Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
EctogridTM: The competitiveness of a low temperature district heating network in Germany and United Kingdom
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology, Applied Thermodynamics and Refrigeration.
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology, Applied Thermodynamics and Refrigeration.
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
EctogridTM : Konkurrenskraftigheten i ett låg temperaturs nätverk i Tyskland och Storbritannien (Swedish)
Abstract [en]

It is known that the heating and cooling market constitutes a large part of energy market across Europe and that the domestic and non-domestic buildings have together the largest share of energy demand. The aim of the European climate goals is to reduce the use of fossil fuel based systems and the allowance of energy demand. These have been striving reasons to increase efficiency and reduce GHG emissions on energy systems for buildings. The climate goals and regulations mentioned in this study implicates that European countries strives towards renewable sources in the heating sector, and encouraging heating networks with renewable sources.

E.ON has developed a new low temperature district heating and cooling system called EctogridTM, a heat network integrated with heat pumps and cooling machines to supply energy. This thesis will thoroughly describe this heating and cooling system, called EctogridTM, and its constitutive components.

The aim of this study is to determine whether the energy markets in Germany and United Kingdom are ready for an introduction of EctogridTM, and exploit existing and upcoming obstacles. To determine this, two research questions are answered through literature review, research and a case analysis.

The first research question is evaluating the energy market in Europe with a focus on the heating demand in Germany and United Kingdom where fossil fuels are the dominating fuel. Second research question is comparing EctogridTM with a 4th generation district  heating  network, 4GDHn, in costs to evaluate the competitiveness with

existing energy systems on the market.

It is concluded that obstacles exist, how big they are for EctogridTM differs from country to country. How developed and flexible the infrastructure is, what energy sources and technologies are commonly used for heating purposes, building insulation, energy prices and regulations are factors that more or less variates from country to country and decides the severity of the feasible imposed obstacles.

Germany and United Kingdom mostly uses decentralized gas boilers for the building heating demand, people often reasons them to have cheap running cost due to the energy prices. This study shows that that despite the big difference in energy price between gas and electricity for a household, heat pumps with a minimum COP of 3.5 will have lower running costs  than traditional gas boilers. Since EctogridTM uses heat pumps with a COP between 4-5, in optimal conditions, it is quite competitive in running cost to gas boilers. The obstacle here lies in most buildings being old and insufficient insulated for an EctogridTM system and the investment costs often being more expensive compared to gas boilers. Installing a heat pump or a gas boiler shows that the CO2 emissions per kWh of useful heat (kg CO2/kWh) are 0.31 for a gas boiler and 0.16 for an AHP which means a decrease in emissions of around 50% per useful kWh heat.

The case study compared 4GDHn with an EctogridTM solution as an energy system. The case study consisted of 3 buildings with a heating and cooling need in a newly built area in Germany and United Kingdom. The study showed that an EctogridTM solution was more expensive for the customers but more profitable for producers when comparisons were made with regards to the current energy prices and estimations. However, a larger area with a much higher energy demand needs to be considered to see the real competitiveness of EctogridTM and electrified solution. A larger cooling demand will benefit EctogridTM  while reducing the profits of a 4GDHn.

The uncertainty of the acquired data, since no pilot project exists yet, makes it hard to draw a certain conclusion whether it is a more competitive energy system than a 4GDHn and other current low carbon heating systems.

Abstract [sv]

Värme- och kylbehovet utgör en stor del av energisektorn i Europa, där kommersiella och icke- kommersiella byggnaderna tillsammans står för den största andelen av energibehovet i energimarknaden. Målet med Europas klimatmål är bland annat att minska användningen av fossila bränslen samt energibehovet. Klimatpåverkan från värme- och kylsystem i byggnadssektorn har varit omfattande och klimatmålen motiverar ägarna av energisystemen att bli mer energi effektiva och minska deras växthusemissioner. Klimatmål och bestämmelser som nämns i denna rapport visar att länderna i Europa strävar efter att främja förnybara källor i värmesektorn, där värmenätverk är ofta nämnd.E.ON har utvecklat ett låg temperaturs nätverk som kallas för EctogridTM, där nätverket är integrerat med värmepumpar och kylmaskiner för att leverera energi. Det här arbetet kommer noggrant att beskriva EctogridTM och dess djupgående komponenter.Syftet med denna studie är att avgöra om energimarknaden i Tyskland och Storbritannien är redo för en implementering av EctogridTM, och upplysa om de existerande samt framtida hindren. För att svara på detta är två nyckelfrågor framtagna och besvarade genom litteraturstudie, forskning och en fallstudie.Första nyckelfrågan utvärderar energimarknaden i Europa med fokus i Tyskland och Storbritanniens värmebehov där användingen av fossila bränslen utgör större delen av marknaden. Andra

