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Unité de recherche
OFEN
Numéro de projet
SI/501938
Titre du projet
LeSoPot – Optimale Nutzung des Solar- und Abwärmepotentials in Gebäuden mittels Hochtemperatur-Erdwärmespeicher (BTES)

Textes relatifs à ce projet

 AllemandFrançaisItalienAnglais
Description succincte
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Textes saisis


CatégorieTexte
Description succincte
(Anglais)

The main objective of this project is to study the potential of a Borehole Thermal Energy Storage (BTES), designed with the intent to store thermal energy seasonally, in helping maximise the yearly performance of an energy system in terms of electric load profile shaving and CO2 emissions.

The hypothesis is that the operating conditions of such storage, in particular its operating temperature, are a critical factor in determining its performance under defined system boundary conditions (yearly CO2 emission profile of the electricity provider, heating and cooling demand profiles, supply and return temperatures for the supply network, etc.), and the integration of solar generation technologies can significantly vary the optimal configuration of the storage. It is thus expected that a higher BTES temperature would result when energy sources with low CO2 intensities in summer are available. This in turn would lead to a more significant seasonal load shift and thus higher heat pump performance in winter and therefore lower over-all CO2 emission.

In particular, it is envisioned that a replicable design and operation optimization methodology for energy systems with a BTES is developed in this project, modelling the dynamics of the system in a numerically tractable way to enable optimization algorithms to find the best system configuration while retaining the key physical phenomena that guarantee a good prediction performance compared to currently available modelling techniques.

Rapport final
(Allemand)
In dieser Studie wird ein linearisiertes Modellierungs- und Optimierungsverfahren für die Auslegung und den Betrieb von Energiesystemen mit Erdsondenspeichern (BTES) vorgestellt, mit dem Ziel, das volle Potenzial dieser Speichersysteme im Hinblick auf die saisonale Glättung des elektrischen Lastprofils und die Minimierung der CO2-Emissionen auszuschöpfen. In der Studie wurde gezeigt, dass Randbedingungen, wie die CO2-Intensität des Netzstroms oder die Verfügbarkeit von Ab- oder Solarwärme, aufgrund ihrer saisonalen Schwankungen eine wichtige Rolle bei der optimalen Auslegung
und dem Betrieb von BTES mit Wärmepumpen spielen. Das Erreichen einer höheren Wärmepumpeneffizienz im Winter bei gleichzeitiger Inkaufnahme einer geringeren Effizienz im Sommer erweist sich unter bestimmten Bedingungen als vorteilhaft. Die Ergebnisse zeigen, dass eine geringere relative CO2-Intensität im Sommer als im Winter zu einer insgesamt höheren optimalen Betriebstemperatur des BTES führt, als dies bei Niedertemperatur-BTES typischerweise der Fall ist. Dies unterstreicht, dass der Einsatz von Hochtemperatur-BTES-Speichersystemen (35-90°C) ein ungenutztes Potenzial zur CO2-Reduzierung bietet, insbesondere wenn Energiequellen mit geringer CO2-Intensität im Sommer wie Solarthermie, Abwärme oder PV-Strom zur Verfügung stehen.
Rapport final
(Anglais)
In this study, a linearized modeling and optimization method for the design and control of energy systems with borehole energy storage (BTES) is presented, with the aim of exploiting the full potential of these storage systems in terms of seasonal smoothing of the electrical load profile and minimization of CO2 emissions. In the study, it was shown that due to their seasonal variations, boundary conditions, such as the CO2 intensity of the grid electricity or the availability of waste or solar heat, play an important role in the optimal design and operation of BTES with heat pumps. Achieving higher heat pump
efficiency in winter while accepting lower efficiency in summer proves to be beneficial under certain conditions. The results show that a lower relative CO2 intensity in summer than in winter leads to an overall higher optimal operating temperature of the BTES than typically used in the case of lowtemperature
BTES. This underscores that the use of high-temperature BTES storage systems (35-90°C) has untapped potential for CO2 reduction, especially when energy sources with low CO2 intensity in summer such as solar thermal, waste heat, or PV electricity are available.
Documents annexés
Rapport final
(Français)
Cette étude présente une méthode de modélisation et d'optimisation linéarisée pour la conception et l'exploitation de systèmes énergétiques avec stockage par sondes géothermiques (BTES), dans le but d'exploiter pleinement le potentiel de ces systèmes de stockage en termes de lissage saisonnier du profil de charge électrique et de minimisation des émissions de CO2. L'étude a montré que les conditions marginales, telles que l'intensité en CO2 du courant de réseau ou la disponibilité de la chaleur résiduelle ou solaire, jouent un rôle important dans la conception et l'exploitation optimales des BTES avec pompes à chaleur en raison de leurs variations saisonnières. Dans certaines conditions, il est avantageux d'atteindre une meilleure efficacité des pompes à chaleur en hiver tout en acceptant une efficacité moindre en été. Les résultats montrent qu'une intensité relative de CO2 plus faible en été qu'en hiver conduit à une température de fonctionnement optimale globale du BTES plus élevée que celle typiquement observée pour les BTES à basse température. Cela souligne le fait que l'utilisation de systèmes de stockage BTES à haute température (35-90°C) offre un potentiel inexploité de réduction des émissions de CO2, en particulier lorsque des sources d'énergie à faible intensité de CO2 sont disponibles en été, comme l'énergie solaire thermique, la chaleur résiduelle ou l'électricité photovoltaïque.