全球能源议程朝着减少和零排放方案转移，未来能源供应的大部分将基于可再生能源。必须围绕从根本不稳定的能源生产灵活的消耗和储存来建立弹性。这是智能能源系统。
智能系统不会减少整体消费，但是它们将使风能和太阳能等可再生能源以最有效的方式成为主要的能源供应商。
蒸气压缩系统包含大量机会，这些机会是最便宜，最容易实施到新兴的智能柔性能源系统中的机会。
本文使用超市案例来说明今天可以行使的双赢机会。它显示了如何使用环保制冷剂进行加热和冷却 - 使用热网络来促进供暖的隐藏资源，并最终以适度的投资进行冷却。集成的H＆C系统可以成为需求响应的主要候选人。一个真正的智能系统概念，具有良好的业务案例。
介绍
全球能源趋势着重于增加无碳或中性能源的生产。它天生意味着增加的可再生能源（如风能或太阳能），因此在电力需求管理中适应供应波动的挑战。
Energy storage is a keyword in that context and can mainly be divided into electrical, chemical and thermal storage. Thermal storage has the advantage that storage capacity often is available or built into systems e.g. in the case of thermal grids with large storage facilities for hot water and it can be adapted to heat pump based systems at relatively low cost. Typically, the cost of thermal storage is very low compared to other storage technologies.
成本竞争性的热存储邀请蒸气压缩系统进一步研究为智能集成系统的潜在贡献。
在图2中，电网和热网格的轮廓以及供应厂（CHP）和传统能源消耗超市。传统上，超级市场被视为纯粹的消费者，但现在已经到了评估这种看法的时候了。它将表明，可以为智能，灵活的系统解决当今的技术，使超市能够成为生产商和电力供应商的有效弹性工具。
图2电网和热网格中的超市
Smart grid and supermarkets
在平衡需求和电力供应方面，越来越多的可再生电力携带的电网越来越受到挑战。在这种情况下，重要的是要注意，超市在像德国这样的国家中占所有电力消耗的1-2％[1]。由于食物的冷却或冷冻，超市具有很高的热容量。这也意味着该行业可以通过调整电力消耗来维持食物温度水平和其他电力消耗活动，例如展示案例的除霜和铁路加热，从而扮演“虚拟发电厂”的稳定角色。
图3超市中的控制器层次结构以及与网格的连接
大多数超级市场都是由连接到多个冷却案例的中央控制器管理的能量，以控制温度水平。超市中控件的层次结构以及与网格操作员的通信可以看到图3。值得注意的是，即使在较旧的系统中，控制设置的更改也可以在没有大笔投资的情况下进行，即压缩机制冷案例等主要资产也无需更换。
| 范围 | 价值 | Comment |
| 典型超市的热存储 | 25 kWh | 5.C temp. change in 20 cabinets of 500 kg food, cp=1.7 KJ/(KG.C) |
| 压缩机冷却能力以保持正常运行 | 100 kW | 全容量为250 kW |
| 压缩机功率为2.5 | 40 kW | 警察在这一年会有所不同 |
| 降低功率100至60％的时间 | 15 - 25 min | |
| 没有解冻的时间 | 90分钟 | 除霜事件不取决于冷却能力事件 |
| 解冻功率灵活性 | 13 KW | |
| 总功率灵活性 | 53 kW | 对于500家商店，高达26.5兆瓦 |
Table 1. Results and estimations on the flexibility in a typical supermarket
灵活性服务可以在各种变体中练习，并取决于电力提供商的需求，请参见图4。当网格中的频率下降以某个临界值下降时，将应用短期响应，并且压缩机需要在5到10秒内关闭。更长，定期安排的消费调整，例如在高峰时段，可以通过智能储能利用或特定量身定制的除霜时间表来获得。如果经过适当的管理，超级市场的正常施加冷却能力可能会增加20分钟，则可以提高20分钟，最重要的是，对特定网格请求的反应非常快。图4 - 1显示，实际执行的反应时间可以在几秒钟到几分钟之内。较长的事件持续时间提供较小的能力，因为热容量是恒定的。从公用事业方面，在MW范围内通常会变得有趣的灵活性，因此必须将商店聚集起来，从而使超市链非常适合管理此聚合。通常，几百家商店可以提供有吸引力的运营能力。应该注意的是，灵活性并不总是减少负载的问题。电网中的平衡问题也源于电力生产过多，例如在需求低的夜晚，风电场可能会产生大量电力。削减风电场是另一个问题，可以随着这种需求的增加而缓解。
图4超市灵活性机会
Combining heating and cooling
The cooling process produces heat like a heat pump, but traditionally this heat has not been used therefore released to the surroundings. Energy efficiency stakeholders today are asking the question on how and why this waste could happen and is still occurring in the majority of installments. While the answer to this question for sure is interesting – we like to turn it around and pragmatically look at the potentials of future mitigation of this waste. In this case, the development of CO₂ refrigeration systems appears to have made the business case for heat recovery very attractive.
