Fra vindkraft til varmepumper - Erfaringsnotat

Transkript

1 Til Afrapportering af projektet Fra vindkraft til varmepumper - Erfaringsnotat 2. maj 2012 GW/OKJ Indholdsfortegnelse: 1. Projektets formål og målsætning Indledning Målsætning De nødvendige målinger Datahåndtering og informationsudveksling Opgraderingspakker og eftermontering Tilbud til husejere der modtog tilskud til skift fra oliefyr VVS eftermontering af sensorer og følere Målsætning Den valgte løsning Den faktiske implementering Forslag til forbedringer Montering af Styreboks Målsætning Den valgte løsning Den faktiske implementering Forslag til forbedringer Styreboksens funktionalitet Målsætning Den valgte løsning Den faktiske implementering Forslag til forbedringer Målesensorer Målsætning Den valgte løsning Den faktiske implementering Forslag til forbedringer Dok /12, Sag 10/3664 1/24

2 6. HW og SW udviklingsprocessen Målsætning Den valgte løsning Den faktiske implementering Forslag til forbedringer API og dokumentation Målsætning Den valgte løsning Den faktiske implementering Forslag til forbedringer Hjemmesiden samt mail og telefonsupporten Målsætning Den valgte løsning Den faktiske implementering Forslag til forbedringer Webservice Målsætning Den valgte løsning Den faktiske implementering Forslag til forbedringer Dok /12, Sag 10/3664 2/24

3 1. Projektets formål og målsætning 1.1 Indledning Dette notat beskriver de praktiske erfaringer i projektet Fra Vindkraft til Varmepumper, med at etablere målinger og styring af ca. 300 nye varmepumper. Der er leveret bidrag fra IC Electric, Aros teknik, SE, LIAB, NeoGrid samt EXERGI. Notatets formål er at sammenfatte de indhøstede erfaringerne fra de mange aktører der har bistået Energinet.dk i demonstrationsprojektet. Det er vigtig at understrege, at demonstrationsprojektet har haft det særlige sigte, at teste Smart Grid Ready varmepumper selv om disse ikke fandtes på markedet. Løsningen blev et opgraderings-kit hvor eksisterende varmepumper blev forsynet med el- og varmemålere samt en styreboks der stod for kommunikationen til projektets server. Energinet.dk og Energistyrelsen har stået for omkostninger til opgraderings-kit og eftermontering. I projektet er der undersøgt de mulige gevinster ved, at varmepumper bliver Smart Grid Ready, således at de bl.a. kan levere fleksibelt elforbrug samtidig med at kunderne får den ønskede varmekomfort. Det er forfatternes håb at disse praktiske erfaringer kan bidrage til udviklingen af Smart Grid Ready varmepumper, hvor åben IT-kommunikation og målinger er indbyggede funktioner i varmepumpen. 1.2 Målsætning Projekt Fra Vindkraft til Varmepumper har som overordnet målsætning, at udvikle og afprøve styringskoncepter hvor en varmepumpe, dels skal sikre husets behov for opvarmning og brugsvand ud fra kundens indeklima-ønsker, og dels bruge elektricitet på tidspunkter hvor produktions- og leveringsomkostninger er lavest mulige og/eller miljøbelastningen minimal. En sådan styring forudsætter målinger af en række parametre i varmepumpe og bolig, prognoser for vejr og elpriser samt, en online-kommunikation imellem varmepumper og en central server. Det er her underordnet, hvorvidt styringen fastlægges lokalt i varmepumpen eller centralt på en server. Det afgørende var - og er - at styringsopgaven kun kan løses, hvis de nødvendige informationer er til stede, samt at det sker en fortløbende informationsudveksling imellem varmepumpe/bolig og elsystem. Demonstrationsprojektets store udformning fra start var, at der ikke fandtes varmepumper på markedet med de nødvendige måleudstyr og Internetkommunikation. I denne situation valgte Energinet.dk bistået af Energistyrelsen, at udvikle en opgraderingspakke der gjorde eksisterende varmepumper i stand til at indgå i demonstrationsprojektet. Ud fra en markedsmæssig og økonomisk betragtning vil det selvsagt være langt billigere, hvis producenterne havde indarbejdet disse funktioner i den industrielle produktion af varmepumperne. Dok /12, Sag 10/3664 3/24

4 Projektets teknologiske push -strategi er, at hvis demonstrationsprojektet kan dokumentere at styring er til gavn for såvel kunde som elsystem, ville dette øge producenternes interesse for at levere Smart Grid Ready varmepumper, hvor alle disse funktioner indbygget fra start. Opgradering af varmepumper og eftermontering måleudstyr skal således ikke betragtes som en markedsmæssig fornuftig løsning, men et forsøg med fremtidens integrerede varmepumper, til inspiration for markedets aktører, forbrugerne og myndighederne. 1.3 De nødvendige målinger Ved traditionel styring af et varmeanlæg er temperaturen indendørs i fokus. Det betyder, at anlægget tændes når temperaturen er lav og slukkes når det passerer en øvre komfort-temperatur. Varmepumperne har typisk samtidig en temperaturmåler udenfor bygningen for at optimere varmepumpens drift. Når en varmepumpe skal levere fleksibelt elforbrug til elsystemet er opgaven en ganske anden. Her skal varmeproduktion frem- eller udskydes ift. det lokale varmebehov, uden at dette går ud over boligens varmekomfort. Dette betyder, at bygningens forbrugsmønster, evne til at lagre energi og tidskonstanter skal estimeres, samtidig med at energistrømme mellem varmepumpe og centralvarme måles. Ved projektets start fandtes der ikke varmepumper der havde disse målepunkter. Hertil kom at varmepumpernes egne målinger og informationer ikke umiddelbart kunne trækkes ud og kombineres med andre informationskilder, f.eks. prognoser for vejr og elpriser. Ved projektstart blev de nødvendige målinger for en Smart Grid Ready varmepumpe defineret: Temperatur inde i bolig og umiddelbart udenfor Varmepumpens elforbrug Centralvarme flow og temperatur frem og retur Varmt brugsvand flow og temperatur frem og retur Brugsvandstankens temperatur Alle målere aflæses hvert 5. minut, og stilles til rådighed for Energinet.dk s server. 1.4 Datahåndtering og informationsudveksling Styringskonceptet forudsætter kommunikation imellem varmepumpens eksterne styreenhed og Energinet.dk s server. Dette sker via kundens Internetforbindelse, der dels oploader måleværdier og dels henter styreordre samt prognoser for vejr og elsystem til varmepumpens styreenhed. I projektet er der valgt en løsning hos kunden, hvor en styreboks er direkte forbundet med varmepumpe og måleudstyr via kabler og trådløs kommunikation til temperaturmålinger. Dok /12, Sag 10/3664 4/24

