Status for varmepumpeprojektet Fra Vindkraft til Varmepumper - september 2010.

Transkript

1 Til Styregruppen Projektdeltagerne Følgegruppen Status for varmepumpeprojektet Fra Vindkraft til Varmepumper - september september 2010 SKR/SKR 1. Sammenfatning Tidsplan Økonomisk potentiale Styringsstrategi IT-arkitektur og standardisering Prisen for styreboksen Delkomponenter i prisen for styreboksen Håndtering af husejere og installatører Indledning Status for projektet Baggrund for projektet Forbrugernes behov og motivation Detailmarkedet Måling og automatik Udvikling af styringsautomatik Konkrete resultater ultimo september Økonomisk potentiale ved styring af varmepumpen Bud på en styringsstrategi IT-platform og -arkitektur Informationshåndtering, dataopsamling og styreordrer Dataopsamling Tænd/sluk-instrukser Aktuelle elpriser og stamdata Håndtering af tid Den udviklede styreboks Omkostninger til produktion og opsætning af styreboksen VVS-montage Produktion af styreboks Elmontage og -installation Håndtering af husejere og installatører...24 Dok /10, Sag 10/3664 1/24

2 1. Sammenfatning Energinet.dk udfører i samarbejde med to ForskEl-projekter et forsøg med afprøvning af intelligent styring af varmepumper i én-familie huse i Danmark. Projektet er end til videre det største af sin art i verden. Projektet kører over to fyringssæsoner 2010/11 og 2011/12. Energinet.dk har for egne midler fået udviklet en styreboks efter Open Source princippet, hvor leverandøren forpligter sig til at offentliggøre udviklet hardware og stille software kildekode til rådighed for andre aktører, så projektets resultater hurtigt kan implementeres i kommercielle produkter. Herudover bidrager Energinet.dk med analyser vedrørende tekniske og økonomiske potentialer for intelligent styring af varmepumper. Herunder også barrierer og virkemidler for udbredelse af varmepumper, der kan styres i forhold til elsystemets behov. Budgettet herfor er ca. 2,4 mio. kr. i 2010 og ca. 1,5 mio.kr i Finansieringen til produktion og opsætning af styreboksen på ca. 3,3 mio. kr. kommer fra Energistyrelsens pulje på 28 mio. kr. til fremme af varmepumper. Puljen var en del af Energiforliget af 21. februar Energistyrelsen og Energinet.dk har den 15. juli 2010 indgået en kontrakt om produktion og opsætning af styreboksene, hvorefter Energinet.dk via udbud efter gældende regler kan lade underleverandører udføre denne opgave. Dette udbud er netop afsluttet og der er valgt underleverandører. De to ForskEl projekter ledet af henholdsvis Nordjysk Elhandel og Teknologisk Institut bidrager med analyse, udvikling og demonstration af, hvordan intelligent fjernstyring af individuelle varmepumpesystemer opbygges, dimensioneres og implementeres uden at forbrugerne mærker forringelse i komfort og samtidig får en økonomisk gevinst og er med til at bidrage til klimaindsatsen. De opnåede resultater demonstreres i praksis i de huse ved at pulje varmepumperne i en virtuel power plant (VPP) af en balanceansvarlig til både at flytte forbruget og til at levere regulering, balancering og systemydelser i energisystemet. Ændres driften for varmepumpen fra ren varmebehovsstyring, som er den traditionelle strategi, til også at imødekomme el-systemets behov for fleksibilitet, får det konsekvenser for boligens samlede el-forbrug til varmepumpen og for den samlede CO 2 -belastning. Desuden påvirkes komforten i boligen, fordi der nødvendigvis må opereres med (marginalt) større temperaturudsving. Disse forhold undersøges også nærmere i ForskEl projekterne. ForskEl har bevilliget ca. 8 mio. kr. til disse to projekter. Hertil kommer en tilsvarende egenfinansiering. Resultaterne herfra rapporteres løbende i ForskEl regi. Dok /10, Sag 10/3664 2/24

