Urban Energy Systems Laboratory. BEST Building Energy Systems and Technologies Group

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1 Urban Energy Systems Laboratory BEST Building Energy Systems and Technologies Group Innovationen im NEST Sind saisonale Speicher bereits einsatzfähig? Fachtagung eco-bau und NNBS 2018 March 15 th, 2018 Empa, Urban Energy Systems Laboratory, BEST Dr. Luca Baldini Ausgangslage Klimawandel Energiewende höhere mittlere Temperatur Veränderung Menge und Verteilung der Niederschläge (mehr Extreme) Effizienzsteigerung Substitution fossile Energieträger mit erneuerbaren Atomausstieg Mehr Kühlbedarf neue Technische Systeme Sparsamer Umgang mit Trinkwasser Sanierung, angepasste Bauweisen und Systeme Aufbau und Integration erneuerbarer Erzeugungs-kapazitäten und Speicher-kapazitäten Gemeinsame Ziele und Massnahmen? - 2-1

2 energy demand in kwh/h resp. MWh/h Gemeinsame Ziele und Massnahmen BEST Building Energy Systems and Technologies Group el. charge storage avg heat demand HT avg cooling demand avg CH electricity production-demand 2000 discharge storage discharge storage 1000 supply heat seasonal thermal storage supply heat supply cold / waste heat to storage hours of the year Gemeinsame Ziele und Massnahmen Mehr Stromverbrauch in Gebäuden im Sommer und weniger im Winter elektrische Gebäudekühlung und saisonale Wärmespeicherung - 4-2

3 energy demand Stichwort power to heat BEST Building Energy Systems and Technologies Group Zusatznutzen nebst Kühlung und Einbindung erneuerbarer Energien Netzentlastung (flaches Lastprofil) Reduktion CO2 Emissionen hours of the year CO2-Belastung der elektrischen Energie - 6-3

4 NEST NEST - 8-4

5 ehub Thermische und elektrische Infrastruktur NEST/ehub Unit vw Unit m2c NEST Backbone Unit vw Unit PVm2c NEST Backbone PV Empa thermal Grids «Unit Backbone» Empa electrical Grids «Unit Backbone» 2x1100lt 2x1100lt 2x1100lt ehub ehub HP 28kWth HP 100kWth Li-Batt NMC 96kWh SCaps.5kWh move PV PV fuell cell 2kWth; Ground heat 2x260m Ground heat 12m Ice storage 69m3 1kWel charge 2x9.7kW; discharge 2x14.6kW charge 4.7kW; discharge 7kW charge 30kW; discharge 20kW Batteries??kW PV 100kWp E-charger mobility 2x33kW Methanization?? Elektrolyseur 200kVA

6 ehub Energiespeicher Technologien Source: mckinsey.com

7 Kurz- und Langzeitspeicher (sensibel) PEX Erdsonden für hohe Ladetemperaturen bis zu 60 C Nutzung als Wärmequelle und Kurzzeitspeicher (intra day) Regeneration des Erdreichs und Bewirtschaftung als Langzeitspeicher Kurz- und Langzeitspeicher (sensibel + latent) Eispeicher Speicherkapazität 65 m3 oder 6000 kwh th Heizleistung 37 kw th (Entzugsleistung 30 kw th ) Wärmequelle zum Heizen und Kältequelle zum Kühlen

8 Kurz- und Langzeitspeicher (sensibel + latent) Eisspeicher - Betrieb NEST Entladen (verfestigen) im Winter mit WP (Heizbetrieb) wenn EWS nicht mehr ausreichend Mögliche Kombination mit Abwasser für Temperaturerhöhung (Forschung SCCER EIP) Laden in Übergangsphase und Sommer für Direktkühlung Units und Kältenetz Campus

9 Reifegrad von Energiespeichertechnologien Source: IEA Technology Roadmap Energy storage, Termochemische Speicherung NaOH / H2O H2O Source: A. Hauer, CERT Energy Storage Workshop, February , Paris

10 Flüssiger Sorptionsspeicher - Prinzip Charging Discharging Inter-seasonal process process storage Flüssiger Sorptionsspeicher Einbindung ehub / NEST NaOH

11 Flüssiger Sorptionsspeicher - Betrieb Speicher laden im Sommer (falls kombiniert mit WP + PV gleichzeitiges Kühlen von Gebäude ist möglich Verlustfreie Speicherung (Potential zur Umwandlung in Wärme) Speicher entladen im Winter (mit minimalem Stromaufwand) und gleichzeitige direkte Kühlung möglich, z.b. für Kältenetz Campus Durch Netzkopplung effektive «power to heat» Anwendung und entsprechend hoher virtueller Batterieeffekt HP STES