In de zoektocht naar nieuwe technologieën voor een koolstofvrije toekomst kijkt men veel naar elektrificatie en transport. Warmte wordt nog te vaak over het hoofd gezien, terwijl het meer dan 60% van onze energiebehoefte omvat. Bij EnergyVille zijn thermische systemen, en meer bepaald warmtenetten, een belangrijk deel van het onderzoek. Hier leest u meer over twee technologieën, ontwikkeld door EnergyVille, die het ontwerp en de werking van warmtenetten optimaliseren.
PATHOPT
PATHOPT is een optimalisatietoolbox voor het automatisch ontwerp van thermische netwerken waarbij de optimale netwerklay-out bepaald wordt op basis van specifieke geografische informatie.
De complexiteit van het ontwerp van warmtenetten
Warmte wordt meestal geleverd door vervuilende bronnen zoals olie en gas. Dat is een groot probleem in onze strijd tegen klimaatverandering. Maar hoe kunnen we onze gebouwen verwarmen zonder CO2 uit te stoten? Warmtenetten zijn een klimaatvriendelijk alternatief. Om uit te leggen hoe ze werken, kun je denken aan een geothermische centrale buiten je stad die warmte opwekt. Maar hoe krijg je die verre warmte bij de eindgebruiker? Dat doen we door warm water via een groot leidingnet naar wijken te transporteren waar het vervolgens kan worden gebruikt door lokale verwarmingssystemen.
Er is momenteel een groot potentieel aan ongebruikte restwarmtecapaciteit vanuit bijvoorbeeld grote datacenters of gekoelde magazijnen. Om het volledige potentieel van deze afvalwarmte, samen met andere hernieuwbare bronnen zoals thermische of geothermische zonne-installaties te benutten, moeten we de omvang van warmtenetten vergroten. Dat maakt ze erg complex en moeilijk met de hand te ontwerpen. Dat probleem pakken we aan met PATHOPT.
De werking van de PATHOPT-software
De PATHOPT-software ontwerpt en verbetert warmtenetten door optimalisatie en automatisering van het proces. Dat zorgt voor een snel, goedkoop en efficiënt ontwerp dat het mogelijk maakt om huizen en warmtebronnen optimaal met elkaar te verbinden en om de grootte van duurzame warmtecentrales nauwkeurig te plannen.
PATHOPT levert gegevens:
- Automatisch, snel en nauwkeurig;
- Gebaseerd op geografische input;
- Tot op stadsniveau;
- Met economische en energie gerelateerde outputdoelstellingen;
- Van meerdere warmteproductiebronnen.
Met een minimale invoer van de geografische locatie en bij voorkeur invoer van zowel de kenmerken van de productie-installatie (locatie, vermogen & temperatuurniveaus, en warmtekosten) als de kenmerken van de consument (locatie, vereiste minimale temperatuur en warmtevraag), levert de PATHOPT-tool de volgende output:
- Pijpleiding locaties en dimensies;
- Thermisch-hydraulische informatie, zoals temperatuur en druk op elke locatie;
- Economische overwegingen zoals CAPEX, OPEX en inkomsten.
STORM District Energy Controller
De STORM District Energy Controller is een softwaretechnologie die de energie-efficiëntie van zowel bestaande als nieuwe warmtenetten verhoogt.
Hoe werkt de STORM District Energy Controller
De STORM-controller maakt gebruik van de flexibiliteit die aanwezig is in de thermische capaciteit van de verbonden gebouwen om productie en distributie te optimaliseren binnen het netwerk. Er is veel thermische massa aanwezig in gebouwen, bestaande uit b.v. beton en meubels. Als deze thermische massa kan worden ‘geactiveerd’, d.w.z. door deze op te warmen of te koelen (minder dan 1°C), kan veel energie worden opgeslagen of gebruikt. Op deze manier fungeren de gebouwen als virtuele opslag, zonder de grenzen van het binnenluchtcomfort te overschrijden en zelfs zonder dat iemand het merkt tijdens de normale werking. Deze flexibiliteit wordt gebruikt ten voordele van het net of de energieproductie-installatie, waardoor deze efficiënter en duurzamer wordt.
Drie business strategieën
De STORM controller hanteert 3 business-strategieën. Ten eerste kan de controller pieken in de vraag naar netwerkvermogen afvlakken (peak shaving) om zo het gebruik van vaak dure (fossiele) piekcapaciteit te verminderen. Verder kan de controller de thermische warmtevraag van de gebouwen koppelen met de elektriciteitsprijs (marktinteractie). Voor warmtepompen verschuift de STORM-controller de warmtevraag om overeen te komen met dalprijzen voor elektriciteit. Voor warmtekrachtkoppelingseenheden wordt dit door hoge elektriciteitsprijzen gestuurd. Tot slot is de controller in staat om de warmteuitwisseling tussen verschillende gebouwen in een netwerk te optimaliseren (cell balancing). Deze strategieën kunnen zowel apart als in combinatie toegepast worden in het warmtenet.
Technologie bewezen in STORM demosites
De STORM District Energy Controller werd in de praktijk getest en geïmplementeerd in warmtenetten in Mijnwater BV in Heerlen en Rottne in Växjö (Zweden), die dienden als demo’s in het H2020 STORM-project. Testen om de piekvraag af te vlakken op de Zweedse demosite Rottne leidden tot een lange termijn piekreductie van gemiddeld 12,75% vergeleken met het referentiescenario zonder de STORM District Energy Controller. Bijkomend werd vastgesteld dat zelfs in maanden met een lage warmtevraag tot 57% vermindering van deze piekvraag aan warmte gehaald werd.
De celbalanceringstrategie werd uitgetest op de demosite van het Nederlandse Mijnwater. Daar kon de controller het debiet op de transportleiding gedurende de hele testperiode verminderen zonder de energielevering naar consumenten in gevaar te brengen. Voor piekafvlakking werd een potentieel bereikt van 17,3%. Bovendien kan de capaciteit van het warmtenetwerk verbeterd worden met 42,1%, wat overeenkomt met een totaal van 48.200 woningequivalenten die aanvullend kunnen worden aangesloten op het bestaande warmtenetwerk.
In elk van de demosites werd een CO2-emissiereductie bereikt van ongeveer 11.000 ton/jaar, equivalent met de uitstoot van ongeveer 1400 huishoudens. Dankzij de diversiteit aan mogelijke toepassingen kan de STORM district Energy Controller een breed marktpotentieel aanboren.
Nieuwe functionaliteiten
De STORM District Energy Controller Peak Shaving is een markt-integreerbare technologie voor Solution Providers, maar er zijn ook al extra (controle)functies in ontwikkeling. Deze nieuwe functionaliteiten zullen het onder andere mogelijk maken om onderstations in het netwerk die niet optimaal presteren op te sporen en te diagnosticeren.
Contact:
Erik De Schutter
Business Deverloper Thermal Energy Systems at EnergyVille/VITO
Erik.deschutter@energyville.be
Zet stappen binnen de warmtetransitie
2030 komt steeds dichterbij, het is dan ook belangrijk om nu écht stappen te zetten binnen de warmtetransitie. Kom naar het Nationaal Warmte Congres op 12 oktober 2023 en wissel oplossingen en ideeën uit met honderden professionals die de warmtetransitie willen versnellen. Het is een onmisbaar congres voor iedereen die daadwerkelijk stappen wil zetten richting een nabije toekomst met duurzame warmtebronnen!