3 1.1 Tidsplan I forhold til tidsplanen er projektet forsinket ca. 3 måneder først og fremmest fordi finansieringen fra Energistyrelsen til produktion og opsætning af styreboksen først faldt på plads lige før sommerferien. Et andet forhold der forsinker produktion og opsætning af styreboksen er, at komponent-situationen på det globale elektronik marked er presset som følge af at der er ved at komme gang i hjulene igen. Dette betyder, at i stedet for at være færdig med installation og opsætning af alle styreboksene ultimo 2010, så forventes det nu, at ca. 100 bokse er installeret og dataopsamling igangsat inden årets udgang. De resterende bokse opsættes løbende og forventes at være monteret inden udgangen af fyringssæsonen 2010/11. Ultimo september er der indgået aftale med 70 husejere og udsendt invitationer til i alt ca. 300 husejere. 1.2 Økonomisk potentiale Der er i projektet lavet analyser af individuelle varmepumpers reelle muligheder for at reducere den samlede elregning ved at flytte forbrug over tid. Der er ikke særligt fokuseret på at indregulere en bestemt energiproduktion, f.eks. vind, men derimod at lade elprisen være udtryk for den omkostning som en øjeblikkelig el-leverance har. Individuelle varmepumper vil være gode til at kunne undgå høje og ekstremt høje priser i kraft af muligheden for evt. med kort varsel at udskyde et elforbrug uden gener for kunden. Omvendt vil de individuelle varmepumper ikke i samme omfang kunne høste fordelene af de ekstremt lave priser, hvor varmeproduktion begrænses til timer med lave elpriser. Dette skyldes dimensioneringskriterierne for varmepumpen, der medfører at i kolde perioder skal varmepumpen køre i de fleste af døgnets 24 timer. Her vil varmeværker med el-patroner i lighed med andre former for konverterbart fleksibelt elforbrug, have langt bedre forudsætninger for at aftage store mængder billig el i løbet af få timer. Økonomien ved at etablere styring af individuelle varmepumper i velisolerede bygninger med elforbrug til varmeproduktion på kwh/år er med dagen elpriser ikke attraktiv for husejeren. Fremtidens elpriser og nettariffer vil gradvis forbedre det økonomiske grundlag for at styre individuelle varmepumper ud fra elsystemets aktuelle omkostninger. Fortsat gælder dog, at intelligent styring af varmepumper som isoleret initiativ, for husejeren næppe bliver økonomisk attraktivt indenfor en årrække. 1.3 Styringsstrategi Kravet til bygninger med varmepumper der skal styres intelligent er først og fremmest, at de er godt isolerede og forsynet med en lagertank, der sikrer bygningen og anlægget en god varmekapacitet til at lagre energi. Dok /10, Sag 10/3664 3/24

4 Varmepumpen skal være effektiv og dimensioneret til at kunne levere varme året rundt uden tilhørende elpatron. Derved får varmepumpen en minimumsfleksibilitet samtidig med at et stort energispild og elforbrug kan undgås i årets koldeste dage, hvor el-systemet typisk er under pres. Forud for hvert døgn laves der, en beregning af det forventede behov for tilført energi til opvarmning og varmt brugsvand. Denne kalkulation baseres på nøgletal for den enkelte bygnings klimaskærm, varmekapacitet, varmeanlæggets ydeevne og lagringskapacitet, den aktuelt akkumulerede varmemængde, samt prognoser for vejr, brugsvandsforbrug og gratisvarme. Når produktionsdøgnet begynder har kunden sikret sig det lavest mulige samlede spotpris ud fra det aktuelle behov for varme og varmepumpens kapacitet. Dernæst står det kunden frit til via et elhandelsselskab at agere i balancemarkedet, ved at justere den faktiske produktion ift. balanceprisen. 1.4 IT-arkitektur og standardisering Det forhold at styringen af varmepumpen skal tilgodese flere formål betyder, at der er behov for fortløbende informationsudveksling mellem varmepumpen/huset og el-systemet/omverden. Dette behov for kommunikation, giver samtidig mulighed for at nytænke varmepumpens styring. Den IT-arkitektur der udvikles i projektet forholder sig ikke direkte til gældende forskrifter for afregning og måling. Omvendt er det netop ambitionen, at projektet skal bidrage til en videreudvikling af de gældende markedsforskrifter og også give input til den kommende Datahub på linje med de input der kommer fra Energinet.dk's elbils-aktiviteter. For at sikre, at de enkelte kunder med varmepumper frit og enkelt kan skifte mellem el-leverandører såvel som udbydere af informationshåndtering, lægges der vægt på en åben fælles platform mellem på den ene side en autoriseret kommunikationsserver og på den anden side, en sikker gateway ind i huset. Her tilstræbes det, at informationsmodellen implementeres på basis af IEC xxx standarden og at datasikkerhedsaspekter baseres på IEC standarden. 1.5 Prisen for styreboksen De samlede omkostninger til produktion og opsætning af styreboksen beløber sig til ca kr. pr. stk. Omkostningen hertil dækkes af tilskud fra Energistyrelsen, så husejeren ved deltagelse i projektet holdes økonomisk skadesløs. De høje omkostninger til styreboksen skal ses i sammenhæng med, at der er lavet en komplet alternativ styring af varmepumpen inkl. målere, følere og installation. Det må forventes, at en kommerciel løsning, der evt. er sammenbygget med varmepumpen er væsentligt billigere så merudgiften for boligejeren kan holdes nede på et par tusinde kroner Delkomponenter i prisen for styreboksen Prisen for VVS installationen beløber sig til ca. 2900,- kr. Her benyttes husejerens egen installatør, der udfører arbejdet samtidig med opsætning af varmepumpen. Dok /10, Sag 10/3664 4/24

5 Energinet.dk har via et lukket nationalt udbud valgt en leverandør til produktion af styreboksen. Den samlede pris for produktion af styreboksen forventes at blive ca. 2500,- kr. Energinet.dk har ligeledes via et lukket nationalt udbud valgt to El-installatører til montage og opsætning af boksen hos kunderne. Den samlede pris for Elarbejdet forventes at blive ca. 5500,- kr. 1.6 Håndtering af husejere og installatører I forbindelse med kontakt til husejere og installatører er der etableret en hjemmeside på Her formidles kontakten til husejerne og det er igennem denne hjemmeside at oplysninger om husejerens installation samles. Det er også her, at husejerne kan følge sit anlægs drift, ligesom projektets deltagere kan hente aggregerede data fra projektet til brug for fastlæggelse af eksempelvis styringsalgoritmer. Til næste år vil denne hjemmeside anvendes til formidling af projekts resultater og anvendes som informationskilde i forbindelse med et konkret eksempel på udruldning af Smart Grid i Danmark. Dok /10, Sag 10/3664 5/24

