Slutrapport för EU-projekt SolNET P22416-1

SolNET var den första europeiska forskarskolan för termisk solvenergi med 10 doktorander, där sju gemensamma doktorandkurser utvecklades och genomfördes under projektets gång. Projektet stöddes av EU-programmet Marie-Curie från juni 2006 till maj 2010.Centrum för solenergiforskning SERC vid Högskolan Dalarna deltog med en doktorand, Janne Paavilainen. SERC genomförde den första av doktorandkurserna, om dynamisk systemsimulering. 30 studenter deltog från 16 länder varav 22 var doktorander och tre var från industri.Under 2007 genomförde Paavilainen en teknoekonomisk utvärdering av mellanstora pellet- och solvärmesystem för närvärme som presenterades vid konferensen Eurosun 2008. Resultaten visar under vilka förutsättningar som solvärme kan vara ekonomisk lönsamt i närvärmesystem i Sverige och Finland. Paavilainen har varit medförfattare till en tidsskriftsartikel om SERCs simuleringsmodell för pelletspannor och –kaminer samt varit medförfattare till två tidsskriftsartiklar tillsammans med SPF (Schweiz) och TU Graz (Österrike) om en ny pannmodell för gas, olja och pellets. Dessa två validerade modeller i programmet TRNSYS används nu rutinmässigt i Sverige av SP och SERC och i Europa av ett flertal forskargrupper. Den nya pannmodellen som utvecklades med SPF och TU Graz har också införlivats i programmet Polysun som används av flera hundra användare runt hela världen, inkl. SERCs magisterstudenter.

Slutrapport för EU-projekt Polysmart P22374-1

Följande sammanfattar erfarenheterna inom projektet:- Besparing av primärenergi är väldigt beroende av ett fåtal faktorer där primärenergi faktor för generering av el till nätet är avgörande. I projektet använde man termen ”non-renewable primary energy” där förnybara källor som bioenergi och även sopförbränning har väldigt låga värden. Om man använder den europeiska mixen för elproduktion ger enbartkraftvärme nästan alltid besparing av primär energi. Det samma gäller system där man använder förnybar energi eller sopförbränning. För system med trigenerering som använder fossila bränslen måste man ha både hög andel elproduktion från kraftvärmeaggregatet och relativt hög COP för den värmedrivna kylmaskinen om man ska få en besparing av primärenergi.- Systemen är komplexa och man har lärt sig mycket inom projektet. Dock har man inte kommit så långt som standard systempaket.- Elförbrukning är oftast högre än förväntat och i verklighet högre än specificerat.- Värmesänkan i systemet är en nyckelkomponent som är kritiskt för bra systemprestanda. Mer FoU krävs för att få fram komponenter som lämpar sig väl till sådana system (och som skulle också gynna andra system).- Mätning av systemet med tillhörande analys har behövts för att förbättra systemprestanda, vilket är kopplat till att system är komplexa och att det inte fanns en grundläggande kompetens i början av projektet hos alla partners.- Lovande nischmarknader har identifierats men de kräver förmodligen paketlösningar som inte finns på marknaden än.- Man ska enbart täcka baslasten med trigenereringssystem.- Koppling med fjärrvärme kan fungera bra men leverantören måste acceptera relativt höga returtemperaturer.

