hh.sePublications
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
Understanding effective width for district heating
Halmstad University, School of Business, Innovation and Sustainability.ORCID iD: 0000-0002-6369-2222
Halmstad University, School of Business, Innovation and Sustainability.ORCID iD: 0000-0003-2885-0923
Halmstad University, School of Business, Innovation and Sustainability.ORCID iD: 0000-0001-9982-5317
Halmstad University, School of Business, Innovation and Sustainability.ORCID iD: 0000-0001-9118-4375
2023 (English)In: Energy, ISSN 0360-5442, E-ISSN 1873-6785, Vol. 277, article id 127427Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

District heating is one of the technologies that can contribute to the decarbonisation of the European heat sector. Nonetheless, these infrastructures only deliver about a tenth of the heat demands in the continent. Therefore, it is essential to assess the expansion potential of these systems and to identify which areas should be target for further investigations, which calls for easy-to-use and straightforward methods such as Persson & Werner's network capital cost model. Pivotal parameters of the model are the effective width, a metric of trench length by land area, alongside the average pipe diameter and the linear heat density. This study has carried out an in-depth analysis of these crucial parameters with respect to both distribution and service pipes in a large Danish district heating network, which has allowed to explore the behaviour of effective width in a broad range of building densities and derive new equations for both effective width and average pipe diameter. The model has subsequently been validated in another large network in Denmark and several minor districts in the same country, showing the accuracy of the model on an aggregated level. © 2023 Elsevier Ltd.

Place, publisher, year, edition, pages
London: Elsevier, 2023. Vol. 277, article id 127427
Keywords [en]
District heating, GIS, Pipe network, Cost analysis, Effective width, Plot ratio
National Category
Energy Engineering
Research subject
Smart Cities and Communities
Identifiers
URN: urn:nbn:se:hh:diva-50424DOI: 10.1016/j.energy.2023.127427ISI: 000992994200001Scopus ID: 2-s2.0-85154565584OAI: oai:DiVA.org:hh-50424DiVA, id: diva2:1755274
Part of project
Quantification of synergies between Energy Efficiency first principle and renewable energy systems
Funder
EU, Horizon 2020, 846463Available from: 2023-05-07 Created: 2023-05-07 Last updated: 2023-06-21Bibliographically approved
In thesis
1. Modelling District Heating Network Costs
Open this publication in new window or tab >>Modelling District Heating Network Costs
2023 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

The solution of the undergoing climate and energy crises requires a radical transformation of the energy system, in which sustainability, no carbon emissions and energy efficiency ought to play a paramount role. 

This revolution should extend to all areas of the energy system, including the space heating and cooling sector, which accounts for a third of the European final energy demand and, in the European continent, it is still mostly supplied by fossil fuels.

District heating is a simple but powerful technology that can contribute to tackle this challenge. As a network infrastructure, it is characterised by the flexibility of the heat production, allowing the incorporation of a wide range of heat sources over time. Furthermore, it enables the recycling of heat that would otherwise be wasted and the use of local heat sources in a more cost-effective manner. Moreover, its coupling with the electricity sector can facilitate the increase of intermittent electric renewable energy sources. 

Nevertheless, at the moment, district heating only covers a tenth of the European space heating and cooling needs, albeit with significant differences among countries. In addition, the development of new district heating networks is capital intensive and can only be justified in those areas where the concentration of the heat demand is sufficiently high to deliver a lower cost to society than an individual alternative. 

Therefore, it is crucial to assess the potential of district heating and to identify the target areas for in-depth investigations. This necessity demands easy and straightforward tools, which can provide a first order approximation of the construction cost of new networks. 

One of these tools is the capital cost model developed by Persson & Werner, which is based on, among others, the effective width parameter. This is an indicator of the required trench length in an area supplied by district heating and has been related to the building density. 

This work has contributed to the understanding of the effective width parameter in a wide range of building densities, taking advantage of one of the largest district heating networks in Denmark, and provided new equations that relate it to various indicators of building density. 

Furthermore, the average pipe diameter of district heating pipes has been linked to another crucial parameter in district heating technology, the linear heat density, extending prior work conducted by Persson and Werner. 

In addition, Persson and Werner's model and the newly found empirical expressions have been validated in various Danish district heating networks, showing that the model provides relatively accurate results on an aggregate level and large areas but dismally fails in low-extension areas. 