6 2. Indledning Energinet.dk udfører i samarbejde med to ForskEl-projekter et forsøg med afprøvning af intelligent styring af varmepumper i én-familie huse i Danmark. Projektet er end til videre det største af sin art i verden. I dette notat redegøres for den del af projektet som Energinet.dk har ansvaret for: 1. Udvikling af en styreboks mellem varmepumpe og elsystem efter åbne standarder og en IT arkitektur/platform for styring og kommunikation, der kan sikre samspillet mellem varmepumpe, hus og elsystem. Energinet.dk har for egne midler fået udviklet denne styreboks efter Open Source princippet, hvor leverandøren forpligter sig til at offentliggøre udviklet hardware og stille software kildekode til rådighed for andre aktører, så projektets resultater hurtigt kan implementeres i kommercielle produkter. Herudover bidrager Energinet.dk med analyser vedrørende tekniske og økonomiske potentialer for intelligent styring af varmepumper. Herunder også barrierer og virkemidler for udbredelse af varmepumper, der kan styres i forhold til elsystemets behov. Budgettet herfor er ca. 2,4 mio. kr. i 2010 og ca. 1,5 mio.kr i Produktion og opsætning af styreboksen i husstande, primært udvalgt mellem ansøgere til skrotningsordningen for oliefyr. Finansieringen til produktion og opsætning af styreboksen på ca. 3,3 mio.kr. kommer fra Energistyrelsens pulje på 28 mio. kr. til fremme af varmepumper. Puljen var en del af Energiforliget af 28. februar Energistyrelsen og Energinet.dk har den 15. juli 2010 indgået en kontrakt om produktion og opsætning af styreboksene, hvorefter Energinet.dk via udbud efter gældende regler kan lade underleverandører udføre denne opgave. Dette udbud er netop afsluttet og der er valgt underleverandører. De to ForskEl projekter ledet af henholdsvis Nordjysk Elhandel og Teknologisk Institut bidrager med at besvare spørgsmålene: Hvordan kan individuelle varmepumper styres af en balanceansvarlig og bidrage til at flytte forbruget og levere systemydelser? Hvor stort et forbrug er det rent faktisk muligt at flytte ud fra prissignaler, og hvilke styringsstrategier er samfundsøkonomisk mest optimale? ForskEl har bevilliget ca. 8 mio. kr. til disse to projekter. Resultaterne herfra rapporteres løbende i ForskEl regi og afprøves i praksis i de husstande. Dok /10, Sag 10/3664 6/24

7 2.1 Status for projektet Budgettet for Energinet.dk's projekt overholdes. I forhold til tidsplanen er projektet forsinket ca. 3 måneder først og fremmest fordi finansieringen fra Energistyrelsen til produktion og opsætning af styreboksen først faldt på plads lige før sommerferien. Et andet forhold der kan forsinke produktion og opsætning af styreboksen yderligere er, at komponent-situationen på det globale elektronik marked er presset som følge af at der er ved at komme gang i hjulene igen. Dette betyder, at i stedet for at være færdig med installation og opsætning af styreboksene ultimo 2010, så forventes det nu, at ca. 100 bokse er installeret og dataopsamling igangsat inden årets udgang. De resterende bokse opsættes løbende og forventes at være monteret inden udgangen af fyringssæsonen 2010/11. Den samlede pris for styreboks inkl. opsætning bliver ca kr. ekskl. moms. Beløbet refunderes af Energistyrelsens pulje til fremme af varmepumper på 28. mio. kr. Styring af varmepumperne forventes som planlagt i gang sat til fyringssæson 2011/12, når forskel projekterne har metoder og algoritmer klar. Der er i forbindelse med projektet nedsat en følgegruppe bestående af medlemmer fra Lene K. Nielsen, Energistyrelsen Lars Brømsøe Termansen, DI, Energibranchen Christian Graversen, Dansk Industri, ITEK Birger Hauge, GlobalConnect A/S, Villa Watt Richard Schalburg, Dansk Energi Poul Brath, Dong Energy, S&D Henrik Stubbe, Dong Energy, R&D Anders Millgaard, Modstrøm A/S Anders Troi, Risø Henrik Madsen, DTU Kresten Nørgaard Christensen, Develco Anders Nystrup, Kamstrup Der er afholdt et møde og det påtænkes at afholde et møde hver 4 måned eller når der forligger væsentlige delresultater. Både Industrien, DONG Energy og de øvrige medlemmer af følgegruppen viste stor interesse for projektet og vi kan forvente mange relevante input herfra. Ikke mindst fra DONG Energy's lignende projekter eflex og PowerHub. Udover følgegruppen, er der via forskellige andre netværk knyttet mange kontakter og projektet har fået en del omtale både i pressen og i forbindelse med andre lignende projekter. Herunder mange kommuners og erhvervsparkers initiativer om en grøn vækst og en grøn profil. Eksempelvis Projekt Zero i Sønderborg og 7100 Nord i Vejle. Dok /10, Sag 10/3664 7/24

8 Endelig er projektet også blevet kontaktet af flere virksomheder og projekter i forbindelse med Open Source, Smart Homes, Smart Grid og lignende teknologier. Herunder Grundfos, Green Wave Reality og projektet "Dit hus". Dok /10, Sag 10/3664 8/24

