for EDUCATORS (Academic Staff, Higher

Miguel Ramirez
Dr Shane Colclough
Prof Neil J Hewitt
Nederlandse versie:
dr. ir. Ruud Cuypers
Seasonal Thermal Energy Storage (STES)
for EDUCATORS
Seizoensopslag van Thermische energie (STE)
voor OPLEIDERS
(Academisch kader, Hoger onderwijs, Overheid, etc)
1
Inhoud

Wat is Seizoensopslag van thermische energie (STE)?

Waarom STE?

Geschiedenis van STE

Hoe werkt het?

Manieren van thermische energiesopslag

Hoeveel energie kan worden opgeslagen?

Waar kan het het beste worden toegepast?

Wat kost het?

Case Studies
2
Inhoud

Wat is Seizoensopslag van thermische energie (STE)?

Waarom STE?

Geschiedenis van STE

Hoe werkt het?

Manieren van thermische energiesopslag

Hoeveel energie kan worden opgeslagen?

Waar kan het het beste worden toegepast?

Wat kost het?

Case Studies
3
WAT IS STE?
 Koude opslag in de winter
voor gebruik in de zomer
 Warmteopslag in de
zomer voor gebruik in de
winter
4
Inhoud

Wat is Seizoensopslag van thermische energie (STE)?

Waarom STE?

Geschiedenis van STE

Hoe werkt het?

Manieren van thermische energiesopslag

Hoeveel energie kan worden opgeslagen?

Waar kan het het beste worden toegepast?

Wat kost het?

Case Studies
5
WAAROM STE?





Energiegebruik in gebouwen is goed voor 30-40% van het totale
energiegbruik in de EU
60-70% daarvan wordt gebruikt voor verwarming van woningen
Verwarmingsvraag vindt met name plaats in de winter als de
beschikbaarheid van zonne-energie laag is
Zonne energieopslag in de zomer voor gebruik in de winter
Noord-Europese landen hebben een gemiddelde temperatuur
van ongeveer 5°C en jaarlijkse zoninstraling tot ongeveer 1000
kWh/jaar.m² (Stockholm)
Bron: SoDa-is.com
Inhoud

Wat is Seizoensopslag van thermische energie (STE)?

Waarom STE?

Geschiedenis van STE

Hoe werkt het?

Manieren van thermische energiesopslag

Hoeveel energie kan worden opgeslagen?

Waar kan het het beste worden toegepast?

Wat kost het?

Case Studies
7
GESCHIEDENIS VAN STE – Koude opslag
In 400 V.C. werden 20m hoge bakstenen
koepels met windvangers gebruikt om
ijs in op te slaan en om koeling te
genereren in een omgeving van 40°C
Bron: awesci.com
 Antiek Perzië
 Romeinen
 Koelhuizen
In de 18e en 19e eeuw werden
rivierwater en meertjes gebruikt om
gebouwen koel en voedsel goed te
houden (Middleton, Engeland – Glen
River, Noord-Ierland)
Bron: Griffiths & Colclough
Gebruikten in de 1e eeuw na Christus
putten en getransporteerde sneeuw om
hun voedsel en wijn te koelen op
warme dagen
8
GESCHIEDENIS VAN STE – Warmte opslag
 Duitsland na WO I
De eerste haalbaarheidsstudies in 1920
door het gebrek aan grondstoffen.
 VS
Het Keck “glazen” huis in 1933 en MIT
huis in 1939 zijn beide uit glas en hoge
thermische capaciteitsmaterialen voor
thermische opslag gebouwd
 Denemarken, Zweden
In de 70-er jaren dwong de oliecrisis
overheden naar alternatieven te
zoeken. Kleine en grote schaal
thermische opslagsystemen werden in
combinatie
met
stadsverwarming
gerealiseerd
9
Inhoud

Wat is Seizoensopslag van thermische energie (STE)?

Waarom STE?

Geschiedenis van STE

Hoe werkt het?

Manieren van thermische energiesopslag

Hoeveel energie kan worden opgeslagen?

Waar kan het het beste worden toegepast?

Wat kost het?

