Hiilineutraalin yrityspuiston skenaariopohjainen energiankulutus- ja tuotantomallinnus ja elinkaarikustannuslaskenta
Ropo, Mikko (2020)
Diplomityö
Ropo, Mikko
2020
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020080748199
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020080748199
Tiivistelmä
Tässä työssä tutkitaan matemaattisen mallinnuksen hyödyntämistä hiilineutraalin yrityspuiston energiankulutuksen- ja tuotannon sekä elinkaarikustannuksen määrittämisessä. Työn tavoitteena on saada yleiskäsitys yrityspuiston energiankulutuksesta ja energiajärjestelmän elinkaarikustannuksesta sekä selvittää alueelle elinkaarikustannuksiltaan edullisin lämmitysjärjestelmä.
Työssä päädytään luomaan matemaattinen mallinnustyökalu, jolla pystytään simuloimaan erilaisten yritysten lämmön ja sähkön kulutusta ja mitoittamaan alueelle lämpöpumppu- ja aurinkosähköjärjestelmät kustannusoptimoidusti. Mallinnustyökalulla voidaan lisäksi laskea energiajärjestelmän elinkaarikustannus 50 vuoden ajalle. Vertailtavat lämmitysjärjestelmät ovat ilma-vesilämpöpumppu, maalämpöpumppu ja kaukolämpö.
Työn tuloksena saadaan selville, että lämpöpumppujärjestelmät ovat elinkaarikustannuksiltaan selvästi kaukolämpöjärjestelmää pienemmät. Mallin toimintaa ja luotettavuutta tarkastellaan ja tullaan siihen johtopäätökseen, että mallin antamat tulokset ovat tarpeeksi luotettavia järjestelmien alustavaan vertailuun. Kuitenkin mallin toiminnassa havaitaan myös paljon kehitettävää tulevien yksityiskohtaisempien tarkastelujen mahdollistamiseksi. This study focuses on the use of mathematical modelling as a tool to determine the energy consumption, energy production and lifecycle cost of a carbon neutral business park. The goal of the study is to get an overview of the energy consumption of a business park and the lifecycle cost of the park’s energy system to find the cheapest heating system solution to the area.
A mathematical modelling tool is designed to simulate the heat and electricity consumption for different kinds of companies and to dimension cost-optimized heat pump and solar PV systems to the area. By using the modelling tool, also the lifecycle cost of the energy system is calculated for a 50-year life cycle. The heating systems compared in this study are air-to-water heat pumps, ground source heat pumps and district heating.
As the result of the study it is found out that the life cycle costs of the heat pump systems are lower than the life cycle cost of the district heating system. The functioning and reliability of the mathematical model is analyzed, and it is found that the results from the model are reliable enough for comparison of the systems in the pre-design phase. However, it is also found that several improvements are to be made to enable more indepth studies.
Työssä päädytään luomaan matemaattinen mallinnustyökalu, jolla pystytään simuloimaan erilaisten yritysten lämmön ja sähkön kulutusta ja mitoittamaan alueelle lämpöpumppu- ja aurinkosähköjärjestelmät kustannusoptimoidusti. Mallinnustyökalulla voidaan lisäksi laskea energiajärjestelmän elinkaarikustannus 50 vuoden ajalle. Vertailtavat lämmitysjärjestelmät ovat ilma-vesilämpöpumppu, maalämpöpumppu ja kaukolämpö.
Työn tuloksena saadaan selville, että lämpöpumppujärjestelmät ovat elinkaarikustannuksiltaan selvästi kaukolämpöjärjestelmää pienemmät. Mallin toimintaa ja luotettavuutta tarkastellaan ja tullaan siihen johtopäätökseen, että mallin antamat tulokset ovat tarpeeksi luotettavia järjestelmien alustavaan vertailuun. Kuitenkin mallin toiminnassa havaitaan myös paljon kehitettävää tulevien yksityiskohtaisempien tarkastelujen mahdollistamiseksi.
A mathematical modelling tool is designed to simulate the heat and electricity consumption for different kinds of companies and to dimension cost-optimized heat pump and solar PV systems to the area. By using the modelling tool, also the lifecycle cost of the energy system is calculated for a 50-year life cycle. The heating systems compared in this study are air-to-water heat pumps, ground source heat pumps and district heating.
As the result of the study it is found out that the life cycle costs of the heat pump systems are lower than the life cycle cost of the district heating system. The functioning and reliability of the mathematical model is analyzed, and it is found that the results from the model are reliable enough for comparison of the systems in the pre-design phase. However, it is also found that several improvements are to be made to enable more indepth studies.