9 3. Baggrund for projektet Det energisystem, der leverer fremtidens energi, ser fundamentalt anderledes ud end det vi kender i dag. En stor del af den vedvarende energi vi bruger i fremtiden, vil komme fra vindkraft. Konkret har Danmark et mål om at 30 procent af det endelige energiforbrug i 2020 skal dækkes af vedvarende energi. En ambitiøs udbygning med vindkraft i de kommende 10 år fra ca MW vindkraft ved udgangen til 2009 til MW vindkraft i 2020, anses som nødvendig for at Danmark kan leve op til denne målsætning. En så betydelig udvidelse af vindkraftproduktionen betyder et paradigmeskifte for hele energisystemet. Fra at være et system indrettet efter store centrale kraftværker bliver fremtidens elsystem indrettet så det kan håndtere store mængder fluktuerende elproduktion. Specielt for elsystemet betyder stigende mængder fluktuerende energi, et øget behov for at sikre balancen mellem elproduktion og elforbrug. Ved at anvende vindkraften, når der er meget vindkraft i elsystemet, og prisen på el er lav, kan der potentielt opnås store samfundsøkonomiske gevinster. Varmepumper har et særligt potentiale i denne sammenhæng. På årsbasis falder de tidspunkter, hvor varmebehovet er størst i Danmark i store træk sammen med de perioder, hvor der også er en stor produktion af vindkraft. Det er derfor oplagt, at søge muligheder for i højere grad at anvende vindkraften til opvarmningsbehov. Ved i højere grad at indrette vores elforbrug efter elprisen og dermed udbuddet af strøm fra eksempelvis vindmøller kan vi opnå økonomiske besparelser for såvel samfundet som for den enkelte elforbruger. Princippet kaldes også intelligent elforbrug eller en del af Smart Grid teknologien. Involvering af elforbrugerne kræver, at de har den rette motivation og kan se et reelt behov blive dækket. 3.1 Forbrugernes behov og motivation Først og fremmest skal forbrugerne have kendskab til, hvordan elpriserne svinger, og hvad det betyder for deres forbrug både økonomisk og miljømæssigt. Men forbrugerne skal også have adgang til en afregningsform for deres elforbrug, der rent faktisk gør det attraktivt at flytte dele af elforbruget til tidspunkter, hvor der er meget vindkraft til rådighed, og hvor prisen er lav. I dag afregnes de fleste forbrugere efter en skabelon. Det vil sige at der anvendes en statistisk baseret skabelon, som grundlag for afregning af kundes forbrug hen over året. Skabelonen beskriver forskellige kundegruppers gennemsnitlige forbrug time for time året igennem. Skabelon afregnede forbrugere har i dag derfor ikke mulighed for at se udsvingene på elprisen - og hvad disse udsving reelt betyder for elregningen. 3.2 Detailmarkedet Aktører på detailmarkedet for el er begyndt at tilbyde forbrugerne afregningsformer, hvor prisen er tættere på time-spotprisen på el. Eksempelvis sker af- Dok /10, Sag 10/3664 9/24

10 regningen på basis af et månedsgennemsnit af elprisen på spotmarkedet - men altså endnu ikke til timeprisen. Der er dog behov for at udvikle nye forretningsmodeller, som kommer endnu tættere på timeprisen for at øge forbrugernes incitament til at flytte forbruget. Det er teknisk muligt allerede i dag at afregne kunder på timebasis, da der er opsat over 1 mio. fjernaflæste timemålere. Disse udnyttes endnu ikke til timeafregning primært fordi netselskaberne opkræver gebyrer herfor, der ikke gør timeafregning økonomisk attraktiv for forbrugerne. Dette forhold vil Energinet.dk i den kommende tid se nærmere på Elhandelsselskaberne kunne indgå aftaler med varmepumpeejere, mod at kunne afbryde elforsyningen til varmepumpen, når prisen på el er høj og starte varmepumpen igen når prisen på el er lav. På den måde opnås både en samfunds- og privatøkonomisk besparelse ved at reducere efterspørgslen på el i timer med spidsbelastning og høje elpriser, og flytte forbruget til timer med en lavere pris. Kunden får en lavere KWh pris på dele af sit forbrug, og dermed en lavere elregning. Der vil også være mulighed for, at elhandleren kan indgå aftale med et større antal af varmepumpeejere, og ved hjælp af mere avanceret styring af denne gruppe af varmepumper at tilbyde regulerkraft til Energinet.dk. Endelig kan man forestille sig et marked, hvor den enkelte forbruger selv styrer sit forbrug i forhold til prisudviklingen på elmarkedet ved hjælp af automatik. Besparelsespotentialet for forbrugeren ligger her i at forbrugeren deltager direkte på spotmarkedet, og så at sige køber el til 'en gros prisen' gennem en elhandler, og afregnes for sit forbrug time for time. På sigt ville det også være muligt at deltage i regulerkraftmarkedet. Energinet.dk's rapport om "Udvikling af rammer for regulerkraft" belyser denne mulighed nærmere. 3.3 Måling og automatik El målere, der kan afregne på timebasis, er en forudsætning for at de potentielle samfundsøkonomiske fordele ved intelligent elforbrug kan realiseres. Timemålere er imidlertid i sig selv ikke nok til at kunne afregne af forbruget time for time. Afregning til timepriser kræver investeringer i yderligere automatik og software hos netselskaberne og udvikling af produkter/forretningsmodeller hos elhandlerne, der gør det teknisk muligt og markedsmæssigt fordelagtigt at afregne til timeprisen. Men forbrugerne skal også have adgang til den automatik, der kan styre fx en varmepumpe via elmarkedets prissignaler, og i øvrigt styre varmepumpen, så kunden få maksimal nytteværdi af den el der anvendes. En sådan styringsenhed findes endnu ikke på markedet. 3.4 Udvikling af styringsautomatik Styringsautomatik der kan sikre samspillet mellem elsystemet og varmepumpen og ejerens individuelle ønsker, er endnu ikke på markedet. Det er derfor en del af formålet med Energinet.dk's demonstrationsprojekt, at bidrage til udviklingen af en sådan styringsenhed. Konkret skal de krav der må stilles til en sådan styringsenhed fastlægges, så driften af en varmepumpe kan optimeres i forhold til elsystemet samtidigt med at ejerens ønsker til komfort og økonomi tilgodeses. Dok /10, Sag 10/ /24