Case Studies
10
HOE WERKT HET - Componenten

Warmtebron




Thermische opslag




Zon
Biomassa
Industriële restwarmte..
Hoge warmtecapaciteit
Groot volume
Lage warmteverliezen
Bijkomende systemen &
distributie


Boiler, warmtepomp
Stadsverwarmingnetwerk
11
HOE WERKT HET - CONFIGURATIES

Parallel
Warmtepomp, zonnecollector
en STE werken onafhankelijk
om te voldoen aan de vraag
In Serie
Source: Solites

Zonnecollector of STE werken
als bron voor de warmtepomp
of aanvullend aan andere
bronnen

Serie/Parallel
De warmtepomp of collector
levert warmte aan het
gebouw,
afhankelijk
of
onafhankelijk van elkaar
12
HOE WERKT HET - CONFIGURATIES

Parallel
De zonnecollectoren zijn direct met de opsalgtank verbonden en laden
hem met warmte gedurende tijden van hoge zoninstraling. DE STE levert
heet water voor thuisgebruik (tapwater), en voor ruimteverwarming in
de stookperiode (winter).
Als de temperatuur van de STE lager is dan benodigd levert de
warmtepomp de gevraagde warmte aan zowel het warmwatersysteem
als het systeem voor ruimteverwarming. De bron voor de warmtepomp is
extern en kan zowel lucht, grond of restwarmte zijn.
Solar
Collectors
DHW
Heat Pump
STES
(Air/Ground source)
LOAD
13
HOE WERKT HET - CONFIGURATIES

In Serie
De zonnecollectoren, STE tank en warmtepomp zijn in serie geschakeld.
Warmte wordt gedurende tijden van hoge zoninstraling opgeslagen. De
collector kan dienen als directe bron voor een warmtepomp of als
indirecte warmtebron via de opslagtank. De warmtepomp moet een
water-water warmtewisselaar hebben, en het zal aan de warmtevraag
voor zowel warmtapwater als ruimteverwarming kunnen voldoen.
De temperatuur van de opslagtank kan worden ingesteld op een
minimum waarde afhankelijk van de instellingen van de bron voor de
warmtepomp. Een minimum temperatuur zorgt voor minder
warmteverliezen door de STE.
Heat
Pump
Solar
DHW
Collectors
STES
LOAD
14
HOE WERKT HET - CONFIGURATIES

Serie/Parallel
De STE tank wordt opgeladen door de zonnecollectoren en zorgt voor
warmte voor zowel warm tapwater als ruimteverwarming. Wanneer de
temperatuur in een STES onder een minimumwaarde komt (afhankelijk
van het verwarmingsdoel) schakelt de warmtepomp in. De
warmtepomp gebruikt de overige warmte uit de opsalg om warm
tapwater en ruimteverwarming aan het gebouw te leveren.
In alle drie de gevallen kan de warmtepomp draaien in tijden van lage
electriciteitskosten om de warmwatertank kosteneffectief op te
warmen. Daarbij zal een hulpsysteem gebruikt moeten worden (bv. Een
gasgestookte ketel) om de warmtevraag te leveren die niet door de STE
geleverd kan worden.
Solar
Collectors
DHW
STES
Heat
Pump
LOAD
15
VOORBEELD VAN DE SERIE/PARALLEL
STE WERKINGSMECHANISMEN
(EINSTEIN OPSTELLINGEN)
HOE WERKT HET – Serie/Parallel

Laden
Het laden van een STE systeem start als de thermische energie van de
bron (zon) beschikbaar is. Zonthermische energie kan worden opgevangen
in de zomermaanden en worden opgelsagen in de STE voor later gebruik.
Het is alleen mogelijk om tegelijk thermische energie op te slaan en te
leveren als de tank afzonderlijke circuits voor laden en ontladen heeft.
HOE WERKT HET – Serie/Parallel

Direct ontladen
Het ontladen van een STE systeem start met het stookseizoen. De tank
levert warmte direct aan het gebouw door een stadsverwarmingsnet of een
directe pijplijn. De temperatuur van het warme water wordt
voorgeschreven door de opwarming aan de vraagzijde. Maximale STE
outgaande temperatuur is typisch 80°C (met druktanks is zelfs >100°C
mogelijk).
TSTES > 50°C
HOE WERKT HET – Serie/Parallel

Warmtepomp aansturing
De warmtepomp treedt in werking wanneer de STE temperatuur onder de
gevraagde temperatuur voor de volledige warmtevraag komt. Water van
de STE levert warmte voor de verdampingscyclus van de warmtepomp en
de condensatie levert voldoende warm water voor de vraag.
10°C < TSTES < 50°C
HOE WERKT HET – Serie/Parallel

