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Exergetic analysis of Pit Thermal Energy Storage (PTES) Integration in high temperature district heating networks

Zhiwei Kuang

Titel

Exergetic analysis of Pit Thermal Energy Storage (PTES) Integration in high temperature district heating networks

Autor/in

Datierung

05.01.2026

Beschreibung

Die Integration von Gruben-Wärmespeichern (Pit Thermal Energy Storage, PTES) in Hochtemperatur-Fernwärme- und -kältesysteme (District Heating and Cooling, DHC) ist durch Temperaturbeschränkungen begrenzt. In dieser Studie wird ein exergetisch basierter Bewertungsrahmen entwickelt, um Integrationsstrategien von PTES in Hochtemperatur-DHC-Netzen zu untersuchen. Zwei Konzepte werden analysiert: die Integration über Vorwärmung sowie die direkte Rückflussintegration, unterstützt durch eine Hochtemperatur-Wärmepumpe. Dynamische Simulationen werden in Modelica durchgeführt, basierend auf stündlichen Wärmelast- und meteorologischen Daten, die repräsentativ für die Schweiz sind, über einen Zeitraum von fünf Jahren. Die Ergebnisse zeigen, dass der entwickelte Rahmen Integrationsstrategien erfolgreich bewerten kann. PTES ermöglicht effektiv eine saisonale Energieverschiebung. Die Vorwärmungsintegration weist eine bessere Performance auf, während die Rückflussintegration aufgrund eines zusätzlichen elektrischen Exergieverbrauchs Nachteile zeigt. Die PTES-Vorwärmungsintegration wird daher innerhalb der definierten Systemgrenzen als eine der exergetisch effizientesten Lösungen identifiziert.

The integration of Pit Thermal Energy Storage (PTES) into high-temperature district heating and cooling (DHC) systems is constrained by temperature limitations. This study develops an exergy-based framework to evaluate PTES integration strategies in high-temperature DHC networks. Two concepts are analyzed: preheating integration and direct back-flow integration supported by a high-temperature heat pump. Dynamic simulations are implemented in Modelica using hourly heat demand and meteorological data representative of Switzerland over a five-year period. The results indicate that current framework can evaluate integrating strategies successfully. PTES can effectively enable seasonal energy shifting. Preheating integration achieves better performance, while back-flow integration suffers from additional electrical exergy consumption. PTES preheating integration is therefore identified as one of the more exergy-efficient solutions under the defined system boundaries.

Urheberrechtshinweis