11 Der er mange parametre, der kunne tænkes at indgå i en sådan styringsenhed. Som udgangspunkt er muligheden for styringen i forhold til elspotpriser et minimums krav. Det skal også være muligt at elhandelsselskaber kan sende et signal til varmepumpen om at stoppe/starte hvis det er muligt uden at påvirke komforten. Derudover vil det også være relevant med informationer om den kommende periodes vejrprognose. Varmepumpe ejerens egne ønsker i forhold til rumtemperatur og brugsvand etc. kan allerede i dag indsætte i mange varmepumper. Styringsenheden skal derfor blot kunne kommunikere med denne del af varmepumpens styring. Endeligt er det væsentligt, at en styringsenhed udvikles efter standarder, der også vil finde anvendelser inden for andre områder af Smart Grid teknologien. Dok /10, Sag 10/ /24

12 4. Konkrete resultater ultimo september 2010 Tids-og leveranceplan for det samlede projekt kan findes i dok.nr /10. Heraf fremgår, at Energinet.dk's leverancer til det samlede projekt udgør: Delleverance Deadline Status Foreløbig kravspecifikation styreboks Færdig Fleksible varmepumper og systemdriften (Udarbejdelse af notat om systemdriftsudvikling) (ENDK) Internt notat - Elsystem 2025 Udarbejdelse af notat om markedsmodeller Udvikling af rammer for regulerkraft - Ekstern rapport - Færdig Notat om potentialer (Økonomi og volumen) Volumenpotentiale udarbejdes sammen med Dansk Energi og Energistyrelsen. Økonomiske potentialer udarbejdes af GW/Exergi sammen med Energinet.dk Analyse af IT kommunikation (server <--> styreboks< --> varmepumpe) GW/Exergi notat om IT arkitektur 3. udkast færdigt. Dette diskuteres bilateralt Kravspec. Styreboks SKR sammen med LIAB, TI og Forsk El - Færdig! Fastlæggelse af fælles dataopsamlingsplatform og logningsudstyr GW/Exergi notat om IT arkitektur 3. udkast færdigt. LIAB oplæg til dataopsamlingsplatform. GW udarbejder forslag/notat på baggrund heraf Design af styrings- og kommunikationskomponenter (styreboks) - TI-projekt Færdig Styreboks færdiggøres til demonstrationsprojekt Brugerintrface (LIABSGkommunikationsserver Udbud netop afsluttet LIAB har udarbejdet web interface til kommunikationsserver. API Forventes færdig i løbet af efteråret Tilskudsordning Aftale med Energistyrelsen er på plads Forbrugeridentifikation (valg af 300 testdeltagere) Opstilling og montering af styreboks (demonstration fuldskala) Udruldning er i gang. Pt udsendt spørgeskema til 150 interesserede. ca. 10 er i gang med VVS installation. Der udsendes ca. 100 om ugen indtil de 400 husstande nås Løber fra september 2010 til marts 2011 i alt ca 400 stk. Analyse af data (server) Delrapportering pr Generel formidling om styreboksen Løbende I den følgende beskrives de resultater, der er opnået indtil videre. 4.1 Økonomisk potentiale ved styring af varmepumpen Der er lavet en analyse af individuelle varmepumpers reelle muligheder for at reducere den samlede elregning ved at flytte forbrug over tid. Der er ikke særligt fokuseret på at indregulere en bestemt for energiproduktion, f.eks. vind, men derimod at lade elprisen være udtryk for den omkostning som en øjeblikkelig el-leverance har. Dok /10, Sag 10/ /24