Hulpsysteem – Boiler
Als de temperatuur in de watertank zakt onder een niveau waarbij nog
efficient gebruik kan worden gemaakt van de warmtepomp (10°C) start
het hulpsysteem. De warmte in de STE tank is dan volledig gebruikt en de
warmtevraag wordt dan volledig door het hulpsysteem geleverd.
TSTES < 10°C
HOE WERKT HET – Serie/Parallel

Hulpsysteem – Boiler/Warmtepomp




Een hulpsysteem is essentieel om piekvraag en perioden waarin
de opslagtank volledig is ontladen te overbruggen
Warmtepompen zijn typisch drie tot vier keer efficienter dan
conventionele verwarmingssystemen voor dezelfde hoeveelheid
warmte
Water – water warmtepompen hebben een lage
terugvoertemperatuur naar de bron. Dit temperatuurverschil
helpt de gelaagdheid in de opslagtank te behouden.
Lagere temperaturen op de bodem van de opslagtank zorgen
voor hogere efficientie van de zonnecollectoren en verkleinen
warmteverliezen door de bodem
21
Inhoud

Wat is Seizoensopslag van thermische energie (STE)?

Waarom STE?

Geschiedenis van STE

Hoe werkt het?

Manieren van thermische energiesopslag

Hoeveel energie kan worden opgeslagen?

Waar kan het het beste worden toegepast?

Wat kost het?

Case Studies
22
MANIEREN VAN THERMISCHE ENERGIEOPSLAG

Latente Warmte

Chemische Warmte

Voelbare Warmte
23
MANIEREN VAN THERMISCHE ENERGIEOPSLAG

Latente warmteopslag
De meest veelgebruikte materialen voor
latente warmteopslag zijn vast-vloeistof
fase-overgangsmaterialen (Phase Change
Materials, PCMs). Thermische energie kan
door PCMs worden opgenomen in zowel
de vaste als vloeibare toestand. Er wordt
gedurende de overgang van vast naar
vloeibaar een grote hoeveelheid warmte
opgenomen (smelten). PCMs kunnen 5 tot
14 keer meer warmte per volume eenheid
opslaan dan conventionele opslagmaterialen zoals water, cement of steen.
Als warmte door de PCM wordt afgegeven
verandert hij weer van vloeistof naar
vaste stof.
MANIEREN VAN THERMISCHE ENERGIEOPSLAG

Thermochemische Opslag
Chemische warmte en sorptiewarmte
opslag-systemen (Zgn. Thermo-chemische
opslagsystemen)
zijn
veelbelovende
technologieën met aanzienlijke voordelen
met betrekking tot zowel voelbare als
latente opslagtechnieken.
Opslagdichtheden tot 10 keer hoger dan bij
warm water als opslagmedium kunnen
theoretisch worden bereikt, waardoor zeer
compacte toepassingen denkbaar zijn.
Vanwege de aard van de processen en de
opslag
bij
kamertemperatuur
zijn
warmteverliezen nagenoeg afwezig. Deze
combinatie van factoren maakt dat
thermchemische opslag een zeer efficiente
methode
is
voor
lange
termijn
warmteopslag en transport.
MANIEREN VAN THERMISCHE ENERGIEOPSLAG

Voelbare Warmteopslag
Voelbare warmte is de warmte die wordt
opgenomen of afgegeven bij aanleggen
van een temperatuurverschil. Het is een
directe en de meest veelgebruikte
manier van warmteopslag, echter, de
voornaamste nadelen zijn de grote
benodigde
opslagvolumes
en
de
warmteverliezen
wanneer
het
opslagmedium zich in een omgeving van
lagere temperatuur bevindt. Het gebruik
van watertanks voor thermische opslag is
een
aloude
techniek.
Innovatieve
oplossingen zouden de warmteverliezen
moeten kunnen minimaliseren door
optimale gelaagdheid en efficiente
thermische isolatie te bewerkstelligen.
Inhoud

Wat is Seizoensopslag van thermische energie (STE)?

Waarom STE?

Geschiedenis van STE

Hoe werkt het?

Manieren van thermische energiesopslag

Hoeveel energie kan worden opgeslagen?

Waar kan het het beste worden toegepast?

Wat kost het?

