DRIFT JERES BYGNINGER SOM VINDEN BLÆSER

Transkript

1 DRIFT JERES BYGNINGER SOM VINDEN BLÆSER STEFFEN PETERSEN ASSOCIATE PROFESSOR UNI VERSITET

2 AT VÆRE I BALANCE

3 ENERGIPRODUKTION I dag Energiproduktionen skal og kan opfylde vores energibehov her og nu. I fremtiden Vi har ikke mere brænde til bålet grundkilden er mere uforudsigelig og ukontrollerbar. 3

4 ENERGINETTET Vijayapriya T. and Pralhadas D. Kothari Smart Grid: An Overview. Smart Grid and Renewable Energy 2 (4) 2011.

5 HVORNÅR BRUGER VI ENERGI? Faktisk data for 2015 Kilde: Nord Pool Spot og AffaldVarme Aarhus Visse situationer i belastningsprofilerne for el- og fjernvarmesystemet giver udfordinger i forhold til at integrerere større mængder vind-energiproduktion

6 SPIDSBELASTNING Spidserne definerer den nødvendige kapacitet i produktion, transmission og distribution. Produktionskapaciteten til spidsbelastning bruges ikke så tit... (dyrt) Hvis spidsen stiger skal der muligvis lægges ny transmission og distribution (dyrt!). Samfundsøkonomiske besparelser i reduktion af spidsbelastning!

7 DAGLIGE FLUKTUATIONER Gennemsnitligt tabes der 7% af det totale elforbug i transmission og distribution. (Kilde: Risø-R-1565: Analyses of Demand Response in Denmark ) For fjernvarme er det 17,5 % (Kilde: Danish District Heating Association. Statistik 2014/2015 Benchmarking 2015) Disse tab er stærkt forbundet med energibehovet: fx øges tabet med en faktor 4 ved en fordobling af elbehovet. (Kilde: Risø-R-1565: Analyses of Demand Response in Denmark ) Samfundsøkonomiske besparelser i udjævning af daglige fluktuationer! Middelværdier pr. time for perioden opdelt i hverdag og weekend

8 DAGLIGE FLUKTUATIONER Fluktueringer over en dag betyder større samlet daglig pris (i fht. jævnt forbrug) (Kilde: Michael D. Knudsen. Evaluation of price-based demand response potential using economic model predictive control for residential heating. Ph.D. afhandling, AU 2016) El-spotprisen her til højre varierer med 75 DKK/MWh over en dag. Fjernvarme-prisen her til højre varierer med 15 DKK/MWh over en dag. Privatøkonomiske besparelser i udjævning/flytning af forbrug! Middelværdier pr. time for perioden opdelt i hverdag og weekend

9 DAGLIGE FLUKTUATIONER 2 Ingen konsekvent sammenhæng mellem belastning og CO 2 emission fra elproduktionen. Vil vi reducere CO 2? Potentiale for CO 2 reduktion ved flytning af forbrug! To uger normaliseret belastningsprofiler for elsystemet, andel af vindenergi, og resulterende CO 2 emission fra elproduktionen.

10 OPSUMMERING BELASTNINGSPROFILER Nuværende energiforsyning Flytning af forbrug mest relevant elsystemet ikke så meget for fjernvarme. Flytning af el-forbrug kan reducere CO 2 emission. Reduktion af spidsbelastning og udjævning af daglige fluktuationer er relevant for både el- og fjernvarmeproduktion. Der er et mindre privatøkonomisk potentiale ved flytning.

11 OPSUMMERING BELASTNINGSPROFILER Fremtidens energiproduktion (en spådom ) Fjernvarme produceres i høj grad af (vindmølle) el gennem fx store varmepumper. (Kilder: H. Lund, B. Møller, B.V. Mathiesen and A. Dyrelund. The role of district heating in future renewable energy systems. Energy 35(3) pp ; H.Lund, A.N. Andersen, P.A. Østergaard, B.V. Mathiesen and D. Connolly. From electricity smart grids to smart energy systems A market operation based approach and understanding. Energy 40(1) pp Heraf følger, at reduktion af spidsbelastning, udjævning og flytning over dagen vil være relevant for både el- og fjernvarmeproduktionen. I den videre præsentation tages der udgangspunkt i den nuværende energiproduktion, men de effekter der påvises i det følgende vil sandsynligvis kun forstærkes i fremtiden.