13 Denne tilgang er i overensstemmelse med de aktuelle overvejelser om dynamiske net-tariffer, hvor der tilføjes endnu en tidsafhængig priskomponent. Samtidig vil en fokus på pris i sted for en bestemt produktionsform, bedre kunne formidle omkostningssignaler vedrørende kapacitets-belastning, herunder behov for investeringer i produktionsanlæg og net. Analysen er baseres på de faktiske priser i , selv om fokus er på et fremtidigt marked med større vindproduktion. Årsagen er, at de fremtidige priser ikke kendes, samt at den nuværende prisdannelse for spot- og balancepriser allerede har nogle af de karakteristika som forventes at kendetegne fremtidens energimarkeder. Med dagens elpriser er det økonomiske potentiale ved at styre individuelle varmepumper nogle få hundrede kroner for et velisoleret hus i spotmarkedet og ca. det dobbelte ved aktiv udnyttelse mulighederne på balancemarkedet. Det kan i sig selv ikke dække omkostninger til udstyr og kundehåndtering. Et helt centralt punkt er varmepumpens dimensionering. Hvis anlægget skal have fleksibilitet til at købe ind på de billigste tidspunkter i de kolde måneder, skal anlægget have en dimensionering der er stor nok til at dække det samlede forbrug, selv i de koldeste perioder. Omvendt betyder dette at varmepumpen skal kunne levere varme i et meget stort kapacitetsspektrum, med opretholdelse af en høj energieffektivitet. Individuelle varmepumper vil være gode til at kunne undgå høje og ekstremt høje priser i kraft af muligheden for at evt. med kort varsel udskyde et elforbrug uden gener for kunden. Omvendt vil de individuelle varmepumper ikke i samme omfang kunne høste fordelene af de ekstremt lave priser, som følge af kapacitetsbegrænsninger. Her vil varmeværker med el-patroner i lighed med andre former for konverterbart fleksibelt elforbrug, have langt bedre forudsætninger for at aftage store mængder billig el i løbet af få timer. Med analogi til kraftværkssektoren, kan dette udtrykkes således, at spidslastenheder med få driftstimer egner sig til at høste værdien af de billigste elpriser, hvorimod grundlast -enheder (såsom varmepumper) med mange driftstimer, primært kan fokusere på at undgå de dyre timer. Økonomien ved at etablere styring af individuelle varmepumper i velisolerede bygninger med elforbrug til varmeproduktion på kwh/år er derfor med dagen elpriser ikke attraktiv for husejeren. Fremtidens elpriser og nettariffer vil gradvis forbedre det økonomiske grundlag for at styre individuelle varmepumper ud fra elsystemets aktuelle omkostninger. Fortsat gælder dog, at styring af varmepumper som isoleret initiativ, for husejeren næppe bliver attraktivt indenfor en årrække. Omvendt er besparelsen for samfundet væsentlig i det den efterspurgte energitjeneste - her rumvarme og varmt vand kan leveres ca. 20% billigere ved at optimere varmeproduktionen efter omkostningerne til elproduktionen. Dok /10, Sag 10/ /24

14 Forbrugerne står overfor at afholde meget store investeringer i forbedringer i klimaskærme og effektive energianlæg, jfr. målet om at halvere energiforbruget i de næste 40 år. Det peger på, at fleksibelt elforbrug og automatiske løsninger med fordel vil kunne udbydes som dele af samlede tiltag i boligen, hvor der fokuseres på forhold som kunderne lægger stor vægt på. Det forekommer oplagt, at udvikle kommercielle tilbud, hvor intelligent drift af varmepumper ud fra såvel bygningens som el-systemets behov, indgår som en naturlig men måske ikke særlig synlig - del. Her tænkes bl.a. på ESCOløsninger, leasing og driftsaftaler af varmepumper, såvel som samlede forsynings- og serviceaftaler for energi. I relation til fleksibelt elforbrug og elbesparelser er der fremført det argument, at automatik kan fjerne forbrugernes fokus og opmærksomhed. Det er givet at synlighed omkring energi- og miljøforhold har en gavnlig effekt. På den anden side er vi som forbrugere vant til netop automatik i relation til varmeanlæg. Det er kun brændeovnen der skal betjenes, resten ordnes automatisk. Udfordringen er følgelig ikke at overbevise markedets leverandører af udstyr og forbrugerne om automatikkens velsignelser. Det drejer sig derimod om at gøre den eksisterende automatik langt mere intelligent og åben, herunder rette op på nogle direkte uheldige virkninger af den gældende styring af varmeanlæg. Den grønne udfordring for bl.a. IT-branchen er netop at levere løsninger, hvor f.eks. varmepumper styres ud fra viden om bygningen, brugsvaner, lokale målinger og vejrprognoser, samt elsystemets dynamiske priser og tariffer. Samtidig skal disse systemer være i stand til at formidle basale oplysninger om boligen og de tekniske installationer til forbrugerne, på en vedkommende og let forståelig måde. Analysen af de økonomiske potentialer ved intelligent styring af varmepumpen er under udarbejdelse og forventes afrapporteret inden udgangen af året. 4.2 Bud på en styringsstrategi Kravet til bygninger med varmepumper der skal styres intelligent er først og fremmest, at de er godt isolerede og forsynet med en vandtank, der sikrer bygningen og anlægget en god varmekapacitet til at lagre energi. Varmepumpen skal være effektiv og dimensioneret til at kunne levere varme året rundt uden tilhørende elpatron. Derved får varmepumpen en minimumsfleksibilitet samtidig med at et stort energispild og elforbrug kan undgås i årets koldeste dage, hvor el-systemet typisk er under pres. Forud for hvert døgn laves der, via en algoritme, en beregning af det forventede behov for tilført energi til opvarmning og varmt brugsvand. Denne kalkulation baseres på nøgletal for den enkelte bygnings klimaskærm, varmekapacitet, varmeanlæggets ydeevne og lagringskapacitet, den aktuelt akkumulerede varmemængde, samt prognoser for vejr, brugsvandsforbrug og gratisvarme. Dok /10, Sag 10/ /24

