Termisk energilagring-för fjärrvärme : En förstudie

Global warming is one of the largest challenges and most important issues within the energy sector. As the society’s demand for energy increases, the environmental impact must continue to decrease to reach global targets. By re-using existing infrastructure through their conversion into thermal energy storages the desired decarbonization of urban energy can significantly accelerate. In Sweden today, the most common source of heat is district heating, accounting for approximately 50% of all heating. In the transition towards a more sustainable society and conversion of energy systems, district heating has been, and still is considered an efficient solution. The DH network allows the use of energy that otherwise would be wasted. On the behalf of Norrenergi AB, this study has been done with the purpose to fill in the existing knowledge gap regarding the potential of hot water storages in Saltsjötunnel and a rock cavern at Solnaverket. In this research, Saltsjötunnel and the rock cavern have been assessed as potential hot water thermal energy storages. By conducting a thorough literature review along with numerical simulations and calculations, the use of the tunnel and rock cavern as thermal energy storages was assessed. The results show that the occurrence of thermal stratification within Saltsjötunnel is difficult to achieve, at the same time an alternative use of the cavity as a mixed storage was presented and discussed. The rock cavern has better conditions to be converted to a thermal energy storage, but further studies should be conducted to devise an optimal strategy. The conducted research also shows that large heat losses are expected in both storages during the initial stage and will decrease drastically for the first few years to stabilize after approximately 10 years. While both energies/fuels assessed in this research, electricity, and pellets, and purchased by Norrenergi have green labels, the further analysis revealed that electricity is more likely to have the smallest environmental impact. The study concludes that the conversion of existing underground caverns into thermal energy storages potentially could contribute positively into sustainability of heat and cool provisioning in case of Norrenergi. If so, it would allow to utilize the municipalities’ assets more efficiently, store excess heat and minimize carbon- intense DH-production in a sustainable way. Hence, this can be seen as an interesting technique to be considered for climate mitigation in case of other DH-based urban energy systems. Den globala uppvärmningen är en av de största utmaningarna och viktigaste problem för energisektorn. Så länge samhällets behov av energi fortsätter att öka finns det ett behov av att minska miljöpåverkan för att kunna nå de globala miljömålen. Genom att återanvända befintlig infrastruktur och konvertera dessa to termiska energilager kan den önskade övergången till ett mer hållbart samhälle fortskrida. Idag är fjärrvärme den vanligaste värmekällan i Sverige och står för cirka 50% av all uppvärmning. I övergången till ett mer hållbart samhälle och omvandlingen av energisystem har fjärrvärme både varit och än idag är en viktig faktor. Fjärrvärmenätet har möjliggjort användandet av energi som annars skulle gå till spillo. Energi, miljön och hållbar utveckling har en nära koppling och i övergången till ett mer hållbart samhälle önskas fortsatt utveckling samt förbättrad användning av resurser som inte har någon påverkan på miljön. I den här studien har Saltsjötunneln och ett oljebergrum undersökts och bedömts som potentiella termiska varmvattenlager. Genom en litteraturstudie och numerisk simulering samt beräkningar har en bedömning av tunneln och bergrummet som termiska lager gjorts. Hållbarhet består av tre viktiga pelare, miljöfaktorer, ekonomiska faktorer och sociala faktorer. Av vilka den sistnämnda försummas i denna studie. Vidare har miljöpåverkan av de potentiella lagren och fjärrvärmeproduktionen bedömts tillsammans med en kortare översiktlig finansiell bedömning. Resultaten från de genomförda simuleringarna visar att det är svårt att uppnå en termisk stratifiering i Saltsjötunneln. I stället har en alternativ användning för tunneln som ett mixat lager diskuterats och presenterats. Resultaten visar att oljebergrummet har bättre förutsättningar för att konverteras till ett termiskt energilager, men att vidare studier och simuleringar bör genomföras för att optimera dessa. Den genomförda studien visar också att stora värmeförluster sker i båda lagren initialt men att dessa kommer att minska drastiskt under de första åren efter idrifttagning för att stabiliseras efter cirka 10 år. Båda energislagen/bränslena, elektricitet och pellets, köpta av Norrenergi har miljömärkningar, men efter vidare utvärderingar visar denna studie att elektriciteten troligtvis har en mindre miljöpåverkan. I denna studie dras slutsatsen att omvandlingen av redan befintlig infrastruktur kan vara ett hållbart sätt att utnyttja kommunernas tillgångar, lagra överskottsvärme och minimera CO2-intesiv fjärrvärmeproduktion.