12 OG HVAD HAR DET MED BYGNINGSDRIFT AT GØRE? Smart bygningsdrift kan reducere spidsbelastninger, udjævne daglige fluktuationer, og flytte energiforbrug i tid. Koblingen mellem bygningsdrift og energiforsyningens behov sker gennem Demand Response Programmer Ud fra ovenstående prissignal kan bygninger foretage pris-baseret demand response

13 BYGNINGER OG PRIS-BASERET DEMAND RESPONSE - PRINCIPPET Energipris Indetemperatur Energiforbrug Komfort interval Tid 13

14 BYGNINGER OG PRIS-BASERET DEMAND RESPONSE - PRINCIPPET Energipris Energiforbrug Indetemperatur Komfort interval Tid 14

15 BYGNINGER OG PRIS-BASERET DEMAND RESPONSE - PRINCIPPET Energipris Energiforbrug Indetemperatur Komfort interval Tid 15

16 BYGNINGER OG PRIS-BASERET DEMAND RESPONSE - PRINCIPPET Energipris Energiforbrug Indetemperatur Komfort interval Tid 16

17 DET KRÆVER EN VIS STYRING Fremtidig brugeradfærd Virtuel bygningsmodel Styringssignaler - Rumopvarmning - Ventilation - Solafskærmning - Varmt brugsvand Faktisk bygning Vejrudsigt Fremtidige energipriser Sensordata - Rumtemperatur - Luftkvalitet (CO 2 ) - Relativ fugtighed - Varme, el og vandforbrug

18 DET KRÆVER EN VIS STYRING Fremtidig brugeradfærd Virtuel bygningsmodel Styringssignaler - Rumopvarmning - Ventilation - Solafskærmning - Varmt brugsvand Faktisk bygning Vejrudsigt Model predictive control Fremtidige energipriser Sensordata - Rumtemperatur - Luftkvalitet (CO 2 ) - Relativ fugtighed - Varme, el og vandforbrug

19 RESULTATER FRA MPC PROJEKTER Lidt overordnede forudsætninger Simuleringsbaserede studier (potentialestudier) Potentiale i MPC af boliger nye og eksisterende El fra VE bliver den dominerende primær energikilde også for varmeproduktionen Potentialestudier for den enkelte bolig/enhed ingen hensyn til orkestrering af smart styring på klynge af huse og/eller byområder. Det kommer

20 VPP4SGR SMART RUMOPVARMNING - NYBYG Ikke mere nattesænkning i stedet: nattehævning Forskel i energiforbrug: +15% Brug mere energi og spar penge! Forskel i energiregning: -15% Knudsen M.D. and Petersen S. Demand Response Potential of Model Predictive Control of Space Heating based on Price and Carbon Dioxide Intensity Signals. Energy and Buildings 145 (2016)

21 VPP4SGR SMART RUMOPVARMNING - NYBYG men hvad så med CO 2 når der bruges mere energi? Knudsen M.D. and Petersen S. Demand Response Potential of Model Predictive Control of Space Heating based on Price and Carbon Dioxide Intensity Signals. Energy and Buildings 145 (2016)

22 VPP4SGR SMART RUMOPVARMNING - NYBYG og hjælper vi energiforsyningen? Knudsen M.D. and Petersen S. Demand Response Potential of Model Predictive Control of Space Heating based on Price and Carbon Dioxide Intensity Signals. Energy and Buildings 145 (2016)

23 VPP4SGR AFGIFTSSTRUKTUR I DANMARK Det danske afgiftsystem bremser optimal brug af bæredygtig vedvarende energi Knudsen M.D., Hedegaard R.E., Pedersen T.H., Petersen S. Model Predictive Control of Space Heating and the Impact of Taxes on Demand Response: A Simulation Study. 12th REHVA World Conference CLIMA. Aalborg, Denmark. 2016

24 VPP4SGR AFGIFTSSTRUKTUR I DANMARK Økonomisk potentiale reduceres med faste afgifter Variable afgifter giver den største absolutte økonomiske besparelse. Knudsen M.D., Hedegaard R.E., Pedersen T.H., Petersen S. Model Predictive Control of Space Heating and the Impact of Taxes on Demand Response: A Simulation Study. 12th REHVA World Conference CLIMA. Aalborg, Denmark. 2016

25 READY + READY.dk RENOVERING AF BOLIGBLOK Pedersen T.H., Hedegaard R.E., Petersen S. Space Heating Demand Response Potential for Retrofitted Residential Apartment Blocks. (Draft)

26 READY + READY.dk RENOVERING AF BOLIGBLOK Pedersen T.H., Hedegaard R.E., Petersen S. Space Heating Demand Response Potential for Retrofitted Residential Apartment Blocks. (Draft)

27 VPP4SGR VARMT BRUGSVAND I ULTDH SYSTEM Ultra Low Temperature District Heating fremløb på 40 C. Hvad så med varmt brugsvand?

28 VPP4SGR VARMT BRUGSVAND I ULTDH SYSTEM

29 I DAG

30 I MORGEN

31 NU Vi skal finde den kost-effektive balance mellem investeringer i VE-produktion, energibesparelser, og infrastruktur til smart bygningsstyring og orkestrering.

32 EN INVITATION Smart bygningsstyring er næste skridt i energieffektiviseringen af bygningsmassen. Lad os komme i gang der er mange ting at gøre! Dette er en åben invitation til branchen om et samarbejde. Skriv til: stp@eng.au.dk

33 Scientific Staff Smart Energy STEFFEN PETERSEN ASSOCIATE PROFESSOR Michael D. Knudsen Post doc Theis H. Pedersen Ph.d. studernt Martin H. Kristensen Ph.d. student Rasmus E. Hedegaard Ph.d. studernt UNI VERSITET