Case Studies
27
HOEVEEL ENERGIE KAN WORDEN OPGESLAGEN

Q= m.cp.ΔΤ




Q: Opgeslagen thermische energie
m: Massa van het warmteopslagmateriaal
cp: Specifieke warmtecapaciteit van het
opslagmateriaal
ΔT: Temperatuurverschil van het opslagmedium
tussen laden en ontladen
28
HOEVEEL ENERGIE KAN WORDEN OPGESLAGEN

Voorbeeld:
Zonnecollectoren verwarmen 100 m3 water van 25
naar 50°C, dat wordt opgeslagen in een geisoleerde
opslagtank. Hoeveel energie is in het water
opgeslagen?
Q = m.cp.ΔΤ
m = ρ.V = 1000kg/m3 x100m3 = 100000kg
cp = 4.18 kJ/kg.K)
ΔΤ= 25°K
Q= 100000 x 4.18 x 25 = 10450 MJ = 2.9 MWh
29
Heißwasser-Wärmespeicher
HOEVEEL ENERGIE KAN WORDENKies/Wasser-Wärmespeicher
OPGESLAGEN
Sommer
Heißwasser-Wärmespeicher
Heißwasser-Wärmespeicher
Winter
Kies/Wasser-Wärmespeicher
Kies/Wasser-Wärmespeicher
Sommer
Winter
Sommer
Winter
Wärmedämmung
Abdichtung
Schutzvlies
Wärmedämmung
Wärmedämmung
Abdichtung
Abdichtung
Schutzvlies
Hot Water tank thermal energy store (HW)
Erdsonden-Wärmespeicher
1)
~70 kWh/m³
Schutzvlies
Pit Thermal Energy Store (PTES)
~55 kWh/m³ 2)
Erdsonden-Wärmespeicher
Erdsonden-Wärmespeicher
Borehole Thermal Energy Store (BTES)
15-30 kWh/m³
1) J
max=90
Aquifer-Thermal Energy Store (ATES)
30-40 kWh/m³
°C, Jmin=30 °C zonder warmtepomp 2) Jmax=80 °C, Jmin=10 °C gravel-water TES met warmtepomp
OPSLAGVERLIEZEN

Verliezen van de STE
kunnen aanzienlijk zijn
Door een lagere
oppervlakte/volume
ratio koelen grotere
opslagtanks langzamer
af en zijn daarom in het
voordeel
Dit heeft geleid tot een
focus op STE in
combinatie met
warmtenetten
Afkoelcurve van een warmwateropslag met een netto volume
van m3 (cylindrisch: Ø 2 m, hoogte 3,18 m).
Start temperatuur 80 °C, buitentemperatuur 5 °C
Time in days
A: conventional insulation material: λ = 0,05 W/(m·K), insulation thickness s = 0,2 m
B: conventional insulation material : λ = 0,05 W/(m·K), insulation thickness s = 2 m
C: Vacuum insulation: λ = 0,005 W/(m·K), insulation thickness s = 0,2 m
31
Inhoud

Wat is Seizoensopslag van thermische energie (STE)?

Waarom STE?

Geschiedenis van STE

Hoe werkt het?

Manieren van thermische energiesopslag

Hoeveel energie kan worden opgeslagen?

Waar kan het het beste worden toegepast?

Wat kost het?

Case Studies
32
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST?
Gebouwtype





Klimaat condities


Vrijstaand huis
Appartment
Nieuwbouw (bij voorkeur)
Bestaande bouw
Bron: Asko professionals

Hoge jaarlijkse zoninstraling
& beperkte warmtevraag in
de winter zijn ideaal
Verwarming


Stadsverwarming
Vloerverwarming (lage T)
33
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST? - Overwegingen

STE bodemgesteldheid




Warmtebron




Geologie
Landgebruik voor opslag
Hydrogeologische karakteristieken (aquifers)
Voldoende oppervlakte voor zonnecollectoren (land, dak)
Industriële restwarmtebronnen (temperaturen, afstand tot
warmtevraag en beschikbaarheid)
Beschikbaarheid van stadsverwarming
Gebruik


Enkele cyclus – (stabiel gebruik)
Onafhankelijk van externe bronnen (complex regelsysteem)
34
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST?
– EINSTEIN data

Locatie binnen de EU
Ruimteverwarmingsvraag varieert sterk van land tot land in de
EU. De voornaamste factoren voor de variatie zijn de
gebouwenvoorraad, de bouwperiode, de gebouwdichtheid en het
lokale klimaat.
Het grootste potentieel voor
toepassing van STE systemen
in de EU kan worden
gevonden in het rapport:
“Classification of EU building
stock according to energy
demand requirements.”
Residential energy demand vs. average ambient temperature.
(ACC4: Bulgaria, Romania, Turkey, Croatia; EFTA3: Iceland, Norway and
Switzerland; NMS 10: new ten member states since May 2004.
(Source: ECPHEATCOOL).
35
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST?
– EINSTEIN data