5 1.5 Opgraderingspakker og eftermontering Demonstrationsprojektets varmepumper har modtaget tilskud fra Energistyrelsens skrotningsordning for oliefyr. Dette betyder at det drejer sig om helt nye anlæg, der findes på Energistyrelsens positivliste. Den oprindelige tanke var, at måleudstyr skulle indgå i den samlede installation af de nye varmepumper. En elektriker skulle efterfølgende tilslutte målere og styreboks, samt sikre at boksen kom i kontakt med Energinet.dk s servere via kundens Internet. Energinet.dk gav IT-firmaet LIAB i opgave at udvikle styreboks og software baseret på Open Source. Parallelt hermed blev der indkøbt købt temperatur, flow og elmålere. Den færdige boks samt måleudstyr blev leveret til hhv. to elinstallatører (IC Electric og SE) (efter udbud) og husejerens lokale VVS er. Firmaet LIAB fik samtidig i opgave at etablere en hjemmeside og en serverapplikation, som bl.a. skulle opsamle alle måledata. Hjemmesiden skulle samtidig bruges som omdrejningspunkt for projektadministration og kontakt til husejere, VVS ere og el-installatørerne. 1.6 Tilbud til husejere der modtog tilskud til skift fra oliefyr Alle husejere, der havde modtaget tilsagn om tilskud til at udskifte oliefyr med en varmepumpe blev orienteret om demonstrationsprojektet. Tilbuddet blev annonceret i Energistyrelsens tilskudsskema samt på Energinet.dk s hjemmeside. Energistyrelsen og Energinet.dk tilbød at dække samtlige omkostninger til måle- og kommunikationsudstyr samt installation heraf. Betingelsen for var at projektet fik adgang til samtlige målinger i projektperioden der udløber i Husejerenes respons vil blive behandlet i særskilt notat. Dok /12, Sag 10/3664 5/24

6 2. VVS eftermontering af sensorer og følere 2.1 Målsætning Energistyrelsens tilskud til udskiftning af oliefyr med varmepumper var baseret på at husejeren selv skulle indgå aftale med en VVS-installatør. Tanken i selve demonstrationsprojektet var, at kundens VVS-installatør samtidig skulle installere de supplerende sensorer og følere. Denne ekstraopgave skulle VSinstallatøren afregne direkte med Energinet.dk gennem LIAB der foretog udlæg herfor. 2.2 Den valgte løsning I projektet valgte man, at flowmålere og sensorer skulle opsættes af den VVSinstallatør som skulle installere selve varmepumpen. Udgangspunktet var, at den installatør der havde et indgående kendskab til anlægget også ville bedst egnet til at supplere med målere og samtidig sikre at anlægget ville køre optimalt. Dertil kom at denne VVS er havde en garantiforpligtelse overfor kunden. Her ville være enklest at denne blot blev udvidet med en erklæring om at montage af udstyret ikke påvirkede varmepumpens drift. Udover VVS ernes garantier har 12 varmepumpefabrikanter på forhånd givet tilsagn om at montage af projektets måleudstyr ikke ville påvirke de generelle garantiforhold. 2.3 Den faktiske implementering I praksis var det vanskeligt at få distribueret sensorer, føler og vejledning samt indgå aftaler med kundernes VVS ere før de havde installeret varmepumperne. Dette nødvendiggjorte et trægt eftermonteringsforløb, hvor de enkelte VVS ere skulle overbevises om at de skulle indgå en separat aftale med projektsekretariatet, besøge kunden på ny, samt efterfølgende give klarmelding til sekretariat og fremsende faktura. Flere firmaer fandt betalingen for eftermontering på kr. for lav og nogle større firmaer nægtede at udføre opgaven. På grund af manglende motivation hos VVS ere, blev det midt i forløbet besluttet at udpege nogle få VVS-firmaer der skulle stå for eftermonteringen. Det viste sig imidlertid at være svært at finde interesserede firmaer. Efter flere kontakter, samt efter at den maksimale afregningspris blev hævet blev der indgå aftaler med 5-6 firmaer der stod for eftermontering på de sidste installationer. Det skal dog bemærkes, at de resterende eftermonteringer var de mest komplicerede, samt hos kunder hvor installatørerne skulle køre langt. VVS fejlretninger / selve VVS arbejdet Der tegner sig et billede af, at flere VVS-installatører enten ikke har været tilstrækkeligt informerede eller opmærksomme på vigtigheden af at målere og sensorer blev installeret korrekt. Der er ikke en optælling af hvor mange steder VVS montørerne har lavet fejl. Teknologisk Institut har gennemgået 10 problematiske installationer. Typiske fejl er at målere er vendt forkert, sensorer blot tapet på varme/brugsvands-rørene og ikke sat i en dyklomme, som foreskrevet. I flere tilfælde blev føleren på brugsvandstanken ikke monteret. Dok /12, Sag 10/3664 6/24

