Publicação

Analysis of a district energy system containing thermal energy storage and heat pumps

Detalhes bibliográficos
Resumo:	No contexto de atingir as metas estabelecidas até 2050 para a redução da emissão de gases de efeito de estufa, as redes urbanas de energia são já consideradas uma solução provada. Isto deve-se essencialmente ao facto de estas possibilitarem recuperar energia que seria de outra forma desperdiçada. Para além disso, possibilitam a integração de diferentes fontes de energia renovável, ou outras tecnologias, como é o caso de armazenamento térmico de energia. Quando presente, armazenamento de energia térmica confere maior flexibilidade, bem como maior segurança energética e pode ser usado para otimizar o equipamento responsável pela produção de energia térmica, como por exemplo bombas de calor. O principal objetivo deste projeto é estudar a influência da introdução de armazenamento de energia térmica de curta duração numa rede urbana de energia, em que o abastecimento de calor é suprido por uma combinação de armazenamento de energia térmica sazonal e bombas de calor. Em particular, pretende-se analisar de que forma pode o armazenamento de curta duração, que consiste num tanque de água, ser usado para deslocar a produção de calor (carga térmica), de períodos de cheia ou ponta, para períodos de vazio, e quantificar as consequências desta estratégia (load shifting) na produção de energia térmica e consumo de eletricidade. Para que isto seja possível, o consumo de energia relacionado com aquecimento e arrefecimento de um grupo de edifícios é determinado usando um modelo implementado em Modelica, e a análise dos sistemas de energia é feita através de um modelo analítico, implementado em Matlab. Os resultados obtidos mostram que a introdução de armazenamento térmico de curto prazo, permitiu deslocar parte da carga térmica de períodos de pico, para períodos de vazio. Isto levou a uma redução significativa (11.5% a 37.5%) nos custos individuais de eletricidade para os consumidores de calor, que foram determinados com base nos preços de mercado de eletricidade holandês (EPEX), e em tarifas de distribuição e transmissão. Paralelamente, verificou-se um aumento na produção total de calor (~ 7%), principalmente devido a maiores perdas térmicas face ao sistema sem armazenamento de curta duração. No entanto, a eficiência global das bombas de calor (COP) também aumentou (~ 14%), o que resultou ainda assim num menor consumo global de eletricidade (~ -13%), apesar da maior produção de energia.
Autores principais:	Batista, Fábio Emanuel Lourenço
Assunto:	Redes urbanas de energia Armazenamento térmico de curta duração Armazenamento térmico sazonal Load Shifting MATLAB Dymola Teses de mestrado - 2017
Ano:	2017
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	No contexto de atingir as metas estabelecidas até 2050 para a redução da emissão de gases de efeito de estufa, as redes urbanas de energia são já consideradas uma solução provada. Isto deve-se essencialmente ao facto de estas possibilitarem recuperar energia que seria de outra forma desperdiçada. Para além disso, possibilitam a integração de diferentes fontes de energia renovável, ou outras tecnologias, como é o caso de armazenamento térmico de energia. Quando presente, armazenamento de energia térmica confere maior flexibilidade, bem como maior segurança energética e pode ser usado para otimizar o equipamento responsável pela produção de energia térmica, como por exemplo bombas de calor. O principal objetivo deste projeto é estudar a influência da introdução de armazenamento de energia térmica de curta duração numa rede urbana de energia, em que o abastecimento de calor é suprido por uma combinação de armazenamento de energia térmica sazonal e bombas de calor. Em particular, pretende-se analisar de que forma pode o armazenamento de curta duração, que consiste num tanque de água, ser usado para deslocar a produção de calor (carga térmica), de períodos de cheia ou ponta, para períodos de vazio, e quantificar as consequências desta estratégia (load shifting) na produção de energia térmica e consumo de eletricidade. Para que isto seja possível, o consumo de energia relacionado com aquecimento e arrefecimento de um grupo de edifícios é determinado usando um modelo implementado em Modelica, e a análise dos sistemas de energia é feita através de um modelo analítico, implementado em Matlab. Os resultados obtidos mostram que a introdução de armazenamento térmico de curto prazo, permitiu deslocar parte da carga térmica de períodos de pico, para períodos de vazio. Isto levou a uma redução significativa (11.5% a 37.5%) nos custos individuais de eletricidade para os consumidores de calor, que foram determinados com base nos preços de mercado de eletricidade holandês (EPEX), e em tarifas de distribuição e transmissão. Paralelamente, verificou-se um aumento na produção total de calor (~ 7%), principalmente devido a maiores perdas térmicas face ao sistema sem armazenamento de curta duração. No entanto, a eficiência global das bombas de calor (COP) também aumentou (~ 14%), o que resultou ainda assim num menor consumo global de eletricidade (~ -13%), apesar da maior produção de energia.