CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • 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
Techno-economic analysis of combined heat pump and PV systems in Austria
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology, Applied Thermodynamics and Refrigeration.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

With the increasing amount of buildings that are being renovated in Austria, the potential of replacing conventional heating systems with heat pumps increases and thus CO2 emissions could be reduced. Several companies therefore focus on installing combined heat pump and PV systems. The installation of heat pumps and PV systems are being subsidized in Austria with different schemes for every state. The subsidy programs could therefore be clearer and more constant, like the Swedish heat pump subsidies of the last decades. Heat pumps currently cover the heating of over 10% of the gross floor area of single-family houses in Austria. For multifamily houses less than 5% of the gross floor area is heated with heat pumps. The research goal has been to analyze the sensitivity of the net present value (NPV), benefit cost ratio (BCR) and internal rate of return (IRR) on different input parameters for the replacement of a conventional heating system in a multifamily house, by a heat pump combined with a PV system. This way it could be researched what parameters would have most influence on the profitability of a combined heat pump and PV system. A case study has therefore been performed on the replacement of a gas heating system by an ambient air/water heat pump and a borehole ground source heat pump combined with a PV system in a multifamily house in Vienna. A model has been developed with Excel to perform this analysis uses the building space heating demand generated from a simulation tool created internally by AIT: The Building Model Generator. The model calculates the annual energy demand of a multifamily building in Vienna, which leads to the annual costs and benefits with respect to the conventional gas heating system. This model has been validated by a model created with the Polysun software. The results of the analysis showed that installing a combined heat pump and PV system to replace a gas heating system in a multifamily house would improve the NPV in comparison to installing the heat pump or PV system separately. The BCR is greater than one for both the combined air/water heat pump and PV system (AW HP+PV) and the combined ground source heat pump and PV system (GS HP+PV) for the currently used input. Subsidies currently have a large influence on the NPV and payback time of the installment of these combined systems, especially for the GS HP+PV due to the high investment subsidies for this type of heat pump in Vienna. The sensitivity analysis shows that the bigger the PV area of these combined systems, the higher the BCR, but this BCR increase flattens out for increasing PV areas. The investment costs have a large influence: if these would decrease somehow by 50%, the BCR would double. The large influence of the investment costs is shown by the sensitivity analysis on the assumptions for the heat pump investment costs as well. The electricity price has a larger influence on the BCR than the feed-in tariff does. When the electricity price decreases, the BCR increases. It could be concluded from the sensitivity analysis that the gas price has the largest influence however. Because of this high dependency on the gas price, a gas price increase could even make subsidies redundant. Increasing the gas price could thus be the quickest way to stimulate the sales of combined heat pump and PV systems, which could lead to a decrease of approximately 45%-60% of the total CO2 emissions for every multifamily house where these combined heat pump and PV systems are installed. In the future the Excel model could be included in the Building Model Generator. With only a few input parameters it would then be possible to evaluate the replacement of a heating system with another heating system in different building types for the whole of Austria where there are various subsidy schemes.

Abstract [sv]

Med ökande antal byggnader som renoveras i Österrike, ökar även potentialen för att byta ut det konventionella värmesystemet mot värmepumpar. Således kan CO2-utsläpp minskas. Därför fokuserar flera företag på att installera kombinerade värmepump och PV system. Installationen av värmepumpar och PV system subventioneras i Österrike, men subventionerna kan vara klarare och mer konstant, som det har varit i Sverige under de senaste decennierna. För närvarande omfattar värmepumpar mer än 10% av uppvärmningen av den totala golvytan av enfamiljshus i Österrike. Beträffande flerfamiljshus motsvarar värmepumparna mindre än 5% av uppvärmningen av den totala golvytan. Forskningsmålet har varit att analysera känsligheten av nuvärdet (NPV), förmånskostnadskvoten (BCR) och den interna avkastningen (IRR) på olika inmatningsparametrar för ersättningen av ett gasvärmesystem i ett flerfamiljshus, mot en värmepump kombinerat med ett PV system. På så sätt kunde det undersökas vilka parametrar som har mest inflytande på lönsamheten av en värmepump och PV system. Därför utfördes en fallstudie på ersättningen av ett gasvärmesystem med en luft/vatten värmepump och en bergvärmepump kombinerad med ett PV system i ett flerfamiljshus i Wien. En modell har utvecklats med Excel för att utföra den här analysen använder byggnadsutrymmets värmeefterfrågan som genereras av ett program som har skapats internt av AIT:s Building Model Generator. Excelmodellen beräknar det årliga energibehovet av ett flerfamiljshus i Wien, som leder till de årliga kostnaderna och fördelarna med avseende på ett konventionellt gasvärmesystem. Excelmodellen har validerats med en modell som har skapats med mjukvaran Polysun. Resultaten av analysen visade att installera ett kombinerat värmepump- och PV system för att byta ut ett gasvärmesystem i ett flerfamiljshus skulle förbättra NPV-värdet jämfört mot att installera ett värmepumpeller PV system separat. Resultaten visar att, för de aktuella inmatningarna, BCR-värdet är större än ett för både det kombinerade luft/vatten värmepump- och PV systemet (AW HP+PV) och det kombinerade bergvärmepump- och PV systemet (GS HP+PV). För närvarande har subventioner en stor påverkan på NPV-värdet och återbetalningstiden av installationen av dessa kombinerade system, framförallt på GS HP+PV på grund av höga investeringssubventionerna av den här typen av värmepumpar i Wien. Känslighetsanalysen visar att desto större PV-yta av dessa kombinerade system, desto högre BCR-värde, men ökningen plattas ut för ökande PV-ytor. Investeringskostnaderna har stort inflytande: om dessa på något sätt skulle minska med 50%, skulle BCR-värdet fördubblas. Den stora påverkan av investeringskostnaderna visas även i känslighetsanalysen av antagandena för investeringskostnader för värmepumpen. Inmatningstariffen har inte stort inflytande på BCR-värdet. Elpriset har en större påverkan än inmatningstariffen. När elpriset sänks, ökar BCR-värdet. Från känslighetsanalysen kan slutsatsen dras att gaspriset har största inverkan. På grund av den här stora påverkan av gaspriset, kunde även en gasprisökning göra subventioner överflödiga. Att öka gaspriset kunde således vara det snabbaste sättet att stimulera försäljningen av kombinerade värmepump och PV system, som kan leda till en minskning av ungefär 45%- 60% av totala CO2 utsläppen för varje flerfamiljshus där dessa kombinerade värmepump och PV system är installerade. I framtiden kan Excelmodellen komma bifogad i Building Model Generatorn. Med några få inmatningar kommer det sedan vara möjligt att värdera ersättningen av ett värmesystem med ett annat värmesystem i olika byggnadstyper i hela Österrike där flera subventioner gäller.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 80
Series
TRITA-ITM-EX ; 2019:677
National Category
Energy Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-263606OAI: oai:DiVA.org:kth-263606DiVA, id: diva2:1368490
External cooperation
Austrian Institute of Technology
Subject / course
Energy Technology
Educational program
Degree of Master
Presentation
2019-10-14, 00:00
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-11-07 Created: 2019-11-07 Last updated: 2019-11-07Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3834 kB)2 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3834 kBChecksum SHA-512
f9501981cc96ab3c07d5d5535e8618cf13848d84af4dfe2353554f9e737bd54791596f4309c5dee4df9d07c5c22ffd37e3b1dda02164cbc7271d16314dd19578
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Applied Thermodynamics and Refrigeration
Energy Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 2 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: 5 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • 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