Tema: Solenergi | 4 jul 2024

Solhybrider ska ”värma” kalla borrhål

Kalla borrhål minskar effektiviteten i bergvärmepumpsystem och kan leda till behov av onödig elspets under kalla dagar. Ett forskningsprojekt vid KTH i Stockholm undersöker nu solhybrider och andra lösningar för att undvika dyra och störande nyborrningar.

En utmaning för bergvärmepumpsystem är kalla borrhål, som gör att värmepumpens effektivitet minskar och att den inte kan leverera den beräknade effekten. När det är kallt utomhus kan det då behövas elspets för att värma byggnaden.

En orsak till kalla borrhål är utbyte till en effektivare bergvärmepump. Borrhålslagret blir då underdimensionerat och värmepumpen fungerar inte så effektivt som den skulle kunna göra. Under kalla dagar kan det leda till effekttoppar i elnätet för att spetsel används.

En vanlig lösning för att åtgärda problemet är att borra nya hål. Det innebär stora kostnader samt olägenheter för de boende under borrningen och kan förstöra trädgården.

Forskningsprojektet ”Smarta renoveringsstrategier för hållbar elektrifiering” vid KTH i Stockholm ska undersöka alternativ till att borra fler hål. Bland lösningarna som ska studeras ingår kapacitetsutbyggnad, termisk lagring, solenergi och batterilagring.

Solhybridpaneler (PVT), som producerar både el och värme, kan återladda borrhålen och ge drivenergi till värmepumpen. Ett annat alternativ är att ersätta bergvärmepumpen med en luftvärmevärmepump. Batterilager kan hantera effekttoppar i elsystemet vid kall väderlek då bergvärmepumpen inte klarar att producera värme.

– Att vid behov ladda ur batteriet i ett elfordon kan vara ett sätt att kapa effekttoppar. Då kan man istället använda elen i byggnaden, säger KTH-forskaren Francisco Beltran, som är huvudansvarig för det treåriga projektet.

Projektet ska identifiera tekniska, ekonomiska och miljömässiga faktorer för de olika alternativen. Samtidigt ska det undersöka slutanvändarnas behov och önskemål. Ett av målen är att ta fram nyckelindikatorer för att jämföra alternativen och skapa beslutsunderlag som kan underlätta kundens val av lösning.

Två tillverkare av solhybrider är partner i forskningsprojektet, Dualsun Nordic och Samster.

– Med tanke på våra två industriella partner och att min doktors­examen handlar om solhybrider kommer vi naturligtvis att titta på den lösningen mer i detalj. Det är riktigt trevligt att ha två solhybridföretag som är verksamma i Sverige med projektet och att de vill samarbeta med varandra, säger Francisco Beltran.

– Marknaden för solhybrider är fortfarande ganska liten. Det är inte den första lösningen som folk tänker på inom förnybar energi och sol-
energi. Tillsammans kan vi skala upp den tekniken. Om marknaden för solhybrider växer kommer båda företagen att gynnas.

En av utmaningarna som Francisco Beltran ser i projektet är tidshanteringen.

– I vanliga fall används ofta färdigutvecklade beräkningsmodeller, men här kommer vi själva att behöva bygga en del av dem och integrera dem i de befintliga. Det är oklart hur lång tid det kommer att ta. En annan stor utmaning blir att få in data från verkliga installationer för att kunna validera modellerna som vi ska skapa, säger han.

– Ibland kan också engagemanget hos deltagarna vara en utmaning i den här typen av projekt. Men under vårt första projektmöte var alla verkligen engagerade och intresserade av vad vi ska göra och åstadkomma samt av samarbetet. Så det ser jag inte som något problem i nuläget, men det kan bli en utmaning som uppstår senare, säger Francisco Beltran, som driver projektet tillsammans med KTH-kollegan Nelson Sommerfeldt.

Bengt Dahlgren Stockholm Geo kommer att ansvara för simuleringsmodellen av den markanslutna delen av energisystemet. Företaget ska också se till att den kan samspela och kommunicera med modellen för PVT-delen av systemet.

– Vi är ensamma om kompetensen för att göra sådana borrhålssimuleringar. Sammantaget handlar det om att modellera på ett teoretiskt korrekt sätt. Då kan forskarvärlden acceptera resultaten och vi kan leverera ett verktyg som är trovärdigt för näringslivet, säger José Acuña, vd för Bengt Dahlgren Stockholm Geo, som har doktorerat på bergvärmepumpar och borrhål vid KTH.

I projektgruppen på Bengt Dahlgren ingår också Emma Wernius. Hennes examensarbete på KTH handlade om att utveckla en kommersiell simuleringsmodell för att designa kombinerade PVT- och värmepumpsystem. Liksom Francisco Beltran konstaterar hon att PVT-system ännu inte har slagit igenom kommersiellt.

– Målet i det nya projektet är att få bra evidens för hur kombinerade geo- och PVT-system presterar. Då krävs det bra simuleringsmodeller eftersom det inte finns så många verkliga system att testa på ännu. Att vi kan bevisa att det funkar är en grundförutsättning för att de ska börja installeras i större omfattning, säger hon.

– Utmaningen är att göra det så pass användarvänligt och lättåtkomligt att marknaden för sol och geo tillsammans kan ta fart, inflikar José Acuña.

En nyckelfråga vid modelleringarna är hur intilliggande borrhålsanläggningar, som installerats vid olika tidpunkter, påverkar varandra. De belastar marken med olika energimängder vilket inverkar på temperaturen där.

– Oftast, för att inte säga alltid, dimensionerar man en ny anläggning utan att ta hänsyn till de befintliga. Då blir det antingen en underskattning eller överskattning av vad kringliggande anläggningar kan ha för inverkan på den nya. Vår modell gör det möjligt att ta hänsyn till tidpunkten för när anläggningarna har installerats och att de är frikopplade från varandra, säger José Acuña.

Han tillägger att den tredje personen i projektgruppen på Bengt Dahlgren, Maria Letizia Fascì, doktorerade på just det området. Modellen som Bengt Dahlgren ska leverera är baserat på hennes forskning och den öppna programvaran GSHPsDesigner.

Programvaran samlar modeller som Maria Letizia Fascì har utvecklat under sin doktorandtid. Med dem går det att beräkna påverkan mellan borrhål i tätbebyggda områden och hur detta påverkar effektiviteten hos bergvärmepumpar.

Alla tre i projektgruppen har varit studenter eller forskare vid institutionen för energiteknik på KTH där Francisco Beltran nu är verksam. De har tidigare arbetat tillsammans med både honom och Nelson Sommerfeldt.

En annan anledning till att Bengt Dahlgren deltar i projektet är att företaget med tanke på verksamheten kan fungera som en bro mellan forskning och näringsliv,

– Vi projekterar geoenergianläggningar samt har kontakter med både entreprenörer och slutanvändare. Dessutom har vi koll på produkterna. Forskare har oftast inte det så vi medverkar till att processen till kommersialisering av tekniken snabbas på. Vi är även länken till leverantörerna som deltar i projektet och därmed viktiga för dem också, säger José Acuña.

– Vi kan dessutom bidra med praktiska aspekter genom att simulera vad som är möjligt och inte i verkligheten så att det inte bara blir något som fungerar i labbmiljö, tillägger Emma Wernius.