STE integratie
Met de recente EU energieregulering zullen gebouwen in de nabije
toekomst een lagere energievraag hebben (<50kWh/m².jaar). In
dat geval is het mogelijk om lagere aanvoertemperaturen voor
ruimteverwarming te gebruiken en daarmee warmteverliezen te
verminderen. Dat zorgt ervoor dat STE systemen beter kunnen
worden toegepast in energie-efficiente verwarmingssystemen.
Integratie van STE met verschillende types van warmtegeneratie
zoals gasgestookte ketels, warmtepompen, warmte-kracht
koppelingen (wkk’s) en distributiesystemen wordt behandeld in
het volgende document: “Technology assessment HVAC and DHW
systems in existing buildings throughout the EU”
36
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST?
– EINSTEIN data

Ontwerp STE systemen en EINSTEIN opstellingen
Verschillende stappen moeten worden doorlopen om een STE
systeem te ontwerpen. Voornamelijk technische problemen
zoals grootte van opslagtanks, locatie, grootte van het
collectorveld en aanpassing van het verwarmingssysteem
moeten worden bestudeerd. Een flexibel systeem, voornamelijk
beinvloed door het weer, geeft de grootste vrijheid om het
gedrag door simpele berekeningen te kunnen voorspellen. Een
volledige leidraad voor het plannen en optwerpen van een STE
systeem kan hier worden gevonden: “Design guidelines for STES
systems in Europe”.
Voor een overzicht van
het
ontwerp
en
de
installatie
van
de
EINSTEIN demonstraties
opstellingen klik hier.
37
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST?– STE
Decision Support Tool
Decision Support Tool
Om de beste aanpak voor het voorlopige ontwerp en de CAPEX/OPEX voor
STE systemen in bestaande gebouwen te analyseren is een Decision Support
Tool (DST) ontwikkeld als onderdeel van het EINSTEIN project. De DST helpt
gebruikers om de best mogelijke technologieen en hun prestaties te
identificeren afhankelijk van hun specifieke randvoorwaarden:
 Klimaat
 Ruimtevereisten
 Materiaal en integratievereisten
(zonnecollectoren, STE, stadsverwarming, warmtepomp
en hulpsysteem)
Gebruikers
Mogelijke gebruikers voor de tool zijn installatie- en constructiebedrijven
met basiskennis van verwarming-, koeling- en ventilatiesystemen die geen
ervaring met STE installaties hebben.
Voor meer informatie over het model, klik hier.
38
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST? – STE
Ontwerp Tool
DST Omschrijving
Het ontwerpgereedschap bestaat uit drie gedeelten:
 Invoer data selectie
 Berekeningen
 Resultaten
Ontwerp cases
Behalve de selectie en evaluatie van STE systemen geeft de tool de
gebruikers ook de mogelijkheid om verschillende scenario’s te analyseren
en vergelijken. Centrale systemen en decentrale configuraties kunnen
worden bekeken voor elke locatie en elke warmtebehoefte voor zowel
bestaande als niet-bestaande gebouwen.
Voor toegang tot de tool, klik:
DECISION SUPPORT TOOL
39
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST?– Combinatie van
verbeterde energie efficientie en gebruik van hernieuwbare
energie