7 VVS fejlretninger / udskiftning af flowmålerne I første omgang blev der benyttet Grundfos flowmålere på l/min. En række målere blev på et tidligt tidspunkt i projektet udskiftet til en mindre (2-40 l/min.), for at opnå en bedre målenøjagtighed ved lavt flow. Midtvejs i projektet blev der konstateret at årsagen til besynderlige resultater skyldes fejl i en række af flowmålerne. Grundfos fik lavet en ændring af flowmåleren, hvorefter der blev foretaget ca. 40 udskiftninger i perioden september 2011 til januar Grundfos har påtaget sig ansvaret for de fejlbehæftede målere og stået for den praktiske udskiftning. Samtidig har Grundfos benyttet projektets erfaringer til at forbedre flowmålerne. Samspillet mellem VVS-firmaer og projektets sekretariat skal afslutningsvis kort kommenteres. Flere VVS ere fandt opgaven administrativt tung, hvilket affødte et langt større arbejde i sekretariatet end forudsat med at rykke for skemaer, klarmeldinger og fakturaer. Fra andre tilskudsordninger vides, at VVS ere ikke er glade for de tilhørende administrative opgaver og dette projekt er ingen undtagelse. Særlig har det været problemer med tilbagemeldinger om opgavernes udførelse, kvalitetssikring og afslutning. LIAB varetog i starten sekretariatsfunktionen som omfattede kontakten til VVSinstallatører og kunderne. Denne opgave omhandlede aftaler, vejledning, udsendelse af udstyr, klarmelding og afregning. Selv om sekretariatsopgaven låg uden for LIABs fokusområde, accepterede it-firmaet, grundet sagens hast, at varetage administrative opgaver i en opstartsperiode, Midt i forløbet blev sekretariatet flyttet til ArosTeknik. Vurderingen var at det var behov for et firma med større energiteknisk indsigt og med kundeservice som en kernefunktion. Samtidig ønskede LIAB at fokusere på firmaets fokusområde udvikling af hardware og software til projektet. ArosTeknik har en stor energiteknisk indsigt og erfaring med service og administration af udviklingsprojekter. Det er vurderingen, at skiftet forbedrede kontakten til VVS ere og disses forståelse for opgavens indhold og myndighedskrav. Selve skiftet betød dog at sekretariatsfunktionen var uarbejdsdygtig i 1½ måned. Dette gav anledning til en række forsinkelser og generel irritation. Flere sager blev forsinket i op til 2½ måned til gene for kunder og VVS ere. Så den første tid efter skiftet gik med at modtage rykkere fra husejerne, både mht. vvs montage, eller opsætning af styreboks. ArosTeknik rykkede i første omgang VVS erne med en fælles mail sendt ud via hjemmesiden. Den viste det sig senere at flere ikke havde læst, da den fejlagtig blev opfattet som reklame. ArosTeknik forsøgte dernæst at fremme processen via hyppige telefonsamtaler med de involverede kombineret med inddragelse af husejerne, således at de to parter i fællesskab rykkede de sidste installatører for klarmeldinger, erklæringer og fakturaer. Denne fremgangsmåde betød samtidig at de sidste installationer kom i hus i april måned - et år senere end oprindelig planlagt. Dok /12, Sag 10/3664 7/24

8 Monteringsvejledningen til VVS erne fungerede godt og mange husejere læste også denne, idet den blev sendt ud sammen med deres tilmeldingsbrev. 2.4 Forslag til forbedringer Installation af målere og sensorer har været en meget tung, langstrakt og omkostningskrævende proces. Forhåbentlig vil disse målere være en integreret del af fremtidens Smart Grid Ready -varmepumper. På den anden side har den ressourcekrævende eftermontering netop haft til formål at analysere og dokumentere de fordele der følger af at varmepumperne bliver digitale med en række målinger og informationsudveksling via Internet. Med den givne præmis, at måleudstyr og sensorer i dag ikke er en del af en standard varmepumpe, er der dog fortsat en række erfaringer som har relevans for tilsvarende projekter, og som inspiration til de næste generationer af varmepumper. For det første er det utroligt vigtigt at VVS erne er godt informeret om projekts formål, udstyrets funktion samt vigtigheden af at målere installeres korrekt. I lyset af at det fremsendte skriftlige materiale ikke altid er fulgt i en travl hverdag, kan der overvejes at satse på en mindre gruppe VVS ere der til gengæld får tid og mulighed for sætte sig godt ind i opgaverne. Her vil det samtidig være mulighed for at opnå en tæt kontakt til sekretariatet og de tilknyttede eksperter. Særlig skal der fokuseres på VVS erne selv kan diagnosticere og fjernovervåge egne installationer i kraft at måleudstyr og Internet-tilslutning. Dette åbner nye muligheder for en langt mere ressourceeffektiv service fra VVS ernes side. For det andet er det vigtigt at ansvaret for installation og måleudstyr samles hos én installatør, og at spørgsmål om garantier fra producent og installatør håndteres fra start. Som allerede nævnt er målerne installeret for at sikre at varmepumpen kan fjernovervåges og køres optimalt. Men en række fejlinstallationer tilsiger, at det er vigtigt at måleudstyret installeres af en person der selv har fuld indsigt i den samlede varmepumpe- og centralvarmeanlæg. For kunden kan det også virke forvirrende med flere installatører, med dertil hørende tvivl, om hvem der har den samlede overblik og ansvar, og hvor garantiforpligtelsen er placeret. For det tredje viser projektet, at det er vigtigt at der benyttes målere der er korrekt dimensionerede og indbyrdes justerede. Dette gælder især ved gulvvarmeinstallationer hvor selv mindre udsving i temperaturmålinger har stor indflydelse på de beregnede energistrømme. Projektet har lidt under fejl i flowmåler og ikke afstemte temperaturmålere, hvilket har givet anledning til en række spørgsmål om installationer, dataloggere og beregningsalgoritmer. For det fjerde bør der fokuseres på valg af målere og arbejdsfordeling imellem VVS er og elektriker. Det er først ved opsætning af databoks og tilslutning som det kan konstateres om målerne virker efter hensigten. Dette peger på at det vil være hensigtsmæssigt, hvis elektrikeren i større omfang stod for installation af målere for temperatur og flow. Dette forudsætter dog, at der skal vælges målere som elektrikeren kan installere uden at tømme anlægget for vand. Dette kan sikres ved, at VVS erne installerer afspærringsventiler således at målere Dok /12, Sag 10/3664 8/24