图5.与热恢复和区域供暖（DH）连接的Co₂制冷系统的概念（简化）
系统可以相对容易地改装以进行热恢复，当然，需要观察到特定的商店条件。但是，全面探索的好处是诱人的，新商店应始终考虑最大化这个机会。图5显示了本文稍后提到的存储中热恢复概念的简化轮廓。使用两个加热电路以提取尽可能多的热量。高温电路为商店提供热水供应，也可能是热量导出的外部连接。第二个加热电路用于商店中的低温空间加热。
Co₂作为制冷剂
From January 2015 the new EU F-gas Regulation has been in force, and as from 2019 a global phase down of HFCs will commence. However, already in 2000 political pressure for phasing down the HFC's pushed the industry in e.g. Denmark to start looking for alternative refrigerants. Specifically, for supermarkets, this implied a dramatic change from refrigerants with high global warming potential (GWP) to low GWP substances like CO₂. Once introduced in the market a continuous improvement in energy efficiency of the systems took place during the 2000's but without considering heat recovery – however once refrigeration COP's were on peer with traditional systems [4], the heat recovery opportunity started to be investigated and soon appeared as very attractive due to CO₂'s high energy content at relatively high temperatures.
热恢复的案例
为了量化在区域供暖（DH）环境中，从结合加热和冷却来量化的收益，选择并监视了试点商店。1100平方米的商店位于丹麦的南部，以前被用作内部热量回收的案例研究[2]。从这项研究中，请参见图6，可以得出结论，商店的热量回收消除了先前使用的天然气加热的需求，而恢复的热量使总能源成本降低了28％，而CO₂排放量的减少约为34％。另请参见图6。
图6超级市场案例的能源成本和发射
图7基于数据表[5]计算了超级市场的平均负载曲线
传统上，超级市场设计用于高温负荷，尊重高温和高湿度或更明确的极端夏季条件
k = 1
问C=k×∑QC，K（1）
n
哪里问C是整个系统和Q的冷却能力C，k商店中的单个展示柜。K是一个安全因子，通常可以将其视为1.10 - 1.15。展示案例的冷却能力与测试条件有关，这意味着温度为25°C，湿度为60％（EU）。但是，由于季节性和每日变化或商店可以通风和空调的事实，名义容量很少被充分利用。
在丹麦的一个典型但较小的超市进行的彻底工作[5]揭示了名义能力的利用。值得注意的是，即使平均仅利用32％的容量利用，请参见图7。在封闭的商店条件下，即低室内温度和闭合显示案例容量利用率甚至可能下降到20％。冬季条件可能会产生更少的数字。总结；平均不使用65％ - 70％的安装压缩机容量，这为寻找这些资产的利用提供了巨大的机会，以供额外的供暖和/或冷却服务。
用于热量和/或冷却导出的系统设置
Once connected to a thermal grid the supermarket will face potential new opportunities beyond the traditional heat recovery. The only and necessary condition is to have a customer to the service and to be able to ensure a sound business case. The distinct outline of the heating system depends on the heating needs to serve. There are mainly two different methods:
