eisspeichers konnte im Projekt nicht bewiesen werden. Es besteht die Vermutung, dass die Kälteanlage effizienter betrieben wird als angenommen, was den Nutzen der Eisspeicherenergie drastisch senkt. Zudem zeigen exergetische Berechnungen zur Ladung und Entladung eine starke Energieentwertung, was schlussendlich zu tiefen elektrischen Einsparungen führt. Ausserdem wirkt die überdimensionierte PV-Anlage dem Speicherkonzept entgegen. Deren enorme Stromproduktion senkt den Eigenverbrauchsanteil auf bis zu 50%, eine Erhöhung des Anteils durch den Eisspeicher konnte nicht festgestellt werden. Spitzen der Entladung vor den Ladephasen lassen vermuten, dass der Eisspeicher den Stromverbrauch effektiv senkt, jedoch konnte ein tieferer Verbrauch der Kälteanlage nicht durchgängig auf die Eisspeicherentladung zurückgeführt werden. Entgegen des Eigenverbrauchsanteils wurde jedoch der absolute Eigenverbrauch gesteigert, was zu einer Entlastung des Stromnetzes führt. Bei kleineren PV-Anlagen wäre das "Peak-Shifting" stärker beeinflusst worden. Zusammenfassend besteht die Vermutung, dass der Eisspeicher zur Speicherung von Solarstrom dienen kann, wie es die Theorie des vorgestellten Konzepts zeigt. Der vorgestellte Filialenvergleich und die beschränkte Beobachtbarkeit des Systems lassen keine abschliessenden Aussagen zu. Weitere Untersuchungen innerhalb der Filiale Etagnières mit modifizierten Betriebsparametern
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Final report
(English)
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In this pilot project, an ice storage system has been developed in order to maximise the consumption of own electricity, as well as to increase the cooling efficiency in a supermarket. Coop was the initiator and project manager, while Frigo-Consulting was responsible for the planning and commissioning of the system, and the ZHAW as scientific partner carried out the evaluation and conclusion of the measured data. An ice storage tank with a storage capacity of 464 kWhth was installed in an energy-efficient Coop sales outlet, was coupled to the photovoltaic (PV) system via the refrigeration machines and studied over a period of one year. Whenever possible, the solar electricity produced was consumed directly, but the excess electrical energy was converted into thermal energy and stored in the ice storage. This reduced the amount of PV electricity fed into the grid. At times when no surplus electrical energy was available, the ice storage was discharged, so that the grid electricity consumption of the refrigeration system should be reduced. The ice storage tank was dimensioned to store 60% of the excess PV electricity. A first commissioning of the ice storage unit was carried out at the beginning of 2019. In the first phase the system was optimised and in the period November 2019 to November 2020 it was evaluated. Two evaluation methods were defined:
- Comparison between the supermarket with the ice storage system and a sales outlet, as similar as possible, without an ice storage system, in order to investigate the effects of the impact of the ice storage system compared to conventional systems.
- Comparison between two operating modes, in order to examine the influence of the ice storage system in more detail. Mode 2 causes a more intensive use of the ice storage under the same outdoor conditions as mode 1.
This project has shown that an ice storage unit can be integrated into a direct evaporative CO2 refrigeration system. When functioning correctly, this represents a more economical and more environmentally friendly alternative than battery storage. From the evaluation it was established that the ice storage was used effectively from April to October. Nevertheless, it was often only partially discharged, as the refrigeration system required less supporting cooling energy than originally assumed. The benefit of the ice storage could not be proven in this project. It was indicated that the refrigeration system is operated more efficiently than assumed, which drastically reduces the benefit of the energy from the ice storage. In addition, exergetic calculations of charging and discharging show a strong energy devaluation, which ultimately leads to low electrical savings. Furthermore, the oversized PV system counteracts the storage concept. Its enormous electricity production reduces the own consumption share to up to 50%; an increase in the share due to the ice storage could not be established. Peaks of the discharge before the charging phase suggest that the ice storage effectively reduces the electricity consumption, but lower consumption by the refrigeration systems could not be entirely attributed to the ice storage discharge. Contrary to the share of own consumption, however, the absolute own consumption was increased, which leads to a relief of the power grid. With smaller systems, the "peak shifting" would have been influenced more intensively. In summary, there is a presumption that the ice storage can be used to store solar electricity, as shown by the theory of the concept presented. However, the above-mentioned comparison between two sales outlets and the limited observability of the system do not allow any conclusive statements. Further investigations within the Etagnières branch with modified operating parameters could show whether the
statements made here are correct or incorrect.
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