Energie Strategie
Om STE systemen zo effectief mogelijk in te zetten moeten ze
onderdeel zijn van een energiestrategie (gebaseerd op de TRIAS
ENERGETICA).
Dit houdt in:
 Verlagen van de energievraag van het bestaande gebouw door
energieefficiente maatregelen te treffen
 Integratie van hernieuwbare energie (zon, wind, …)
 Integratie van specialistische oplossingen zoals STE
Deze beslissingen moeten worden geoptimaliseerd met de
randvoorwaarden voor de specifieke toepassing in het achterhoofd:
 Klimaat
 Kosten
 Gebouwtype
Er is een Evaluation Tool ontwikkeld om de meest kosteneffectieve
combinatie van maatregelen te identificeren.
40
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST? –
Evaluation Tool
Configuratie van de Evaluation tool
1.Definitie van
gebouw
• Selectie van het klimaatgebied
• Selectie van het gebouwtype
• Oppervlakte van het gebouw
• Selecteer de gewenste besparing
2. Gewenste
energiebespraring
3. Bereken de
meest kosteneffectieve
oplossing
4. Resultaten
•Uitvraag naar de database, resultaten:
•- Lever de optimale case(s) die de besparing halen.
•- Identificeer de meest kosteneffectieve combinatie van passieve en actieve
maatregelen (inclusief STE)
• Selecteer de beste combinatie-optie
• Geef de besparing in ‘Primary energy’. (-kWh/jaar)
• Geef de benodigde investering (€)
41
EVALUATION TOOL – De meest kosteneffectieve oplossing
Software Model
om
energiegebruik
van bestaande
gebouwen te
bekijken
VOORNAAMSTE DOEL:
“To develop a methodology
evaluation tool for de most
cost –effective global
energy intervention
framework for building
retrofitting”
Passieve retrofit
strategieën
STE bijdrage aan
kosteneffectiviteit
Decision tool voor
ontwerp en
evaluatie van STE
Evaluation Tool
voor de meest
kosteneffectieve
oplossing voor
retrofitting
EVALUATION TOOL
42
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST? – Referentie
eengezinswoning
SFH: Single Family house (eengezinswoning)
SFH
84,5
m2
43
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST? – Referentie
meerfamiliewoning (flat)
MFH: Multifamily house (flats)
MFH
676
m2
litres of water
consumption
DHW MFH
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
0.00 2.00 4.00 6.00 8.0010.0012.0014.0016.0018.0020.0022.0024.00
h
44
WAAR KAN HET HET BESTE WORDEN TOEGEPAST? – Voorbeeld
resultaten
€ saving/kWh consumed
Ratio Total result per period/Primary energy
consumed vs Primary energy
Curves voor de
beste resultaten
(Pareto
distribution)
0.300
0.250
0.200
0.150
0.100
0.050
0.000
0%
140.00
20%
40%
60%
% Primary savings
80%
100%
Ratio Investment / Primary energy savings vs % Primary energy
reduction
120.00
100.00
best restults (Invest
aproach)
80.00
60.00
best results (20 y
exploitation
aproach)
40.00
20.00
0.00
0%
20%
40%
60%
% Primary savings
80%
100%
45
Inhoud

Wat is Seizoensopslag van thermische energie (STE)?

Waarom STE?

Geschiedenis van STE

Hoe werkt het?

Manieren van thermische energiesopslag

Hoeveel energie kan worden opgeslagen?

Waar kan het het beste worden toegepast?

Wat kost het?

Case Studies
46
WAT KOST HET?
De kosten en opbrengsten (€) voor seizoensopslag van
thermische energie variëren zeer.
Verschillen omvatten:





Klimaat (zoninstraling, buitentemperatuur)
Verwarmingsvraag
Type STE
Integratie van stadsverwarming
Financiële variabelen omvatten inflatie, brandstofkosten,
internal rate of return, etc.
47
WAT KOST HET? – De STE tank

Voorbeeldkosten voor STE tanks
Er
bestaan
verschillende
methoden voor het analyseren
van financiele prestaties van
STE installaties.
Het diagram laat de kosten
zien van een brede band van
STE tankgroottes in gebruik
voor grote stadsverwarmingssystemen. De investeringskosten worden lager bij grotere
schaal.
De kosten voor de EINSTEIN
STE tanks voor zowel kleine als
grote schaal scenario’s staat in
de tabel hiernaast.
Source: Solites
Site
STES Size
{m3}
Cost {€}
Cost/m3
{€}
Sweden
23
16225
705.4
Poland
800
Spain
180
48
WAT KOST HET? – Totale kosten voor verwarming

Voorbeeld voor een STE installatie in een eengezinswoning
Een passiefhuis met warm water door
zonnecollectoren
en
ruimteverwarming door STE
 Snelste terugverdientijd was voor
het systeem zonder STE (optie
met de laagste kosten in jaar 16
& daarna in jaar 24 na upgrade).
 Wanneer de STE werd toegevoegd
werd de optie met de laagste
kosten bereikt in jaar 33.
 Let op: de STE is nodig als een
integraal element in het systeem
zodat technische problemen met
stagnatie worden voorkomen.
Source: Colclough & Griffiths, Applied Energy Journal 2016
Gepresenteerde kosten omvatten systemen,
kosten voor gebruik en brandstof en zijn
aangepast voor inflatie en Net Present Value.
49
WAT KOST HET?