Husköpares val av värmesystem : Hinder och möjligheter

Syftet med det tvärvetenskapliga projekt som denna forskning har ingått i, har varit att studera hinder och möjligheter för boende i småhus att börja utnyttja energi för uppvärmning på ett sätt som sparar resurser och minskar påverkan på klimatet. Projektet har fokuserat på två beslutssituationer i småhusägares liv. Den situation som presenteras här rör val av värmesystem i samband med köp av prefabricerade småhus. Småhusägares långsiktiga möjligheter att skaffa sig resurssnål och energieffektiv uppvärmning är intimt förknippad med både värmesystemets och byggnadens utformning, men även med andra aktörers uppfattningar om vad som är möjligt. Ett välplacerat hus med hög isolerstandard och utrymme för ackumulatortank ger till exempel stora möjligheter att dessutom skära ner på den inköpta energin med hjälp av solvärme. Ett rimligt stort solvärmesystem kan då uppnå femtio procent solvärmeandel på årsbasis utan att värmen lagras från sommar till vinter. De monteringsfärdiga husens fysiska form är dock noggrant planerad och förberedd långt innan husen byggs. Även små ändringar i hustillverkarnas ordersystem eller tillverkningsprocess kan därför få stora konsekvenser för företagen i termer av tid och pengar. Köpare och säljare bygger till stor del sina värmebeslut på antaganden och gissningar om varandra. Blivande husägare har mängder av beslut att fatta inför och under byggperioden. De tenderar därför att acceptera säljarens förslag på värmesystem. Dessa husförsäljare är anställda som egna konsulter och därmed beroende av att föreslå standardlösningar som har fungerat väl tidigare. Företagsledningarna, å sin sida, försöker uppskatta kommande trender i presumtiva husköpares smak och önskemål. Cirkeln sluts och alternativ till el och värmepump får svårt att ta sig in. De strängare energikraven i den senaste BBR-revideringen (Boverket 2008, 2009) tycks inte förändra denna situation nämnvärt. Både energitekniska beräkningar och intervjuer med småhustillverkare i Dalarna tyder på att de nya byggreglerna framförallt leder till en förbättring av värmepumpars effektivitet. Förbättrad isoleringsstandard och övergång från el till andra energibärare och energislag påverkas således marginellt av de nya direktiven. Studien ger exempel på hur kommunikation ofta fungerar sämre mellan individer från olika kulturella gemenskaper (såsom yrkesgemenskaper) än inom varje sådan gemenskap, och att det kan också vara svårt att nå fram till en lösning som alla är nöjda med när flera perspektiv möts. Vi visar hur det samtidigt ofta är just sådana möten, diskussioner och förhandlingar som pressar fram, eller inspirerar till, mindre eller större modifieringar av människors kunskap och tankesätt, företagens arbetssätt eller bostädernas utformning.

Provningsmetod för integrerade sol-biosystem : Årsverkningsgrad genom korttidsmätning

Test method for integrated solar- biomass systems - Long term prediction trough short term measurementsSP Technical Research Institute of Sweden and SERC, Dalarna University have in cooperation developed a test method for integrated solar and biomass systems. The test method is performed under six days including two summer days, two winter days and two spring/autumn days true to real weather conditions and loads for a single family house. The aim of the test method is to get information about a Combisystem’s annual performance and operation throughout a short term test. Seven different solar Combisystems have been tested within the project together with a pellet boiler without solar collectors. In addition to that a comparative testing has been performed at the two laboratories at SP and at SERC on the same Combisystem. The test method developed within the project has been proved to withstand the aim of the project, which is to be able to compare the performance between the systems. The test method is also suitable for identification of possible operation problems so they can be taken care of and consequently improves the system.The project and the system testing reveal that it is in general favorable to combine biomass pellets with solar heating. Pellet boilers has normally a low performance during the summer period but combined with a solar collector the boiler can be switch off during this period. There are however big differences in performance between the tested. The efficiency of the pellet boiler is highly dependent of the operating conditions and elements like heat losses from the system, system configuration and control strategy have great influence of the performance of the system and the emissions. On the other hand, the performance and the size of the solar collectors have a minor effect on the overall system performance. There is obviously a big potential for improvement of the system´s performance and the developed test method is an essential way to implement this perfection.

Underlag för utökad besiktning av bio- och solvärmesystem : Formulär med analyshjälp