15 Hvis den balanceansvarlige vælger at videreformidle el-systemets spot- og balancepriser til den enkelte forbruger kan styringen med fordel gennemføres i to trin. Forud for døgnet laves der en driftsplan, hvor døgnets samlede behov for indkøb af elektricitet (=døgnets varmebehov divideret med COP-faktoren) fordeles på de billigste spottimer, under hensyn til de begrænsninger som varmepumpens kapacitet og krav til varme- og varmt brugsvand. Denne plan baseres på den centrale forudsætning, at produktionen indenfor døgnet kan placeres vilkårligt, når blot det samlede døgnbehov for varme honoreres. Ovenstående betyder at spotpriserne vil være styrende for hvornår der - ifølge planen - skal produceres varme. Hvis varmepumpens kapacitet er stor ift. det aktuelle døgnbehov vil produktionen placeres i nogle få timer, med de laveste spotpriser. I perioder med mange driftstimer pr. døgn, drejer det sig alene om at undgå de dyreste timer. Produktionsplanen bliver bygningens baseline til bestilling af strøm til spotpriser, forud for produktionsdøgnet. Når produktionsdøgnet begynder har kunden sikret sig det lavest mulige samlede spotpris ud fra det aktuelle behov for varme og varmepumpens kapacitet. Dernæst står det kunden frit at agere i balancemarkedet, ved at justere den faktiske produktion ift. balanceprisen. I tilfælde af, at balancepriserne i udvalgte timer afviger væsentligt ift. de spotpriser som kunden har sikret sig, kan kunden via automatik vælge at justere produktionen og høste en gevinst svarende til forskellen mellem balancepris og spotpris. Dette gælder uanset om det er op- eller nedregulering, blot varmepumpens produktion reguleres i den ønskede retning. Deltagelse i balancemarkedet som beskrevet ovenfor, vil forudsat at varmebehovet i produktionsplanen var korrekt beregnet altid give en økonomisk gevinst, i den forstand at den samlede el-regning og effektuerede gennemsnitlige elpris i døgnet, vil falde. Typisk vil op- og nedreguleringsperioderne ikke være symmetriske, hvorfor deltagelse i balancemarkedet ofte vil betyde, at den faktiske varmeleverance ved døgnets udløb, ikke fuldt ud svarer til døgnbehovet, dvs. den oprindelige plan. Grænsen for hvor meget produktionen må afvige, dikteres af kundens accept af variationer i indetemperatur samt spotpriserne i det følgende døgn. Det vil f.eks. være tabsgivende, hvis varmeproduktionen nedjusteres for at høste en mindre fortjeneste på forskellen mellem balancepris og spotpris i det ene døgn, hvis dette betyder, at der i næste døgn skal købes en tilsvarende mængde strøm til en væsentligt højere spotpris, for at genetablere husets energibalance. For bygningen med stor varmekapacitet og vandtank er der betydelige muligheder for at ud- eller fremskyde produktionen ift. det efterfølgende døgn. Der skal her bemærkes at selv om balanceprisen først bliver kendt i selve produktionstimen, er det en mulighed at opstille indikatorer, der angiver om markedet Dok /10, Sag 10/ /24

16 med større eller mindre sandsynlighed er på vej i op- eller nedregulering i de nærmeste timer. Ved overvejelser om balancepriserne skal udnyttes til at over- eller underforsyne bygningen med strøm i et døgn, er det interessant, at det efterfølgende døgns spotpriser er kendte i den sidste halvdel af driftsdøgnet. Dette betyder at økonomien i mulige balanceydelser, der vil forrykke døgn-balancen for varmetilførsel, umiddelbart kan stilles overfor omkostningerne med at genetablere bygningens varmebalance ud fra næste døgns spotpriser. 4.3 IT-platform og -arkitektur Samtlige centralvarmebaserede varmepumper på markedet har i dag en indbygget styring, hvor varmeproduktionen tilpasses behovet for varme, ud fra indeklima-målinger og driftsdata fra varmepumpen. Projektet tilføjer en ny dimension, idet varmepumpens produktion af varme og varmt brugsvand også skal tage højde for el-systemets behov for at flytte elforbruget over tid typisk fra minutter op til ét døgn. Det overordnede formål er, at minimere elsystemets samlede omkostninger og miljøbelastning, samtidig med at der skal indpasses en stødt stigende fluktuerende vindproduktion. Det forhold at styringen af varmepumpen skal tilgodese flere formål betyder, at der er behov for fortløbende informationsudveksling mellem varmepumpen/huset og el-systemet/omverden. Dette behov for kommunikation, giver samtidig mulighed for at nytænke varmepumpens styring. I projektet vil el-systemet via en udpeget operatør - stille styringsparametre til rådighed for styringen af varmepumpen, baseret på målinger af varmeproduktion, lokale vejrmeldinger samt el-systemets aktuelle omkostninger. Til den første fase af demonstrationsprojektet, har det ikke været muligt at aftale en færdig IT-arkitektur for informationsudveksling mellem varmepumpens styreboks og energisystemet. Det følgende er derfor et oplæg til en struktur, der skal udvikles gennem projektet. Af samme grund er den styringscomputer, der er udviklet til projektet og som installeres i de huse, forsynet med åbent software, hvor kommunikations-protokoller og software kan redesignes og downloades efter behov. Den skitserede IT-arkitektur forholder sig ikke til gældende forskrifter for afregning og måling. Omvendt er det netop ambitionen, at projektet skal bidrage til en videreudvikling af de gældende markedsforskrifter og også give input til den kommende Datahub på linie med de input der kommer fra elbils-aktiviteterne I den følgende figur er beskrevet de centrale informationskilder og -veje i projektet. Figuren skal ses som en vision for et fremtidigt marked for styring varmepumper, hvor kunden frit kan vælge el-leverandør, og hvor der findes en række informationskilder og kommercielle tilbud. Dok /10, Sag 10/ /24