- 升高返回线的温度
- 升级低温返回水到流量线温度。
要选择哪种类型的解决方案取决于热网络或DH运算符可以实现和接受的特定值。在设计系统时，还需要考虑一定数量的实用主义。轻松且强大的适应现有系统
图8与区冷却（DC）和（DH）的外部热网格连接的主要轮廓。虚线是制冷剂管，实线是水管
在查看投资回报的同时，是管理参数，而新商店更容易地使用“从书中”使用优化的概念。
服务人员几乎分为各自的技术领域，合并冷却和加热系统的含义不可低估。谁具有主要控制权，以及这对“新”连接系统的影响如何。为了克服这些潜在的陷阱，建议使用标准设置。
优化集成的智能能源系统中的运行条件
热恢复是根据商店中的冷却单元中获得的能量的定义，并且可以被视为“自由”奖励能量。在平行的传统热泵处理中，由于需要热量，因此是“既定的”。但是，使用额外的压缩机能力来制造和销售热量是整个24小时内动态的贸易机会。因此，需要进行自动评估，以便在何时以及如何运行获得有吸引力的成本余额的额外能力上。
假设一家超市平均具有100 kW的冷却能力（占全容量的35％），并且已经进行了40 kW的压缩机用电量进一步估算，请参见图9.无热恢复的常规CO₂制冷系统被选为基准（因子100）。节省第一和第二成本是施加内部热量回收的结果，这仅用于商店，并消除了气体加热系统。第三储蓄包括从销售热量到地区供暖系统所获得的收入，基于正常负载条件下的能源盈余。
第四节的节省被指定为未用于制冷的可用压缩机容量的进一步利用。假定在25％的时间内，由于高风能的产量，电价具有吸引力，并且加热警察为1.5。这种节省可能更高，但取决于当地条件。最后，第五笔成本是基于向电网运营商销售灵活性（DSF）的收入。DSF旨在优化用电量的时机通过在高峰时段降低除霜和负载，从而获得最低的电费。不平衡服务与快速载荷减少有关，以帮助保持网格频率如前所述。DSF服务还与热泵处理的扩展可能性有关。一年中的许多次可再生能源产量超过了计划的数量，需要引入负载。间接地考虑了第四次节省的电价低，但是额外的快速和计划外的坡道可能会激励未来。
Fig. 9 Cost reductions accumulated in an integrated smart energy system
可以估计相关的降低降低，请参见图10，以计算节省的气体消耗的含量以及DH出口部分（第五列）电力和热量产生之间的差异。DSF部分（第六列）被认为是零co poss的影响，因为它仅在移动能源消耗。但是，由于使用更多的风能时，从电源供应侧排放可能会保存到较低的基于CO的发射能量。
图10。蓄能减少累积
结论
传统的超市制冷系统可以将智能能源系统的可再生能源优势与环保制冷剂相结合，采用新的完整系统方法，以最佳使用灵活地启用电气和热网络。这种新的完整系统方法可以利用这些好处，以确保积极的业务观点。
The actual load conditions for supermarkets are characterized by a low load utilization. This low load usage can be exploited for extra heat pump operation that can empower supermarkets to become decentral heat suppliers.
CO₂是一种非常适合整合加热和冷却的制冷剂，因为它在现有组件矩阵中具有卓越的加热和冷却特性。
超级市场可以通过在可变电价的背景下利用压缩机容量的全部潜力来获得大量的累积成本和排放节省。累积节省在40％的范围内。通过考虑全部能源节省的潜力，累积的储蓄量可以在60 - 70％的范围内。如果可以利用地区冷却和区域供暖的结合，则可以节省更多。
能源系统集成的特定设置将取决于当地条件和机会。在每种情况下，都需要开发详尽的业务案例。为了提高成功的确定性，强调特定的解决方案指南以利用热回收电位。