Det är svårt att på ett genomarbetat sätt, kontrollera en solvärmeanläggning som är i drift och det blir svårare när solvärmesystemet skall samverka med en biobränsleanläggning, som har sina speciella egenheter. Det enklaste och, som det kan tyckas, bästa sättet att kontrollera om en solvärmeanläggning fungerar, är att beräkna utifrån en värmemängdsmätare, som förhoppningsvis finns i anläggningen, hur mycket energi per m2 aktiv area som solfångaren har producerat per år. Om produktionen ligger mellan 300 – 350 kWh/m2 så är det bra. Det är dock så att en solvärmeanläggning borde kunna producera betydligt mer värme om den bara ges lite bättre förutsättning eller att den faktiskt kan ge mindre, men ändå uppfylla de krav som ställdes. Det behöver inte nödvändigtvis vara antalet producerade solfångar-kWh värme som är högt utan det viktigaste kanske är att antalet inbesparade kWh biobränsle är många. För att kunna få ett grepp om hur en solvärmeanläggning fungerar i sitt sammanhang så bör det totala systemet redovisas framför allt med avseende på: -Värmedistributionssystemets uppbyggnad. Var och när finns kallt vatten som ska värmas samt hur mycket.-Energi- och effektnivåer för olika delar av systemet och fram för allt under sommaren-Vilka pannor och bränslen som används, framför allt med betoning på reglerbarhetSolvärmekretsen, som inte är speciellt annorlunda utformad än i andra lite större solvärmeanläggningar ges i den här rapporten relativt stort utrymme, eftersom den samlade kompetensen bland de som gör besiktningar och kontroller inte är så hög. De delar som berörs mest är:-Trycket i solvärmeanläggningen med avseende på expansionskärlets förtryck, systemets uppfyllnadstryck och driftsfunktioner-Flödet i anläggningen som inriktar sig på luftmedryckning, flödesfördelning och vanliga flödeshastigheter-Solfångarnas energi- och värmeeffektproduktionHuvuddelen av underlagsmaterialet bör ha samlats in före besöket, genom att försöka få tag på:-Förstudier för solvärme- och pannanläggning-Förfrågningsunderlag för i första hand solvärmeanläggningen-Driftstatistik-Data på hur det totala systemet ser ut.Dessa data bör bearbetas innan besöket på plats vilket skall inkludera en genomgång av driftsansvarig vilket kompletteras med en guidad tur genom anläggningen. Besöket bör också vara förberett hos driftsansvariga så att stegar för att komma åt solfångarna finns framtagna och de säkerhetsselar som skall finnas vid okulär inspektion finns tillgängliga. Efter avslutad på platsen kontroll ska en besiktningsrapport skrivas. Mycket underlagsberäkningar ska skickas med som bilaga samt en lista med punkter som syftar till att få en effektivare sol- och biobränsleanläggning.

Underlag för utökad besiktning av sol- och biovärmesystem

Det är svårt att på ett genomarbetat sätt, kontrollera en solvärmeanläggning som är i drift och det blir svårare när solvärmesystemet ska samverka med en biobränsleanläggning, som har sina speciella egenheter.Det enklaste och, som det kan tyckas, bästa sättet att kontrollera om en solvärmeanläggning fungerar, är att beräkna utifrån en värmemängdsmätare, som förhoppningsvis finns i anläggningen, hur mycket energi per m2 aktiv area som solfångaren har producerat per år.Om produktionen ligger mellan 300 – 350 kWh/m2 är det bra. Det är dock så att en solvärmeanläggning borde kunna producera betydligt mer värme om den bara ges lite bättre förutsättning eller att den faktiskt kan ge mindre, men ändå uppfylla de krav som ställdes. Det behöver inte nödvändigtvis vara antalet producerade solfångarkWh värme som är högt utan det viktigaste kanske är att antalet inbesparade kWh biobränsle är många.För att kunna få ett grepp om hur en solvärmeanläggning fungerar i sitt sammanhang bör det totala systemet redovisas framför allt med avseende på:• Värmedistributionssystemets uppbyggnad. Var, när och hur mycket kallt vatten ska värmas?• Energi- och effektnivåer för olika delar av systemet, framför allt under sommaren?• Vilka pannor och bränslen används, framför allt med betoning på reglerbarhet?Solvärmekretsen, som inte är speciellt annorlunda utformad än i andra lite större solvärmeanläggningar, ges i den här rapporten relativt stort utrymme, eftersom den samlade kompetensen bland de som gör besiktningar och kontroller inte är så hög. Mest berörda delar är:• Trycket i solvärmeanläggningen med avseende på expansionskärlets förtryck, systemets uppfyllnadstryck och driftsfunktioner• Flödet i anläggningen som inriktar sig på luftmedryckning, flödesfördelning och vanliga flödeshastigheter• Solfångarnas energi- och värmeeffektproduktionHuvuddelen av underlagsmaterialet bör ha samlats in före besöket, genom att försöka få tag på:• Förstudier för solvärme- och pannanläggning• Förfrågningsunderlag för i första hand solvärmeanläggningen• Driftstatistik• Data på hur det totala systemet ser utDessa data bör bearbetas innan besöket på plats, vilket ska inkludera en genomgång av driftsansvarig kompletterat med en guidad tur genom anläggningen. Besöket bör också vara förberett hos driftsansvariga så att stegar för att komma åt solfångarna finns framtagna och de säkerhetsselar, som ska användas vid okulär inspektion, finns tillgängliga.Efter avslutad på-platsen-kontroll ska en besiktningsrapport skrivas. Mycket underlagsberäkningar ska skickas med som bilaga samt en lista med punkter som syftar till att få en effektivare sol- och biobränsleanläggning.