9 kan eftermonteres og udskiftes uden at tømme anlægget for vand. Endelig er det oplagt at benytte målerholder, hvor f.eks. en elinstallatør kan udskifte måleenheder helt uden at gribe ind i varmeanlægget. Projektdeltagerne har stillet forslag om at det ved et lignende projekt, gennemføres komplette installationer for et mindre antal anlæg, f.eks. 20 styk, og at disse efterfølgende bruges til evt. justering af konceptet samt til undervisning for de installatører der skal stå for den fulde urdrulning. De første installationer kan passende dokumenteres på hjemmeside med referencer og hotlinefunktion. I lyset af de betydelige logistikomkostninger er det foreslået at udrulning sker for afgrænsende geografiske områder, og helst med relativt få firmaer der til gengæld opnår stor erfaring med udstyr og samarbejdspartnere. Gentagne gange fremhæves vigtigheden af at VVS-installatører der tager ansvaret for varmepumpens installation og drift, og som evner at forklare kunderne hvad varmepumperne, herunder hvad projektets hjemmeside kan formidle af driftsdata. Set fra et kundesynspunkt er VVS eren (sammen med elektrikeren) projektets repræsentant overfor kunden og dennes ageren og viden er helt afgørende for forbrugernes oplevelse af projektet. I flere sammenhæng fremhæves de praktiske vanskeligheder med at varmeinstallationer kan være meget forskellige ift. beskrivelsen i vejledningsmaterialet. Det peges ligeledes på at problemerne med at aftale møder med en række kunder for blot at udføre en forholdsvis beskeden opgave med et begrænset honorar. Set fra kundesynspunkt blev installationsprocessen hos en del oplevet som en langvarig proces, hvor det nye sekretariat har påtaget sig rollen som kundens sagsbehandler, der guider kunden igennem et til tider komplekst og langtrukket forløb. Dok /12, Sag 10/3664 9/24

10 3. Montering af Styreboks 3.1 Målsætning En elektriker skulle stå for installation af elmålere som måler varmepumpens samlede elforbrug, tilslutning af flowmålere og temperaturmålere, styreboks samt opkobling via kundens Internet. Samtidig skulle elektrikeren give en endelig klarmelding af hele installationen til sekretariatet. Energinet.dk lod fra start IT-firmaet LIAB udvikle en styreboks, der målte elforbrug, opsamlede data fra alle måleenheder og sensorer samt sikrede en onlinekommunikation til Energinet.dk s server. Software på både server og styreboks gør det muligt at styre varmepumpen lokalt eller via server. Det oprindelige ønske var, at styreboksen skulle udveksle styre-informationer og ordre med varmepumpens indbyggede styreenhed. Dette var imidlertid ikke muligt at få adgang til varmepumpens interne måledata og styrekoncepter. Løsningen blev en simpel overstyring, hvor styreboksen kunne tænde og slukke varmepumpen via en europæisk standard kaldet EVU, der blot en et simpelt relæ der brydes eller sættes Kommunikationen til Energinet.dk s server skulle sikres via kundens egen Internet-tilslutning, hvor det blev stillet krav om kablet Internet ud til varmeinstallation (dvs. ikke WiFi). 3.2 Den valgte løsning For at smidiggøre processen blev der valgt to elinstallationer der skulle stå for alle elinstallationer i demonstrationsprojektet. Opgaven blev fordelt efter begrænset udbud. 3.3 Den faktiske implementering Installationsprocessen har nydt gavn af, at de udvalgte installatører fik en introduktion fra sekretariatet forud for arbejdets påbegyndelse. Set fra elektrikerside har opgaven været præget af at varmepumper og installationer kan være meget forskellige, med mange fabrikater og modeller af varmepumper. Nogle luft/vand varmepumper kører forsyningen i ude-delen, mens andre bliver forsynet fra inde-delen. Dette har bevirket flere besøg for at få registeret elforbruget korrekt. I projektet har det indgået varmepumperne med så stor eleffekt, og de skulle forsynes med 20 eller 25A. Dette er styrboksene slet ikke designet til og der har ikke været materialer med til at løse disse opgaver. Det har ført til en række ekstra besøg og arbejde. Hertil kommer fejl i enkelte styrebokse. Kravet om kablet Internet viste sig at være en betydelig forhindring. De fleste huse i projektet er beliggende i landdistrikter, hvor varmepumperne er installeret i udhuse eller staldbygninger. I disse lokaler er der ikke lagt Internetkabler, og flere husejere har været afvisende overfor en kablet løsning, netop fordi de havde installeret trådløs Internet (WiFi). Dok /12, Sag 10/ /24