Finally, the model has been applied to the European Union showing that district heating networks could potentially supply a third of the heat demand in 2050.

Abstract [sv]

Lösningen av de pågående klimat- och energikriserna kräver en radikal omvandling av energisystemet, där hållbarhet, inga koldioxidutsläpp och energieffektivitet bör spela en avgörande roll.

Denna revolution bör sträcka sig till alla delar av energisystemet, inklusive sektorn för uppvärmning och kylning av byggnader, som står för en tredjedel av Europas slutliga energibehov och på den europeiska kontinenten fortfarande till största delen försörjs av fossila bränslen.

Fjärrvärme är en enkel men kraftfull teknik som kan bidra till denna utmaning. Som nätverksinfrastruktur kännetecknas den av flexibilitet i värmeproduktionen, vilket möjliggör inkorporering av ett brett utbud av värmekällor över tid. Dessutom möjliggör det återvinning av värme som annars skulle gå till spillo och användning av lokala värmekällor på ett mer kostnadseffektivt sätt. Dessutom kan dess koppling till elsektorn underlätta ökningen av intermittenta elektriska förnybara energikällor.

Detta till trots täcker fjärrvärme för närvarande bara en tiondel av det europeiska behovet av uppvärmning och kylning av byggnader, om än med betydande skillnader mellan länderna. Utbyggnaden av nya fjärrvärmenät är dessutom kapitalkrävande och kan endast motiveras i de områden där koncentrationen av värmebehovet är tillräckligt hög för att ge en lägre kostnad för samhället än ett individuellt alternativ.

Därför är det avgörande att bedöma potentialen för fjärrvärme och att identifiera målområdena för fördjupade utredningar. Denna nödvändighet kräver enkla och okomplicerade verktyg, som kan ge en första ordningens uppskattning av investeringskostnader för nya nätverk.

Ett av dessa verktyg är kapitalkostnadsmodellen utvecklad av Persson & Werner, som bygger på bland annat parametern effektiv bredd. Detta är en indikator på den erforderliga dikeslängden i ett område som försörjs av fjärrvärme och har relaterats till byggnadstätheten.

Detta arbete har bidragit till förståelsen av effektiv bredd-parametern i ett vitt spektrum av byggnadstätheter, vars studium drar fördel av ett av de största fjärrvärmenäten i Danmark, och har gett nya ekvationer som relaterar den till olika indikatorer på byggnadstäthet.

Vidare har den genomsnittliga rördiametern för fjärrvärmerör kopplats till en annan avgörande parameter inom fjärrvärmetekniken, den linjära värmedensiteten, vilket utökar tidigare arbete utfört av Persson och Werner.

Dessutom har Persson och Werners modell och de nyfunna empiriska uttrycken validerats i olika danska fjärrvärmenät, vilket visar att modellen ger relativt exakta resultat på aggregerad nivå och stora ytor men mindre så i lågutbyggnadsområden.

Slutligen har modellen tillämpats på EU som visar att fjärrvärmenät potentiellt kan tillgodose en tredjedel av värmebehovet år 2050.

Place, publisher, year, edition, pages
Lund: Lund University Open Access, 2023. p. 48
Keywords
District Heating, Pipe network, Cost analysis, Distribution Capital Cost, Effective Width, Plot Ratio, Heat Density, GIS
National Category
Energy Engineering
Research subject
Smart Cities and Communities
Identifiers
urn:nbn:se:hh:diva-50916 (URN)978-91-8039-702-5 (ISBN)978-91-8039-703-2 (ISBN)
Presentation
2023-05-31, E-huset, E:1406, Ole Römers väg 3, Lund, 13:15 (English)
Opponent
Supervisors
Projects
Quantification of synergies between Energy Efficiency first principle and renewable energy systems
Funder
EU, Horizon 2020, 846463
Available from: 2023-08-04 Created: 2023-06-21 Last updated: 2023-09-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Other links

Publisher's full textScopus

Authority records

Sánchez-García, LuisAverfalk, HelgeMöllerström, ErikPersson, Urban

Search in DiVA

By author/editor
Sánchez-García, LuisAverfalk, HelgeMöllerström, ErikPersson, Urban
By organisation
School of Business, Innovation and Sustainability
In the same journal
Energy
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 78 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