Ett bad när som helst : Dimensioneringsråd för varmvatten

Rapporten Ett bad när som helst - Dimensioneringsråd för varmvatten är framtagen av Johan Vestlund inom delprojekt Sol- och biovärme.Syftet med studien är att utreda vilka kriterier som gäller i en ackumulatortank med dubbla varmvattenslingor för att i alla situationer kunna leverera tillräckligt med varmvatten för en badkarsuppfyllning. Enkla underlag för att beräkna erforderlig slinglängd har tidigare saknats och tidsödande provning har behövt genomföras för att optimera varmvattenkapaciteten i ackumulatortankar. I denna rapport presenteras ett nomogram (figur 4, sida 13) som visar sambandet mellan be-redskapsvolym, temperaturnivå och slinglängd för att uppfylla Boverkets byggregler för ett småhus.Att tillräcklig varmvattenkomfort erhålls är viktigt, också för att kunden ska bli nöjd med ett solvärmesystem. Att detta kan ske vid rimliga tanktemperaturer på 60-65 °C är viktigt för att solvärmetillskottet ska bli högt. Ökad varmvattenkomfort ökar energibehovet och minskar solvärmebidraget varför det är viktigt att dimensionera korrekt. Utgångspunkten för att bygga ett effektivt solvärmesystem är därför att först utgå från en korrekt dimensionerad varmvattenkapacitet.Mängd varmvatten som det går att få ut från en ackumulatortank bestäms av volymen på det uppvärmda vattnet i tankens topp, temperaturen i tanken, och slingornas längd och placering.

Avbrottsfri kraft Skid VM 2015

2015 kommer Skid-VM att hållas i Falun. TV-bolagen kräver redundant kraft som standard för denna typ av arrangemang. Detta sköts normalt med dieselgeneratorer och eventuellt UPS:er. För att utreda detaljerna kring, och möjligheterna med, att ersätta några eller alla dieselgeneratorer med elkraft från elfordon, har en förstudie gjorts. Förstudien skall besvara en rad frågeställningar som togs upp vid ett förmöte i maj 2011. Slutsatsen är att det finns tre olika sätt att lösa behovet av avbrottsfri kraft med elfordon. Dessa möjligheter är personbilar med låg effekt ut, personbilar med hög effekt ut och tunga fordon med hög effekt ut. Det finns för- och nackdelar med samtliga, men alla kostar betydligt mer än en konventionell lösning. Därför måste, om detta ska bli verklighet, samarbete sökas med parter som ser ett stort PR-värde i en realisering av ett smart elnät med elfordon vid Lugnet.

Trätorn : Kan det vara något för svensk vindkraft i skogsmiljö?