Voorbeeld van een kleine schaal STE installatie
10 wooneenheden met zonnecollectoren voor warm water en
ruimteverwarming en STE in Lysekil, Zweden



Gebouwen zijn gerenoveerd naar
Passiefhuis standaard
Zonneverwarming met STE toegepast
Terugverdiend na 17 jaar
Description
Multiunit development
10 (4 commercial, 6
residential)
Number of units
Total floor area {m2}
381 plus 390 = 781 Total
Solar Array {m2}
50
Diurnal Store {m3}
3.3
STES Size {m3}
23
Space heating energy
demand {kWh}
DHW
energy
demand
{kWh}
Total NPV cost over 40
years {€}
Payback peiod {Years}
Saving compared
non Solar STES
with
53,422
7,417
405,415
17
27%
50
WAT KOST HET?

Voorbeeld van een kleine schaal STE installatie
10 wooneenheden met zonnecollectoren voor warm water en
ruimteverwarming en STE in Lysekil, Zweden



De totale kosten voor warm water
en ruimteverwarming staan
hiernaast weergegeven.
Gepresenteerde kosten omvatten
systemen, kosten voor gebruik en
brandstof en zijn aangepast voor
inflatie en Net Present Value
De verwarmingskosten met
stadsverwarming (€514,492) zijn
hoger dan die met zonnewarmte en
STE met stadsverwarming als backup
(€405,415) voor de 40 jaar die zijn
berekend
De volledige analyse is beschikbaar
hier (insert link to Del 7.5)
51
Inhoud

Wat is Seizoensopslag van thermische energie (STE)?

Waarom STE?

Geschiedenis van STE

Hoe werkt het?

Manieren van thermische energiesopslag

Hoeveel energie kan worden opgeslagen?

Waar kan het het beste worden toegepast?

Wat kost het?

Case Studies
52
CASE STUDIES
Central Heating
Heizzentrale
Plant
Gas
Solar Collectors
Flachkollektoren
BrennwertKessel
WärmeüberHeat Transfer
gabestation
Substation
Wärmenetz
Saisonaler
Seasonal
Wärmespeicher
Thermal
Energy Store
Solar
Solarnetz
Network
Heat Distribution
Network
CASE STUDIES
STE Tanks onder een huis



1e Europese huis obv. 100% zonne-energie
Oberburg, Zwitserland
In bedrijf sinds januari 1990
Bron: Jenni Energietechnik

54
CASE STUDIES
Oberburger Sonnenhaus




Eerste meer-familie huis (appartementen) dat volledig
met zonne-energie kan worden verwarmd
Oberburg, Zwitserland
276m² zonnecollectoren
205m³ thermische opslagtank
Bron: Jenni Energietechnik

55
CASE STUDIES
Hamburg (1996)




3.000 m²
Flat plate coll.
4500 m³
Water tank
Neckarsulm (1997)




5.900 m²
Flat plate coll.
63.300 m³
BTES
Rostock (2000)




1.000 m²
Solar-roof
20.000 m³
ATES
Source: USTUTT
Friedrichshafen (1996)




4.050 m²
Flat plate coll.
12.000 m³
Water tank
Steinfurt (1998)




510 m²
Flat plate coll.
1.500 m³
Pit TES
(Gravel/Water)
Hannover (2000)




1.350 m²
Flat plate coll.
2.750 m³
Water Tank
CASE STUDIES
Chemnitz, 1. phase (2000)




540 m²
Vacuum tubes
8.000 m³
Pit TES
(Gravel/Water)
Munich (2007)




2.900 m²
Flat plate coll.
5.700 m³
Water tank
Eggenstein (2008)




1.600 m²
Flat plate coll.
4.500 m³
Pit TES
(Gravel/Water)
Source: USTUTT
Attenkirchen (2002)




800 m²
Solar-Roof
9.850 m³
Water tank &
Boreholes
Crailsheim (2007)




7.500 m²
Flat plate coll.
37.500 m³
BTES
Miguel Ramirez
Dr Shane Colclough
Prof Neil J Hewitt
Nederlandse versie:
dr. ir. Ruud Cuypers
Seasonal Thermal Energy Storage (STES)
for EDUCATORS
Seizoensopslag van Thermische energie (STE)
voor OPLEIDERS
(Academisch kader, Hoger onderwijs, Overheid, etc)
58