11 Principielt er brug af kundens Internet en smart og billig løsning. De mange og forskellige opsætninger, skift at udbydere osv. har dog betydet, at det har været en relativt ressourcekrævende at forfølge denne strategi og sikre at styrebokserne kom på nettet og blev ved med at udveksle data stabilt. Kravet om kabelført Internet var en betingelse for at deltage i projektet. Dette betød i praksis at elinstallatørerne har brugt en hel del tid på selve Internetforbindelsen og til at trække kabler. Trækning af synlige kabler fra kundens router var bestemt ikke efter flere ejeres ønske, og flere kunder afviste denne mulighed når elektrikeren mødte op. Midt i projektet blev der åbnet op for brug af WiFi, da en række kunder stillede dette som et krav, og frabad sig kabling. I alt har ca. 25 pct. demohusene baseret kommunikationen på egen WiFi. I nogle tilfælde var dette en naturlig løsning pgra. af varmepumpen s placering i andre bygninger, i andre sammenhænge fordi kunderne fandt det uacceptabelt da de i øvrigt brugte trådløst Internet i hjemmet. Det som installatørerne oplever som mest besværlig mh.t. opsætning af styreboksen, har været internetopkobling og montering af temp. føler i varmtvandsbeholder. Montering af temperaturføler i varmvandsbeholder har givet udfordringer m.h.t. montering på varmepumper med integreret varmtvandsbeholder, da der skulle findes egnet placering på de forskellige modeller og laves hul i isoleringen. Vejledningen opfattes som egnet og det har klart været en fordel at de samme personer som har udført elinstallationen, hvor de indhøstede erfaringer har kommet de efterfølgende kunder til gode. Havde det været en ny elinstallatør hver gang ville det nok have været mere problematisk. Fejlretninger: 25 % af de opsatte netforbindelser blev trådløse, og i en del af disse er udstyret lagt ind bag beklædningen i selve styreboksen. En mere perspektivrig løsning er, at de placeres udenfor, da det kun er en elektriker må gå ind bag beklædningen, og derfor skal de besøges af en elektriker igen, hvis der konstateres at boksen er offline. DONG Energy s eflex forsøg har sat måleudstyr op hos ca. 40 af deltagere på Sjælland. Her viste det sig at man ikke kunne få varmepumpens elforbrug overført til dette projekts styreboks. Det blev der fundet en let løsning med S0- signal,som dog betød at der skulle et nyt besøg hos kunden. Batteriet i udefølerne løb hurtigt tør, da de fra fabrikken var indstillet til signal hvert 5 sekund, Sekretariatet har derfor sendt nye batterier af sted til ca. 20 husejere nu. Husejerne har skiftet dem og indstiller samtidig udeføleren til et signal hvert 5. minut. 3.4 Forslag til forbedringer De medvirkende elinstallatører efterlyser en smidigere proces, hvor de enkelte kan få status for installationsarbejderne hos de enkelte kunder. I flere tilfælde Dok /12, Sag 10/ /24

12 har de manglende oplysninger om VVS-arbejder, givet anledning til unødvendige kørsler eller ekstra besøg. Det var i øvrigt et problem at VVS-montagerne foregik over så lang en periode, hvor antal montage-arbejder blev så få at det ikke kunne betale sig at besøge fjernt beliggende kunder. Det er en klar anbefaling, at lignende projekter fra start af designes med en multi Plug & Play trådløs-opkobling enten via GSM eller WiFi. Med tanke på vigtigheden af stabil kommunikation for at styre varmeanlæg og indeklima bør der overvejes at der etableres en separat Internet-kommunikation (GPRS) som er uafhængig af kundens installationer og vaner (f.eks. med at slukke for router om natten og i ferieperioder). Denne løsning bliver stadig mere attraktiv i takt med at priser på rene data-abonnement er faldende, og er udviklet hen i mod forsøgets slutning af firmaet LIAB Helt generelt gælder at det vil være oplagt, at de eftermonterede funktioner var en integreret del af varmepumpen. I tilfælde af at der skal gennemføres en eftermontering forekommer brugen af få installatører at være en egnet løsning. Via en tæt koordinering med VVS-installatører og sekretariat kan arbejde og transport optimeres. Fortsat gælder at håndværkerbesøg hos kunderne er meget ressourcekrævende og baseres på kundernes positive medvirken. En feature som havde lettet arbejdet og måske også ville være interessant for kunderne var, hvis de kunne blive varslet automatisk på mail/sms når driftsforhold ændres væsentligt f.eks. indendørs temperatur eller elforbrug.. Dok /12, Sag 10/ /24

13 4. Styreboksens funktionalitet 4.1 Målsætning Energinet.dk lagde fra projektets start stor vægt på at der skulle etableres en åben platform. Det var flere årsager til dette valg. For det første ønskede Energinet.dk ikke at give en markedsaktør særlige konkurrencemæssige fordele ved at netop deres platform blev valgt. For det andet skulle en åben platform gøre det muligt for, at forskellige aktører at integrere andre måleenheder og funktioner og sikre sammenhæng på tværs af udstyr og producenter. Et særligt hensyn var at det skulle være enkelt for producenter at varmepumper at overføre teknologien således at disse funktioner efterfølgende kunne blive en integreret del i fremtidens Smart Grid Ready varmepumper. 4.2 Den valgte løsning Det fandtes ved projektets start ikke en boks der levede op til de formulerede krav om en åben platform, hvor forskellige aktører kunne implementere software. På denne baggrund fik IT-firmaet LIAB i opgave at udvikle en boks med afsæt i Open Source-arkitektur og Linux. 4.3 Den faktiske implementering Grundlæggende har styrboksen fungeret og været i stand til at opsamle måledata og levere styresignaler. De største problemer knytter sig til samspillet med kundens Internet-opkobling, hvor det har været en del udfald. Årsagerne skyldes formentlig en bred vifte af forskellige forhold, herunder kunder der kommer til at slukke for routeren, har skiftet netudbyder, ustabil mobile Internet. Den tekniske dokumentation af boksen og dets funktioner er nærmere beskrevet i efterfølgende afsnit. Generelt har der dog været et problem, at dokumentationen er fremkommet meget sent i forløbet, således at det har været vanskeligt for andre aktører at sammenkæde denne med andet udstyr eksempelvis udvikling af softwareløsninger til samtidig styring og overvågning af flere installationer i en såkalt Virtuel Power Plant (VPP) 4.4 Forslag til forbedringer Styreboksen blev etableret som en add on til varmepumpen, hvor den perspektivrige løsning er at disse funktioner bygges ind i selve varmepumpen. Dette sætter samtidig fokus på et at projektets paradoksproblemer, nemlig at det har været svært at få adgang til de digitale informationer som varmepumpen rummer ang. driftstilstand og startegier, interne målinger m.v. En anden mulighed er at andet udstyr i hjemmet, f.eks. en udvidet router overtager ansvaret for kommunikationen og samordner dette med andre digitale tjenester i hjemmet. Den største udfordring er at sikre smidig kommunikation imellem forskellige platforme og måle- og styreenheder. Når der lægges vægt på en åben IT-arkitektur er det vigtigt at fra start fastlægge og formidle spilleregler og tidsplaner, således at interesserede aktører kender rammerne for at involvere sig heri. Dok /12, Sag 10/ /24

14 5. Målesensorer 5.1 Målsætning Det har været målsætningen at udvikle et billigt og pålideligt koncept med sensorer (hyldevarer) til at registrere energitransporter til/fra centralvarmeanlæg og brugsvandstank. I stedet for at indkøbe energimålere er er varmeforbruget søgt beregnet ud fra separat måling af vandflow og temperaturer. 5.2 Den valgte løsning Der måles frem og retur temperaturer i både rumvarme og varmtvandskreds. En af disse temperaturer måles med PT1000 sensorer, den anden med en Grundfos flowmåler. Herudover måles tanktemperatur med en PT1000 føler og inde og ude temperatur måles med et trådløs sensor af mærket Prudual. 5.3 Den faktiske implementering Som beskrevet i kapitel 2 har det været en række vanskeligheder med at implementere idéen med at beregne energitransporter ud fra temperatur og flow. For det første kom der belægninger på nogle af flowmålerne, så disse skulle skiftes af Grundfos. Der arbejdes pt. på at ændre design og materialer på flowsensoren. Samtidig var de første flowmålere forkert dimensionerede, hvilket ligeledes gav anledning til store måleunøjagtigheder. Det skal dog bemærkes at Grundfos har været meget samarbejdsvillig og aktivt forsøgt at afhjælpe projektets problemer samtidig med at sensorerne er videreudviklet. For det andet har unøjagtigheder i temperaturmålerne vist sig at have stor betydning når varmelevering til gulvvarmeanlæg skal beregnes. Umiddelbart vil man forvente at mindre unøjagtigheder i temperaturmålinger kun har ringe Dok /12, Sag 10/ /24

15 betydning. Projektet har imidlertid dokumenteret at når det drejer sig om gulvvarme med små temperaturdifferencer kan måleunøjagtighed være alvorlig. PT1000 følerne ser ud til at have fungeret i overensstemmelse med de givne specifikationer. Dog bør de kalibreres parvis og der kunne med fordel have anvendt en PT1000 føler i både retur og fremløb. Det er svært at efterfølgende kalibrerede de to temperaturer i varmekredsen som setup'et er i dag. Temperatur-sensorerne i f.eks. flowmåleren har en unøjagtighed i de aktuelle målinger på +-0,125 gr.c. Når disse to målere ikke er indbyrdes kalibreret kan dette føre til målefejl på op til 0,25 gr. hvilket for gulvvarme kan svare til en fejl på hele 20%. De trådløse temperaturmålere er ok og har fungeret efter hensigten; men forindstillingen af udeføleren skulle have været stillet til at sende hver 5. min, så den ikke bruger så meget batteri. Det kunne have været en fordel hvis der havde været anvendt et standard batteri i de trådløse temperaturfølere. Forbrugerne er meget opsat på at få dokumenteret om varmepumpen rent faktisk leverer en COP på 3, som der er markedsført med. Her er målefejl alvorlige i det forbrugerne risikerer at få et helt forkert billede af varmepumpens faktiske ydelse. Som tidligere beskrevet var de trådløse temperaturfølere til måling af rum- og udendørstemperatur indstillet til for hyppige målinger, hvorfor batterierne hurtigt løb tør for strøm. Dette blev korrigeret af brugerne. 5.4 Forslag til forbedringer En af de centrale overvejelser i et projekt som dette er, hvordan der kan sikres pålidelige målinger af energibevægelser i varmepumpe, centralvarmeanlæg og brugsvandsforsyning. Anskaffelse af en række professionelle energimålere vil være meget omkostningskrævende. Omvendt må det konstateres at en kombination af forskellige målere har givet anledning til en række problemer. Brug af flowmålere har været forbundet med en række udfordringer som bl.a. har affødt ekstra kundebesøg og installationsopgaver. Samtidig har projektet sat fokus på vigtigheden af parvise kalibreringer ved målinger af varmeleverancer med små temperaturdifferencer. I lyset af at kundernes store fokus på varmepumpernes faktiske ydelse (COP) og i deres hjem, kan det overvejes om der ikke skulle installeres en professionel energi/afregningsmåler for den samlede varmeproduktion, mens der anvendes flowmålere og temperaturfølere til beregningsmæssig fordeling af varme til henholdsvis rumvarme og varmt brugsvand. Lige nu forsøges temperatursensorerne i rumvarmekredsen kalibreret på et tidspunkt hvor der ingen cirkulation er. Det har de ulemper at det reelt kun kan gøres udenfor rumvarme-sæsonen, samt at kalibreringen ved f.eks. 22. Den optimale kalibrering ville være, at sætte begge følere i et glas varmt vand eller at lave en elpatron-test. Den går ud på at køre anlægget udelukkende via elpatronen en time. Det forudsætter at COP er 1 og man kan regne baglæns til temperaturforskellen med frem- og returtemperaturen. Dok /12, Sag 10/ /24

16 6. HW og SW udviklingsprocessen Hardware og software i demonstrationssystemet består af to dele: dels en dataopsamlings- og styrebox, der er opsat nær varmepumpen i husstanden, der er tilmeld som demoinstallationer i projektet: Fra Vindkraft til Varmepumper, dels en central server der opsamler de indhøstede data. Styreboksen indeholder en lille computer med lavt strømforbrug, der skal køre hele tiden. Denne computer er udviklet fra bunden af firmaet LIAB ApS, idet der benyttes en konstruktion, som firmaet har flere års erfaringer med. Computeren benytter operativsystemet Linux, som blandt andet er karakteriseret ved at kildekoden til systemet er åbent. Med afsæt i operativsystemer har LIAB programmeret en række applikationer, som indhenter data, gemmer dem i en midlertidig hukommelse for derefter at afsende dem via Internettet til den centrale server. Tilsvarende indeholder computeren applikationer, som kan modtage tidsstemplede styrekommandoer fra den centrale server. Disse kommandoer kan så benyttes til at starte og stoppen varmepumpen. Det blev tidligt i projektet aftalt, at såvel hardware (dvs. computerelektronikken) som software (Linux styresystem plus applikationer) for styreboksen skulle open sources. Det er således her ved projektets afslutning muligt for enhver at downloade beskrivelser af hardwaren og de tilhørende kildetekster fra en server på Internettet. Man finder derimod ikke en komplet beskrivelse af softwaren til den centrale server, men derimod beskrivelser af kommunikationsprotokoller og eksempelprogrammer på en simpel server-implementering. 6.1 Målsætning Det har været målsætningen at opbygge et komplet dataopsamlings- og styresystem til varmepumper, baseret på en opkobling mellem de decentralt placerede styrebokse og den centrale server. Denne målsætning er ganske ambitiøs, idet et virkende system afhænger af at såvel den udviklede hardware som den udviklede software virker stabilt. Samtidig skal systemet være fejltolerant overfor udfald af såvel strømforsyning som varmepumpeejernes Internet-opkobling. Sidst skal systemet indeholde muligheder for fjernopdatering af softwaren i styreboksen. 6.2 Den valgte løsning Med hensyn til styreboksen er der valgt en løsning, hvor selve Linuxcomputeren sidder på et printkort og elektronik til måling af signaler fra temperaturfølere og flowmålere sidder på et andet printkort. Konstruktionen er lavet således, at disse to printkort kan placeres i en plastkasse, der overholder standardiserede mål for eltalver. Dette betyder, at en elektriker eller eltavle-bygger nemt kan opbygge den komplette styreboks med elmåler, klemrækker osv. Styreboksen opkobles til Internettet via en trådet forbindelse (Ethernet, 10/100Mbit) og computeren sørger til stadighed for at holde kontakt med den centrale server. På grund af de firewalls, som der sidder i Internet-routerene hos den enkelte husejer, benyttes webservices i transmissionen af data mellem styreboks og den centrale server. Med hensyn til den centrale server er der valgt en løsning baseret på en passende stor server, hvorpå det også benyttes Linux som operativsystem. Da data transmitteres via web-services på port 80, benyttes en Apache webserver som Dok /12, Sag 10/ /24

17 afvikler web-applikationer, hver gang en styreboks kontakter serveren. Data der modtages via disse applikationer gemmes i en SQL database, hvorfra andre applikationer så kan udtrække dem. 6.3 Den faktiske implementering Computeren i styreboksen blev opbygget stort set som beskrevet ovenfor. Til styringsdelen blev der implementeret tre relæer, som kunne tilkobles eventuelle styringsindgange (EVU standarden) på varmepumpen. Fra start var det håbet, at man ville kunne styre varmepumperne via serielle forbindelser eller trådet netværk. Dette viste sig ikke at være muligt, da leverandører af varmepumper ikke ønskede at åbne op for direkte kommunikation. Den pragmatiske løsning blev derfor en simpel tvangsstop funktionalitet. Denne ændring i projektets i ambitionsniveau er helt central. I stedet for at kunne etablere et tæt samspil med varmepumpernes indbyggede målinger og optimering, blev styringen neddroslet til blot et spørgsmål om at tænde og slukke varmepumpen. Det betød, at varmepumpens interne driftsoptimering ikke kan udnyttes ligesom der ej heller er lige til at styre og garantere produktionen af varmt brugsvand eller at sikre at den indbyggede elpatron ikke bliver aktiveret. Under softwareudviklingen blev der brugt væsentlige ressourcer på at lave systemer, der kunne holde øje med dels Internetopkoblingen i styreboksen, dels driftstilstanden for computeren i styreboksen. Det viste sig yderst værdifuldt ved fejlsøgning at have sådanne log-data tilgængelige. For at kunne afvikle alsidige styringsalgoritmer på serveren såvel som i styreboksen, blev der udviklet en programmerings-grænseflade, hvori man kan beskrive styringsalgoritmer uden at skulle foretage decideret computerprogrammering, f.eks. i sproget C. Algoritmerne beskrives i stedet som en konfiguration af et generelt styringsprogram, lidt som ved programmering af en PLC. Til dataudveksling mellem styrebokse og server benyttes web-services i XML, idet de enkelte web-services overholder SOAP-standarden. På denne måde kan andre aktører, i hvert fald i princippet, tilgå styreboksene, blot de kender den standardiserede, maskinlæsbare, beskrivelse af SOAP-kaldene (beskrevet i de såkaldte WSDL-filer). Der blev også brug væsentlige ressourcer på implementering af applikationer til softwareopdatering. Dette kombineret med værktøjer på serveren giver mulighed for at udrulle generelle software-opdateringer til alle styrebokse, dog således at de individuelle konfigurationer beholdes. For de øvrige projektdeltagere har udviklingen af hardware og software været vanskelig. Ideelt set burde en Open source-platform være etableret forud for projektet, og i tæt samspil med de fremtidige brugere. I praksis blev hardware og software udviklet parallelt med at de eksterne parter udviklede egne serverløsninger og styrealgoritmer, der skulle spille sammen med bokse og API. Open Source som idé er oplagt, men for aftagere af hardware og software er de afgørende betingelser dokumentation, dialog og mulighed for at påvirke og præge udviklingen. Her har de stramme tids- og ressourceplaner og den meget Dok /12, Sag 10/ /24

18 sene dokumentation gjort det vanskeligt for de øvrige projektdeltagere at realisere en parallel udvikling af egne værktøjer, uden betydelige ressourcespild. Samtidig efterlyser aktørerne netop en åben og tæt dialog, således at der reelt kan ske en parallel udvikling. Afgrænsningen af hvad der er Open Source og hvad der falder udenfor, kom forholdsvis sent, hvilket ligeledes har fået nogen af de eksterne aktører til at overveje selve IT-strategien. 6.4 Forslag til forbedringer Det første og afgørende punkt er, at der fremover skal arbejdes for en direkte kommunikation og integration med varmepumpernes egne styre- og målesystemer. Kun ved at etablere fælles snitflader kan den fulde synergi ved at optimere varmepumpens drift med lokale vejrprognoser og elsystemets aktuelle omkostninger sikres. Dette betyder, at der bør fokuseres på at etablere klare snitflader til varmepumpernes interne styring, samt sikre en tæt dialog med producenter af varmepumper. Det andet punkt er nødvendigheden af en meget klart formuleret målsætning for Open Source-initiativ med klare retningslinjer for dokumentation, tests, indflydelse på den videre udvikling osv. Der viste sig to problemer med de SOAP-baserede webservices: overholdelse af standarder og mængden af udvekslet data. Med hensyn til overholdelse af SOAP-standarden viste det sig at den valgte SOAP implementering gsoap, ikke i alle tilfælde overholdt dem. Dette betød at det ikke var helt så nemt for tredjepart at udvikle applikationer, der udveksler data med styreboksen. Helt generelt stiller Open source-initiativer krav om at produkterne lever op til gængse standarder. Dok /12, Sag 10/ /24

19 7. API og dokumentation API står for Application Programmers Interface og beskriver i denne sammenhæng de muligheder en ekstern aktør har for at indhøste data på maskinlæsbar form fra den centrale server. Tilsvarende beskriver dette interface mulighederne for at sætte styringskommandoer i kø på den centrale server, hvorefter de skubbes ud på den relevante styreboks. 7.1 Målsætning Målet med API'et har været, at eksterne aktører kan få adgang til de indsamlede data på den centrale server og downloade dem til en computer uden manuel indgriben. Tilsvarende kan en computer hos en ekstern aktør beregne en serie af styringskommandoer, som så sættes i kø på den centrale server. Det typiske eksempel er en smart-grid applikation, udviklet hos en ekstern aktør: Dennes computer downloader temperatur- og flow-data fra en given varmepumpeinstallation, hvorefter aktøren ud fra disse data samt oplysninger om elpriser og lokale vejrprognoser, beregner et sæt af styringskommandoer, der optimere driften af varmepumpen. 7.2 Den valgte løsning For at standardisere informationsudvekslingen mellem den centrale server og en ekstern aktør, benyttes igen web-services i XML og SOAP. På den måde kan aktører tilgå det den centrale server, blot de kender den standardiserede, maskinlæsbare, beskrivelse af SOAP-kaldene, beskrevet i de såkaldte WSDL-filer. Det er endda blevet tilstræbt, at SOAP-kald der virker mod den centrale server, også virker mod den enkelte styreboks. SOAP-kald, der virker mod serveren, skal blot udvides med identifikation af hvilken styreboks, den skal rettes imod. 7.3 Den faktiske implementering Til den faktiske implementering blev gsoap benyttet. Som i tilfældet med softwaren til dataudveksling mellem styreboks og den centrale server, viste der sig problemer med gsoap's overholdelse af SOAP-standarden. Dette betød igen, at det var vanskeligt for tredjepart at udvikle applikationer, der udveksler data med centrale server. Med hensyn til dokumentation er der lavet en beskrivelse og en øvelsesvejledning som retter sig med programmører og andre teknisk kyndige. Denne dokumentation er dog fremkommet meget sent i forløbet. Fra projektets øvrige parter er der efterspurgt en tættere dialog omkring prioritering af udvikling, dokumentation samt tests. Omvendt så er demonstrationsprojektet på mange måder en nyskabelse, hvor der er fremkommet en række bud på bl.a. udformning af mulige styrestrategier samt rollefordeling imellem server og den enkelte varmepumpe/boks ved udmøntning af en styringsstrategi. 7.4 Forslag til forbedringer En løsning baseret på XML/SOAP som API har vist sig at være velfungerende. LIAB har dog nok overvurderet, i hvor høj grad den valgte implementering af SOAP, gsoap, overholder standarderne. Projektets fremtidige succes vil i høj grad afhænge af om Open Sourcetilgangen kan fastholdes, således at der kan etableres en tæt dialog mellem de involverede parter, og at der kan sikres en meget høj driftsstabilitet, således at husejeren tør overlade styringen af deres varmeanlæg til eksterne aktører. Dok /12, Sag 10/ /24

20 Projektet blev etableret ud fra en ambition om at energieffektive varmepumper skulle levere fleksibelt elforbrug samtidig med at de sikrede kunden et ønsket indeklima. De faktiske målinger dokumenterer, at en række varmepumper ikke leverer den forventede høje energieffektivitet. Dette forhold udvider rent faktisk behovet for Smart Grid Ready varmepumper. For det første skal målinger og fjernstyring sikre at de kører energieffektivt. Når dette er sikret skal varmepumperne endvidere køre ud fra en strategi hvor omkostninger, energiforbrug og miljøbelastning minimeres. Denne bredere opgaveformulering gør det end mere relevant at videreføre en åben IT-platform der giver de enkelte varmepumpeejere og aggregatorer samt fabrikanter en række informationer til brug for driftsoptimering. Dok /12, Sag 10/ /24