nyckelfrågan jämför kostnaderna mellan EctogridTM  och 4:e generationens

fjärrvärmenätverk, detta för att ta veta hur konkurrenskraftig EctogridTM är gentemot nuvarande och snarliknande energisystem i marknaden.

Studien visar att hinder existerar när EctogridTM introduceras till marknaden, hur stora dom är kan variera mellan olika länder. Hur utvecklat och flexibelt infrastrukturen är, vilken energikälla samt teknologi som vanligtvis används för komfortvärmen, byggnadsisolering, energipriser och bestämmelser är faktorer som mer eller mindre varierar mellan länderna och  bestämmer storheten på hindret/n.

Tyskland och Storbritannien använder mestadels lokala gaspannor för värmebehovet i byggnader. Ofta associeras gaspannor med låga driftkostnader på grund av energipriserna. Den här studien visar att värmepumpar med en genomsnittlig COP som är minst 3.5 har lägre driftkostnader än traditionella gas pannor, trots den stora skillnaden mellan gas- och elpriset. Då EctogridTM använder värmepumpar som i drift skall ha en genomsnittlig COP på mellan 4-5, vid optimala förhållanden, är detta system konkurrenskraftigt gentemot lokala

gaspannor. Hindret här ligger i att de flesta byggnader inte är tillräckligt bra isolerade och kan implementera EctogridTM då systemet opererar i för låga temperaturer, samt att investeringskostnaderna oftast är betydligt dyrare än ett system med gaspanna. Vid installation av en luftvärmepump eller gaspanna visar att CO2 emissionerna per kWh nyttig värme (kg CO2/kWh) är 0.31 för en gaspanna och 0.16 för luftvärmepumpen, vilket leder till en halvering av CO2 utsläpp.

Den skapade fallstudien jämför 4:e generationens fjärrvärmenät med en EctogridTM lösning, där systemen ska förse tre nybyggda fastigheters värme- och kylbehov i ett nybyggnationsområde i Tyskland samt Storbritannien. Fallstudien visade att implementerandet av EctogridTM var dyrare för kunden men avkastningen för energibolagen var högre än 4:e generationens fjärrvärmenät, detta baserades på nuvarande energipriser samt prissättningen. Men det är rekommenderat att göra en jämförelse över ett större område med högre energibehov än i denna fallstudie för att få en mer verklig uppfattning. Ökad andel av kylbehov än i denna fallstudie är även något att se över då det ökar avkastningen för EctogridTM och förväntas öka effektiviteten avsevärt för systemet. Något som inte är lika fördelaktigt för 4:e generationens fjärrvärmenät.

Det är svårt att ge helt tillförlitliga slutsatser och resultat då ett pilotprojekt på EctogridTM inte existerar ännu, det vill säga den data som har varit grunden för vår analys och resultat är inte bekräftad att vara helt korrekta. Vilket gör att man med säkerhet inte kan säga om EctogridTM är mer eller mindre konkurrenskraftig än 4:e generationens fjärrvärmesystem och andra befintliga lågemitterande värmesystem.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 63
Series
TRITA-ITM-EX ; 2018:13
Keywords [en]
European Energy Market, German Energy Market, United Kingdom Energy Market, European Energy Strategy, Smart Grids, Low Temperature District Heating and Cooling
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-226314OAI: oai:DiVA.org:kth-226314DiVA, id: diva2:1198210
External cooperation
E.ON
Supervisors
Examiners
Available from: 2018-07-16 Created: 2018-04-17 Last updated: 2018-07-16Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2048 kB)4 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2048 kBChecksum SHA-512
b65c901e03322d7b116e3ac67d47bfa6f5f422d8d48b2c8739ee35c5f682c9ecc38b50a94e3a71792000c17a599cfc2daefdfa46866009265a32a2c9adcd585d
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Applied Thermodynamics and Refrigeration
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 4 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 14 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf