Deep heat energy system for shopping centers
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-12-31
Department
Major/Subject
Energy in Buildings and Built Environment
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
59
Series
Abstract
The global demand for sustainable and low-carbon energy solutions continues to rise every year, and utilization of renewable energy sources have become crucial. Finnish government has set up multiple future emission reduction targets, and a goal that Finland becomes carbon neutral by 2035. Geothermal energy, and especially deep heat energy systems, presents a promising approach for achieving energy security and environmental sustainability. Large commercial buildings, such as shopping centers, have a massive annual energy demand and many of them already are using zero-emission energy. Deep heat energy systems could be utilized in shopping centers to positively affect energy efficiency and total costs. Deep heat energy well consists of two main components, GSHP and geothermal well. GSHPs extract heat from the source side of the system and then increase or decrease the temperature of the heat energy. Geothermal well is typically constructed with either a U-tube collector or coaxial pipes. In deeper boreholes, coaxial pipes are the preferred method. The thesis objectives were to evaluate the financial impact when adding deep heat geothermal wells into a shopping center heating system. This was done by creating a simulation case of Sello shopping center and analyze the results of the simulation. Another objective was to assess the feasibility of constructing a deep heat energy system to old or new shopping centers based on the study results. The simulation created 14 scenarios for a project, which had a 20-year lifetime. Results showed that the total lifetime costs decreased when deep geothermal wells were added into the heating system. Due to the limitations of the simulation tool, a few assumptions were made to create proper results. This led to the conclusion that the financial benefits were not big enough to warrant adding geothermal energy wells into the heating system with this simulation setup. To make the geothermal wells more feasible, few concepts were presented, which can be utilized in a real-life project. Using the deep heat system for both heating and cooling would make the system more efficient and producing excess energy decreases. Another way to increase efficiency is to utilize energy storages, such as the borehole itself or a water tank storage. Finally, the concept of P2P thermal energy trading was introduced. P2P trading is a solution for the future, because it is not yet implemented anywhere. In P2P trading, a shopping center would act as a seller, thus increasing its profits.Kestävien ja vähähiilisten energiaratkaisujen globaali kysyntä kasvaa joka vuosi, minkä takia uusiutuvien energialähteiden hyödyntäminen on entistä tärkeämpää. Suomen hallitus on asettanut useita tulevaisuuden päästövähennystavoitteita ja tarkoitus olisi, että Suomi on hiilineutraali vuoteen 2035 mennessä. Maalämpö ja erityisesti syvälämpökaivot ovat lupaavia lähestymistapoja energiavarmuuden ja ympäristön kestävyyden saavuttamiseen. Suurilla liikerakennuksilla, kuten kauppakeskuksilla, on valtava vuotuinen energiantarve ja monet niistä käyttävät jo nyt päästötöntä energiaa. Syvälämpökaivojärjestelmillä voitaisiin entisesti edistää kauppakeskuksien energiatehokkuutta ja kokonaiskustannuksia. Syvälämpökaivo koostuu kahdesta pääkomponentista, maalämpöpumpusta ja geotermisestä kaivosta. Maalämpöpumput ottavat lämpöä järjestelmän lähdepuolelta ja lisäävät tai laskevat sitten lämpöenergian lämpötilaa. Geoterminen kaivo rakennetaan tyypillisesti joko U-putkikeräimellä tai koaksiaaliputkilla. Syvälämpökaivoissa, koaksiaaliputket ovat suositeltavin menetelmä. Opinnäytetyön tavoitteena oli arvioida syvälämpökaivojen taloudellisia vaikutuksia, kun sellaisen lisää kauppakeskuksen lämmitysjärjestelmään. Tämä tehtiin luomalla Sellon kauppakeskuksesta simulaatiomalli ja analysoimalla simulaation tuloksia. Tavoitteena oli myös arvioida tutkimustulosten perusteella kannattavuutta rakentaa syvälämpökaivojärjestelmä vanhoihin ja uusiin kauppakeskuksiin. Simulaatio loi 14 skenaariota projektille, jonka kesto oli 20 vuotta. Tulokset osoittivat, että kokonaiselinkaarikustannukset pienenivät, kun lämmitysjärjestelmään lisättiin syvälämpökaivoja. Simulaatiotyökalun rajoitusten takia tehtiin kuitenkin muutamia oletuksia tulosten luomiseksi, minkä takia päädyttiin johtopäätökseen, että taloudelliset hyödyt eivät olleet riittävän suuria, jotta syvälämpökaivojen lisääminen lämmitysjärjestelmään näillä simulaatioasetuksella olisi perusteltua. Geotermisten kaivojen toteuttamiskelpoisuuden lisäämiseksi esitettiin muutamia konsepteja, joita voidaan hyödyntää todellisessa projektissa. Syvälämpökaivojen käyttäminen sekä lämmitykseen, että jäähdytykseen tehostaisi lämmitysjärjestelmää ja vähentäisi hukkaenergian tuotantoa. Toinen tapa lisätä tehokkuutta on hyödyntää energiavarastoja, kuten itse syväkaivoa tai vesisäiliövarastoa. Lopuksi esiteltiin vertaisverkko konsepti, jota voitaisiin käyttää lämpöenergiakaupassa. Vertaisverkko on tulevaisuuden ratkaisu, koska sitä ei ole vielä toteutettu missään. Vertaisverkossa kauppakeskus toimisi myyjänä ja lisäisi siten voittoaan taloudellisesti.Description
Supervisor
Kosonen, RistoThesis advisor
Juhmen, JaanoKeywords
deep geothermal well, geothermal energy, GSHP, borehole, shopping center, coaxial pipes