Benytte historiske data til å forbedre det termiske energilagringssystemet til ZEB-laboratoriet

Abstract

Denne bacheloroppgaven har beregnet på forskjellige muligheter med bruk av et fase endrende materialet som energilagringssystem i ZEB-laboratoriet på Gløshaugen. Bygningen er et prosjekt i nullutslipp mellom SINTEF og NTNU. Hensikten med beregningene var å finne en bedre metode for hvordan energilageret skal brukes videre basert på historiske data. Dette ble gjort med å finne et modell for hvordan ønsket effekt kan bli hentet ut og hvilke turtemperatur som trengs for å hente denne effekten. Modellen var basert på energinivå, altså temperaturen på energilageret. Videre ble det kjørt en begrenset simulasjon i Python som testet for rammeverket på energinivå og effekt. Energibehovene var uendret fra hva den historiske dataen.

Det var fem forskjellige scenarier som ble testet opp mot hverandre, det første av den var bruken av energilageret basert på historiske data. Det første av de nye scenariene ble simulert for å kun kjøre oppladinger om natten. Den neste er en som kun blir oppladet om ZEB-laboratoriets egne solceller produserer et overskudd av energi. Det tredje nye scenariet baseres på en kombinasjon av de to forrige. Prioriteten i dette scenariet er at den skal lade soloverskuddsenergi dersom det er mulig. Det siste nye scenariet som ble testet for var en modell som kun skulle prøva å flate ut energikurven fra dag til dag.

Resultatene fra energilagerets energimodell er at den kan gi en viss grad av upresise svar, men at modellen i denne oppgaven tilfredsstiller behovene som ble siktet etter. Når det gjelder simulasjonen og hvilke av scenariene som viste seg til å være mest og minst gunstig, var den originale minst gunstig både økonomisk og miljømessig. Den som var mest gunstig både økonomisk og miljømessig var kombinasjonsscenariet. I tillegg til dette prestere nattladingsscenariet bra både økonomisk og miljømessig. Dette viste viktigheten av å benytte mulighetene på natten om vinteren når oppvarmingsbehovene ikke er like høye i tillegg til at prisene er lavere. Kombinasjonsscenariet som presterete best hadde en evne til å tilbasse behovene til bygget best og ble dermed den mest økonomiske. En slik modell for benyttelse av energilageret kan være gunstig for ZEB-laboratoriet med energi- og kostnadsbesparelse, men det kan også jobbe mot deres mål om nullutslipp.

This bachelor's thesis examines various applications and uses of a phase change material (PCM) as an energy storage system in the ZEB-laboaratory at Gløsahugen. ZEB stands for zero emission building which is the aim of this laboratory through its lifteitme. The purpose of the calculations in this thesis were to discover better methods to use the latent energy storage system based on historical data. This was acheived through custom models that calculated desired power based on the flow temprature and the energy levels of the energy storage system. Additonally, there were simulations in Python which would test the framework on energy levels and power of the energy storage system. The energy demands was unchanged from the histroical data.

There were five different scenarios that were tested and compared with each other. The first scenario used the energy storage system based on historaical data. The second one simulated a scenario where the energy storage system was charged at night. The third scenario simulated charging the energy storage system only when there was a surplus of solar energy produced. The fourth was a combination of night charging and charging with surplus of solar energy production, with the priority being using as much solar energy possible possible. The final scenario was designed for peak shaving of the heating demand.

The results from the energy storage model is that it can give somewhat unprecise awnsers, but the model in this thesis satsifies the needs that were aimed for. When studying the simulations and which were the most and least favorable, the original scenario was the least favorable in both economics and environment. The scenario that was the best for both economics and enviornment was the combination scenario. Aditionally, the night charging scenario performed well in both terms of economics and enviornment. This showed the importance of using the opportunity to charge at night time in winter periods while the energy demand and cost are lower. The combination scenario that performed the best also had the best ability to adapt to the demands of the building. The use of a this model on the energy storage could be favorable for the ZEB-laboratory both in terms of energy and cost savings, and also to work towards their goal of zero emmisions.