Thermische systemen

EnergyVille streeft naar een significante impact op de integratie van hernieuwbare bronnen voor warmte en koude, en de fundamentele ontwikkeling en uitrol van thermische energie-oplossingen als volwaardige deelnemer in het globale energieysteem

 

Om de waarde van het totale energiesysteem te maximaliseren zijn zowel fundamentele kennis van elke componentals doordachte systeemintegratie essentieel. Daar ligt de sterkte van EnergyVille: integratie van hernieuwbare bronnen voor warmte, koude en elektriciteitsopwekking, energieopslagsystemen, gebouwen met hun gebruikers, en restwarmte kwantificeren, het maakt  allemaal deel uit van de grotere puzzel. De thermische energiesystemen die wij bestuderen omvatten o.a. warmtepompen, nieuwe concepten van energieopslag ((geactiveerde) gebouwmassa, phase-change materials (PCM), ondergrondse opslag, …) en thermische netwerken.

Om geothermie als onontgonnen hernieuwbare energiebron aan te boren, maakt de activering van deze energievorm deel uit van de expertises van EnergyVille. Daarbij combineren we onze unieke kennis van de ondergrond in Vlaanderen met technologische ontwikkelingen voor het aankoppelen en converteren van dit type geothermische warmte.

Onderzoeksonderwerpen:

1. Thermische energieconversie

De uitgebreide ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen zal leiden tot grote veranderingen in onze energienetwerken. Zo zal er een hoger niveau van interactie zijn tussen de verschillende energiedragers zoals elektriciteit, gas en thermische systemen. Vaak is een van de energiebronnen overvloedig aanwezig terwijl een andere nodig is. In dat geval is er een vorm van conversie of omzetting nodig. Bij thermische energieconversie wordt restwarmte, warmte van een duurzame bron zoals zonne-energie, biomassa of geothermische warmte omgezet naar een andere energiedrager (zoals elektriciteit, warmte op een ander temperatuurniveau, koude).

Voor dit onderzoek richt EnergyVille zich op drie pijlers. Enerzijds Organic Rankine Cycles of ORC’s die warmte op relatief lage temperaturen converteren naar elektriciteit. Een tweede pijler in dit onderzoek zijn warmtepompen, apparaten die warmte uit een bron (de lucht, de grond, water, restwarmte) halen en die van een lage naar een hogere temperatuur brengen met beperkt gebruik van elektriciteit. Airconditioningsystemen en diepvriezers zijn gekende toepassingen, maar ook warmtepompsystemen voor huishoudens en grotere gebouwen zijn populair. Een derde pijler is het onderzoek naar efficiëntere warmtewisselaars, componenten die warmte overdragen van een medium naar een ander medium. EnergyVille focust op de ontwikkeling, implementatie, demonstratie en de efficiëntieverbetering van deze conversiesystemen en de verhoging van de flexibiliteit van dergelijke systemen die als link tussen verschillende energiedragers gebruikt worden.

2. Warmte- en koudenetten

Het verwarmen en koelen van onze gebouwen beslaat meer dan 50% van de totale energievraag in de Europese Unie. Die vraag wordt momenteel voornamelijk beantwoord door de verbranding van fossiele brandstoffen, maar de druk op de energievoorziening, het klimaat en de uitstoot van CO2, verschuift de focus naar hernieuwbare energie en duurzame bronnen zoals restwarmte. Warmtenetten kunnen warmteaanbod en –vraag met elkaar verbinden en kunnen bovendien als infrastructuur dienen voor allerlei vormen van duurzame warmte. Ook de koppeling van warmtenetten en elektrische netwerken via bijv. warmtepompen en ORC installaties vormt een belangrijk onderzoekstopic. Een van de domeinen waar EnergyVille in werkt zijn duurzame warmte en koudenetten of DHC-netten (District Heating and Cooling, verwarmen en koelen op wijkniveau). Intelligent gestuurde DHC-netten zijn onontbeerlijk in de transitie naar CO²-vrije oplossingen. De focus ligt daarom op vierdegeneratienetten maar ook op de technologische uitdagingen die de derdegeneratienetten in Europa met zich meebrengen.

3. Thermische opslag

EnergyVille focust zich ook op thermische energieopslagtechnologieën. Hierbij slaat men overschotten aan warmte of koude op om te gebruiken wanneer nodig. Met andere woorden, het aanleveren van warmte of koude wordt losgekoppeld van de vraag. Dit lost de dagelijkse onbalans op tussen de warmtevraag op huishoudelijk niveau en de toevoer van warmte uit hernieuwbare bronnen (zoals zonnecollectoren of PV-gekoppelde warmtepompen). Verschillende technieken kunnen gebruikt worden om warmte of koude op te slaan, van watertanks tot de meer exotisch klinkende PCM (Phase Change Material) en thermochemische opslag. Het stijgend gebruik van hernieuwbare energiebronnen en restwarmte van bedrijven en gebouwen zijn drijvende krachten achter het gebruik van energieopslag. Verder kan opslag ook operationele flexibiliteit toevoegen en draagt het bij tot de verhoging van de efficiëntie van het energiesysteem.

Thermische energieopslagsystemen worden vooral gebruikt in industriële processen en gebouwen. In deze toepassingen wordt ongeveer de helft van de energie gebruikt in de vorm van thermische energie. Thermische energieopslagsystemen kunnen helpen de energievraag en –toevoer in balans te houden en dat in verschillende tijdsframes. Een waterbuffer voor huishoudelijk warm water slaat bijvoorbeeld warmte op gedurende enkele uren of dagen, terwijl ondergrondse boorgat-energieopslag warmte kan opslaan gedurende een heel seizoen.

Thermische opslag kan ook een belangrijke rol spelen in het verbinden van thermische en elektrische netten. Om thermische energieopslag te koppelen aan een elektrisch net zijn er conversiesystemen zoals warmtepompen of ORC’s nodig. Bij thermische netten kan opslag een balancerende rol spelen tussen de energieproductie, de conversiesystemen en de gebruikers, zowel op korte (dag-nacht) als op lange termijn (winter-zomer). EnergyVille doet onderzoek naar de ontwikkeling, demonstratie en implementatie van intelligente controlesystemen voor energieopslagsystemen. Daarnaast behoren ook intelligente laadtoestandsbepaling van opslag, geïntegreerde opslagconcepten en compacte thermische energieopslag tot de onderzoeksonderwerpen. 

 

 

Lieve HelsenLieve Helsen, Professor Toegepaste Mechanica en Energieconversie

' De maatschappelijke uitdagingen van vandaag zijn echt heerlijk: we mogen over de vakjes heen denken (of nog beter: zonder vakjes denken) en efficiënte technologieën met elkaar laten samenwerken zodat 1 + 1 meer is dan 2. Thermische systemen, zoals GEOTABS en thermische netten, komen pas volledig tot hun recht als alle componenten optimaal samenwerken. Net zoals in een geslaagd huwelijk worden de inzichten in het systeem naar optimale componenten vertaald als cruciaal deel van het systeem. Dit is systeemintegratie in een multidisciplinaire en duurzame context!'


Deel dit bericht
Deel dit bericht