Warmtepompen in smart grids: nooit zonder thermische opslag · Warmtetoevoer op lage temperatuur...
12
14/10/2013 1 Warmtepompen in smart grids: nooit zonder thermische opslag Smart Grid School, 9 oktober 2013 Maarten Sourbron Onderzoeksgroep THELES, Campus De Nayer Departement Industriële Ingenieurswetenschappen, KU Leuven Werking van een warmtepomp • 3 fysische verschijnselen o Verdamping van een vloeistof warmte in Condensatie van een vloeistof warmte uit o Kookpunt = functie(druk) o Gas: Temperatuur stijgt als druk stijgt 2
Transcript of Warmtepompen in smart grids: nooit zonder thermische opslag · Warmtetoevoer op lage temperatuur...
14/10/2013
1
Warmtepompen in smart grids:
nooit zonder thermische
opslag
Smart Grid School, 9 oktober 2013
Maarten Sourbron Onderzoeksgroep THELES, Campus De Nayer
Departement Industriële Ingenieurswetenschappen,
KU Leuven
Werking van een warmtepomp
• 3 fysische verschijnselen
o Verdamping van een vloeistof warmte in
Condensatie van een vloeistof warmte uit
o Kookpunt = functie(druk)
o Gas: Temperatuur stijgt als druk stijgt
2
14/10/2013
2
(1) Verdampingswarmte
3
Verdamping
(latente warmte)
[1]
(2) Kookpunt = functie(druk)
4
• Het ‘Mont Blanc’ voorbeeld
Hoogte 4807m
P=1,013 bar
Tk=100°C
P=0.555 bar
Tk=83,9°C
Zeeniveau
14/10/2013
3
(3) Gas: Temperatuur stijgt als druk stijgt
5
• Voor een ideaal gas:
𝑇𝜅
𝑝 𝜅−1= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡 𝜅 ≅ 1,4
Werking van een warmtepomp
6
5°C : Temperatuur
van de bodem
35°C : Water in
vloerverwarming
Bij pL : Tverdamping = 0°C
Bij pH : Tcondensatie = 40°C
0°C
3bar
5°C
35°C
40°C
10bar
QL
QH
p ↑ p ↓ P
14/10/2013
4
Werking van een warmtepomp
7
Warmtetoevoer op lage temperatuur
Elektriciteit als
compressiearbeid
Warmteafgifte op hoge temperatuur
Verdamper (QL)
Compressor (P)
Condensor (QH)
𝑄𝐻 = 𝑄𝐿 + 𝑃
𝐶𝑂𝑃 = 𝑄 𝐻 𝑊
𝑃 𝑊
𝑆𝑃𝐹 = 𝑄𝐻 𝑘𝑊ℎ
𝑃 𝑘𝑊ℎ
4 = 3 + 1
Smart grids en warmtepompen
8
• Elektrificatie van verwarming en koeling
Kan nog verlagen door
de inschakeling van
hernieuwbare energie
QH
QL
P
[5]
14/10/2013
5
Warmtepomp: vraaggedreven
9
COMFORT
Warmtepomp: aanbodgedreven?
10
RE + LAGE PRIJS
COMFORT
14/10/2013
6
Warmtepomp: aanbodgedreven?
11
OPSLAG
Warmtepomp: aanbodgedreven?
12
RE + LAGE PRIJS
OPSLAG WARM
OPSLAG KOUD
COMFORT
14/10/2013
7
Types van thermische opslag
13
• Voelbaar: Water, gebouwmassa, ...
• Latent: fase-verandering
• Thermo-chemisch
• Ad- of absorptie
Types van thermische opslag
14 [3]
14/10/2013
8
Types van thermische opslag
15 [4]
Thermische opslag: vereisten
16
• Hoge en regelbare vermogenuitwisseling in en uit!
OPSLAG
14/10/2013
9
Thermische opslag: vereisten
17
• Hoge en regelbare vermogenuitwisseling in en uit!
o Voelbare warmte: water OK
Thermische opslag: vereisten
18
• Hoge en regelbare vermogenuitwisseling in en uit!
o Voelbare warmte: beton niet OK
14/10/2013
10
Thermische opslag: vereisten
19
• Hoge en regelbare vermogenuitwisseling in en uit!
o Latente warmte: PCM niet OK
Thermische opslag = regelverlies
20
OPSLAG
100
110 100
10
14/10/2013
11
Warmtepomp en smart grids
21
The establishment of an open source
communication protocol for Smart Grids / Smart
Homes would enable manufacturers to create
and commercialise devices that are compatible
with many systems. [2]
Heat pumps, combined heat & power and
cooling installations could play an
important role in smart electricity grids if
thermal production can be decoupled from
thermal demand. [2]
There is a need to develop, in line with
Smart-Grid / Smart-Homes technologies,
methods to accurately determine the state
of charge, controls and control algorithms
so that heating and cooling is optimally
generated from the RES (e.g. night time
excess wind energy / PV) when available,
while still providing the consumer with their
needs at a time of their choosing. [2]
Warmtepomp en smart grids
22
• Opportuniteiten in combinatie met thermische opslag
o Elektrische verwarming en koeling
o Regelbare elektrische verbruiker (zie eig. opslag)
• Dubbele waardeverhoging
o Dienst aan gebruiker: comfort
o Dienst aan elektriciteitsnet: balancering
14/10/2013
12
Dank u wel!
Bronnen
24
1. Warmtepompen voor woningverwarming, ODE in opdracht van het Ministerie van de
Vlaamse Gemeenschap, 2002
2. Strategic Research Priorities for Cross-cutting Technology, European Technology
Platform on Renewable Heating and Cooling, 2012
3. IEA Technology Roadmap, Energy-efficient Buildings: Heating and Cooling Equipment,
2011
4. S.M. Hasnain, Review on sustainable thermal energy storage technologies, Part I: heat
storage materials and techniques, Energy Conversion and Management, Volume 39,
Issue 11, 1 August 1998, Pages 1127-1138
5. ISSO Handboek Installatietechniek
