Sesonglagring av solenergi i Vestby sentrum : en mulighetsstudie

Abstract

Hovedformålet med oppgaven er å undersøke hvorvidt et sesonglager av solenergi kan dekke noen av Vestby sentrums energibehov. Energibehovene består hovedsakelig av snø- og issmelting til kjøre- og gangveier i sentrum, samt oppvarming av det nye kulturkvartalet som skal bygges. Varmen skal samles på sommeren ved hjelp av solfangere plassert på kommunale bygg og et vannbårent energianlegg i veidekket i sentrum. Denne energien lagres i en brønnpark som plasseres i sentrum. Energien hentes ut på vinteren ved behov.

Ved hjelp av tall fra Aiwell AS estimeres energiforbruket for oppvarming av 14 000 m2 veidekke til å være 1,4 GWh årlig. Oppvarmingsbehovet til kulturkvartalet på ca. 8 200 m2 estimeres til å være ca. 0,45 GWh årlig. Dette gir et totalt årlig oppvarmingsbehov på 1,85 GWh. Brønnparkens volum dimensjoneres til ca. 220 500 m3 med en forventet gjenvinningsgrad på 80%. Solfangere plasseres på 3 064 m2 takflate i sentrum, hvor beregningsprogrammet for solenergi, PVsyst, predikerer årlig innstråling på ca. 1 000 kWh/m2. Med en gjennomsnittlig virkningsgrad på 50% tilsvarer dette ca. 1,5 GWh energi overført til vannet i solfangerne. Fra anlegget i veidekket er det estimert at 7 000 m2 kan høste en årlig energi på 130 kWh/m2, som resulterer i 0,9 GWh årlig.

Oppgaven undersøker også hvordan kjølebehovet til kulturkvartalet kan dekkes og vurderer to forskjellige løsninger med bruk av varmepumpe. I det ene systemet vil kjølebehovet dekkes av en varmepumpe ved behov, mens i det andre systemet dekkes kjølebehovet fra et kuldelager. I begge systemene vil varmepumpene dumpe varme til varmelageret. Etter en vurdering av de to systemene konkluderes det med at systemet med kuldelageret er den beste løsningen. Dette er fordi varmetilførselen til varmelageret vil spres utover en lengre periode og vil dermed ikke komme på samme tid som fra solfangerne på sommeren.

Totale kostnader for energisystemet etter grovbudsjettering ble beregnet til å være på ca. 30 millioner kr. Energien som systemet kan levere hvert år er estimert til å være ca. 2,1 GWh, som gir en årlig kostnadsbesparelse på ca. 2 millioner kr med en kraftpris på 1kr/kWh. Utfordringen for sesonglageret er de høye spisseffektene som kreves av brønnparken. Uten et prioritert soneinndelingssystem vil ikke brønnparken ha stor nok effektkapasitet til å smelte hele veiområdet samtidig.

The main goal of the thesis is to assess whether a seasonal storage system of solar energy can cover some of the energy needs of the Vestby city centre. The energy demand mainly consists of melting snow and ice on the different city roads, along with heating to the new culture centre which is being built. The heat will be collected during the summer with solar collectors on the roofs of communal buildings and a hydronic energy system in the city pavements. This energy will be stored in a seasonal heat storage which is being placed in the city centre and can later be extracted during the winter.

With the help of Aiwell AS, the yearly energy demand for the heating of 14 000 m2 of pavement is estimated to be 1,4 GWh. The yearly heating demand for the 8 200 m2 culture centre is estimated to be 0,45 GWh, which gives a total yearly heating need of 1,85 GWh. The volume of the seasonal heat storage is calculated to be 220 500 m3 with an expected recovery rate of 80%. Solar collectors are placed on 3 064 m2 of roof surface in Vestby city centre and the solar energy calculation tool, PVsyst, estimates a yearly irradiance of approximately 1 000 kWh/m2. With an average efficiency of the solar collectors of 50% this corresponds to 1,5 GWh energy transferred to the water in the collectors. From the hydraulic pavement it’s estimated that 7 000 m2 can collect a yearly energy amount of 0,9 GWh.

The thesis also proposes two solutions for how the cooling demand of the culture centre can be covered with the usage of heat pumps. In one of the systems the cooling need is covered directly by a heat pump, where the need is covered by a cooling storage in the other system. In both systems the heat pump will deliver heat to the heat storage. After an assessment of the two proposed solutions it is concluded that the system with the cooling storage is most suitable. This is because the heat delivery from the heat pump will not compete with the heat from the solar collectors, as it is delivered through a longer period of time.

The estimate of the total costs for the energy system is approximately 30 million NOK. The energy that the system can deliver in the form of heating and cooling is estimated to be approximately 2,1 GWh, which gives an annual saving of 2 million NOK using a price of electricity at 1 NOK/kWh. The main challenge for the seasonal heat storage is the peak charging and discharging powers. Without a prioritized zonal system, the heat storage will not have the capacity needed to melt the entire area of pavement at once.