The solution of the undergoing climate and energy crises requires a radical transformation of the energy system, in which sustainability, no carbon emissions and energy efficiency ought to play a paramount role. This revolution should extend to all areas of the energy system, including the space heating and cooling sector, which accounts for a third of the European final energy demand and, in the European continent, it is still mostly supplied by fossil fuels. District heating is a simple but powerful technology that can contribute to tackle this challenge. As a network infrastructure, it is characterised by the flexibility of the heat production, allowing the incorporation of a wide range of heat sources over time. Furthermore, it enables the recycling of heat that would otherwise be wasted and the use of local heat sources in a more cost-effective manner. Moreover, its coupling with the electricity sector can facilitate the increase of intermittent electric renewable energy sources. Nevertheless, at the moment, district heating only covers a tenth of the European space heating and cooling needs, albeit with significant differences among countries. In addition, the development of new district heating networks is capital intensive and can only be justified in those areas where the concentration of the heat demand is sufficiently high to deliver a lower cost to society than an individual alternative. Therefore, it is crucial to assess the potential of district heating and to identify the target areas for in-depth investigations. This necessity demands easy and straightforward tools, which can provide a first order approximation of the construction cost of new networks. One of these tools is the capital cost model developed by Persson & Werner, which is based on, among others, the effective width parameter. This is an indicator of the required trench length in an area supplied by district heating and has been related to the building density. This work has contributed to the understanding of the effective width parameter in a wide range of building densities, taking advantage of one of the largest district heating networks in Denmark, and provided new equations that relate it to various indicators of building density. Furthermore, the average pipe diameter of district heating pipes has been linked to another crucial parameter in district heating technology, the linear heat density, extending prior work conducted by Persson and Werner. In addition, Persson and Werner's model and the newly found empirical expressions have been validated in various Danish district heating networks, showing that the model provides relatively accurate results on an aggregate level and large areas but dismally fails in low-extension areas. Finally, the model has been applied to the European Union showing that district heating networks could potentially supply a third of the heat demand in 2050. / Lösningen av de pågående klimat- och energikriserna kräver en radikal omvandling av energisystemet, där hållbarhet, inga koldioxidutsläpp och energieffektivitet bör spela en avgörande roll. Denna revolution bör sträcka sig till alla delar av energisystemet, inklusive sektorn för uppvärmning och kylning av byggnader, som står för en tredjedel av Europas slutliga energibehov och på den europeiska kontinenten fortfarande till största delen försörjs av fossila bränslen. Fjärrvärme är en enkel men kraftfull teknik som kan bidra till denna utmaning. Som nätverksinfrastruktur kännetecknas den av flexibilitet i värmeproduktionen, vilket möjliggör inkorporering av ett brett utbud av värmekällor över tid. Dessutom möjliggör det återvinning av värme som annars skulle gå till spillo och användning av lokala värmekällor på ett mer kostnadseffektivt sätt. Dessutom kan dess koppling till elsektorn underlätta ökningen av intermittenta elektriska förnybara energikällor. Detta till trots täcker fjärrvärme för närvarande bara en tiondel av det europeiska behovet av uppvärmning och kylning av byggnader, om än med betydande skillnader mellan länderna. Utbyggnaden av nya fjärrvärmenät är dessutom kapitalkrävande och kan endast motiveras i de områden där koncentrationen av värmebehovet är tillräckligt hög för att ge en lägre kostnad för samhället än ett individuellt alternativ. Därför är det avgörande att bedöma potentialen för fjärrvärme och att identifiera målområdena för fördjupade utredningar. Denna nödvändighet kräver enkla och okomplicerade verktyg, som kan ge en första ordningens uppskattning av investeringskostnader för nya nätverk. Ett av dessa verktyg är kapitalkostnadsmodellen utvecklad av Persson & Werner, som bygger på bland annat parametern effektiv bredd. Detta är en indikator på den erforderliga dikeslängden i ett område som försörjs av fjärrvärme och har relaterats till byggnadstätheten. Detta arbete har bidragit till förståelsen av effektiv bredd-parametern i ett vitt spektrum av byggnadstätheter, vars studium drar fördel av ett av de största fjärrvärmenäten i Danmark, och har gett nya ekvationer som relaterar den till olika indikatorer på byggnadstäthet. Vidare har den genomsnittliga rördiametern för fjärrvärmerör kopplats till en annan avgörande parameter inom fjärrvärmetekniken, den linjära värmedensiteten, vilket utökar tidigare arbete utfört av Persson och Werner. Dessutom har Persson och Werners modell och de nyfunna empiriska uttrycken validerats i olika danska fjärrvärmenät, vilket visar att modellen ger relativt exakta resultat på aggregerad nivå och stora ytor men mindre så i lågutbyggnadsområden. Slutligen har modellen tillämpats på EU som visar att fjärrvärmenät potentiellt kan tillgodose en tredjedel av värmebehovet år 2050. / Quantification of synergies between Energy Efficiency first principle and renewable energy systems
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:hh-50916 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Sánchez-García, Luis |
| Publisher | Lund University, Lund, Sweden, Lund |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Licentiate thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/masterThesis, text |
| Format | application/pdf, application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0033 seconds