Inom ramen för projektet Energi- och miljökompetenscentrum vid Högskolan Dalarna haren kortare förstudie kring tekniken som används av Timber Tower GmbH för högavindkrafttorn i trä gjorts. Huvudsyftet med studien har varit att titta närmare på teknikenoch dess potential för svensk landbaserad vindkraft samt utreda vad detta kan innebära förregionen.Trenden för landbaserad vindkraft i skogsmiljö går mot allt högre torn. Skogsmiljön gör attden marknära turbulensen och vindgradienten blir större än över t.ex. hav vilket gör detmer föredelaktigt att använda högre torn.Tekniken som Timber Tower GmbH använder är att bygga tornet på plats med en koniskhålstomme av plana paneler av korslimmat limträ (som annars främst används vidbyggnation av höga hus med massivträstomme). Tekniken är skyddad av ett flertalpatentansökningar varav minst en är beviljad.Vid en jämförelse mellan trätorn och svetsade ståltorn (som är den dominerandetorntekniken idag) kan det konstateras att trätornstekniken är ekonomiskt intressant.Framförallt blir trätornen mer intressanta i jämförelse med ståltornen vi ökande höjder (>100 m) pga. dess transportfördelar. Vidare bör det nämnas att de torntekniker somanvänds idag vid höjder runt 140 m och högre främst är fackverkstorn i stål ochhybridtorn med en hög bas av förspänd betong och övre delen i stål.Då ett typgodkännande av ett vindkraftverk gäller torn och turbin är det i praktiken alltidturbintillverkaren som prissätter och levererar ett komplett vindkraftverk. Medutgångspunkt i regeringens planeringsram för svensk vindkraftutbyggnad (20 TWh/årlandbaserad vindkraft 2020) kan dock marknadsvärdet för torn uppskattas till 2-3 miljarderkr/år fram till 2020. För trätorn motsvarar detta en årlig potentiell volym på ca 190 000 m3.Slutsatsen i denna korta studie är att det är tekniskt möjligt att designa ett trätorn i rimligadimensioner för en 2-3 MW turbin med navhöjd ca 140 m och att detta sannolikt även ärekonomiskt intressant. Då ett trätorn blir något lättare än motsvarande ståltorn går det åtmindre energi för att göra ett trätorn. Hur mycket mindre är dock osäkert pga. den storaspridningen i siffror för energiåtgång för stålproduktion och i praktiken blir skillnadenäven leverantörsberoende. Eftersom andelen förnyelsebar energi är betydligt större vidtillverkningen av materialet för trätornen kommer trätornet att ge en betydande sänkningpå utsläppt CO2e/kWhel jämfört med motsvarande verk med ståltorn. Ett annat argumentför trätorn är förenklade transporter jämfört med t.ex. svetsade ståltorn eller hybridtornmed prefabricerade betongelement.Om tekniken etableras kan det i förlängningen leda till en regional påverkan i form av ökatlokalt innehåll i vindkraftprojekten t.ex. genom ökade råvaruleveranser (eg. sågat ochtorkat virke), lokal produktion av korslimmat limträ eller exempelvis bildande avspecialiserade montagefirmor. Det största hindret för tekniken just nu är dessmarknadsintroduktion och acceptans samt typgodkännande tillsammans med en för svenskmarknad intressant turbinleverantör. För att få acceptans för tekniken krävs byggande ochutvärdering av minst ett verk med trätorn. En intressant storlek för marknaden är en 2-3MW turbin med navhöjd ca 140 m. Ett sådant verk skulle i så fall få det högstavindkrafttornet i Sverige och sannolikt det högsta vindkrafttornet i trä i världen. Byggandetav ett första verk med trätorn skulle sannolikt även kräva ett behov av stödfinansiering föratt täcka en projektörs ökade risk. Då flera vindkraftetableringar i regionen uppvisar godaproduktionsresultat (med Tavelberget som gott exempel) visar det att regionen ärintressant för introduktion och utvärdering av ny teknologi.

Gas-filled, flat plate solar collectors

This work treats the thermal and mechanical performances of gas-filled, flat plate solar collectors in order to achieve a better performance than that of air filled collectors. The gases examined are argon, krypton and xenon which all have lower thermal conductivity than air. The absorber is formed as a tray connected to the glass. The pressure of the gas inside is near to the ambient and since the gas volume will vary as the temperature changes, there are potential risks for fatigue in the material. One heat transfer model and one mechanical model were built. The mechanical model gave stresses and information on the movements. The factors of safety were calculated from the stresses, and the movements were used as input for the heat transfer model where the thermal performance was calculated. It is shown that gas-filled, flat plate solar collectors can be designed to achieve good thermal performance at a competitive cost. The best yield is achieved with a xenon gas filling together with a normal thick absorber, where normal thick means a 0.25 mm copper absorber. However, a great deal of energy is needed to produce the xenon gas, and if this aspect is taken into account, the krypton filling is better. Good thermal performance can also be achieved using less material; a collector with a 0.1 mm thick copper absorber and the third best gas, which is argon, still gives a better operating performance than a common, commercially produced, air filled collector with a 0.25 mm absorber. When manufacturing gas-filled flat plate solar collectors, one way of decreasing the total material costs significantly, is by changing absorber material from copper to aluminium. Best yield per monetary outlay is given by a thin (0.3 mm) alu-minium absorber with an argon filling. A high factor of safety is achieved with thin absorbers, large absorber areas, rectangular constructions with long tubes and short distances between glass and absorber. The latter will also give a thin layer of gas which gives good thermal performance. The only doubtii ful construction is an argon filled collector with a normal thick (> 0.50 mm) aluminium absorber. In general, an assessment of the stresses for the proposed construction together with appropriate tests are recommended before manufacturing, since it is hard to predict the factor of safety; if one part is reinforced, some other parts can experience more stress and the factor of safety actually drops.

Reserapport Plataforma SolarAlmeria, 5-8/6 2011

Reserapporten beskriver verksamheten vid Plataforma Solar Almeria (PSA) i Spanien och diskuterar tänkta samarbetsmöjligheter mellan PSA och Högskolan Dalarna