17 Figur 1 Informationskilder og veje ved reguleringsydelser til varmepumper. Figuren illustrerer aktører og informationsveje inde i den enkelte bygning og fra bygningen til en offentligt reguleret kommunikationsserver. Webservices på figuren angiver, at den anvendte protokol er åben og baseret på webservices. Der er en række kommercielle aktører, der kan udføre styring og kontrol af varmepumpen og en række aktører der kan tilbyde visualisering af forbrug såvel som supplerende Home automation-services. For at sikre at de enkelte kunder med varmepumper frit og enkelt kan skifte mellem el-leverandører såvel som udbydere af informationshåndtering, lægges der vægt på en åben fælles platform mellem på den ene side en autoriseret kommunikationsserver og på den anden side, en sikker gateway ind i huset. Her tilstræbes det, at informationsmodellen implementeres på basis af IEC xxx standarden og at datasikkerhedsaspekter baseres på IEC standarden. Standardiseringen fokuserer på at fastlægge de informationer som skal deles mellem de involverede parter, dvs. mellem kommunikationsserver og styreboks. Selve datakommunikationen i boligen mellem styreboks, varmepumpe og installeret måleudstyr kan efter behov baseres på standard protokoller, der også anvendes i andre sammenhænge f.eks. "Smart Homes" teknologier (Zig- Bee,Z-wave, Power Line Communication, GPRS, RS-232, etc), og her vil ikke at stilles yderlighere krav herom. Kommunikationsserveren kan være selvstændig eller en del af en kommerciel aktørs portefølje. Ved at forespørge kommunikationsserveren, kan godkendte Dok /10, Sag 10/ /24

18 aktører få adgang til husejerens installation og informationer i styreboksen. Det er husejeren der giver denne tilladelse, ligesom det er husejeren, der ejer de data der registreres omkring driften af varmepumpen og øvrige enheder i huset. Arkitekturen vil blive tæt koordineret med den tilsvarende IT-arkitektur der er ved at udviklet i forbindelse infrastruktur for ladestandere til elbiler. I projektet leverer Energinet.dk en elmåler, udstyr til måling af varmeproduktion, samt en boks til styring af den installerede varmepumpe. Dette betyder at elforbrug til varmepumpe kan afregnes separat samtidig med at varmeproduktionen og den valgte styringsstrategi kan analyseres. IT-arkitekturen er nærmere beskrevet i dok.nr. xxxxx/yy 4.4 Informationshåndtering, dataopsamling og styreordrer Udgangspunktet er kommunikationen mellem en central kommunikationsserver og de bygninger der har fået installeret en styreboks tilsluttet hjemmets Internetrouter Dataopsamling Styreboksen aflæser hvert sekund - en 3-faset elmåler, der forsyner varmepumpen og pumpe til jordslange - flow- og temperaturmålere Middelværdier lagres hver 5. minut lokalt og sendes videre til den centrale kommunikationsserver, hvorfra de kan tilgås af aktører med legitime behov. Figur.2 Dataopsamling Dok /10, Sag 10/ /24

19 For målinger med hhv. gennemsnitsværdier (f.eks. temperatur) og for akkumulerede værdier f.eks. el- og varmeforbrug) er tidspunktet for periodens afslutning (UTC). Figur 3. Øjebliksværdier udlæst via styreboksens egen web-server Tænd/sluk-instrukser Varmepumpen bliver i projektet overstyret, således at varmepumpens indbyggede automatik i perioder kobles fra. Dette sker ved at der kan lægges styreordre i kø på styreboksen med angivelse af hhv. tænd og sluk tidspunkt. Hver ordre får et ordrenummer og ordrer kan lægges i kø op til 24 timer før afvikling, hvor tidspunktet angives i UTC-tid. I forbindelse med afgivelse af ordre returneres en bekræftelse ledsaget af et tildelt ordrenummer. For at understøtte en revideret styringsstrategi f.eks. ved overgang fra optimering ud fra spotpriser til reguleringspriser - vil det være muligt at slette tidligere afgivne ordre, og levere nye. I praksis kan det være muligt at varmepumpen ikke starter på det aktuelle tidspunkt som er dikteret af en styreordre, som følge af at varmepumpen havde været slukket kort før ordre om at på ny starte (såkaldt spærretid for at beskytte varmepumpen), eller som følge af komfortmæssige restriktioner (minimums temperaturer eller lign). Dok /10, Sag 10/ /24

20 4.4.3 Aktuelle elpriser og stamdata Operatøren vil som led i projektet få mulighed for at udstikke tidsbestemte elpriser, hvor der lokalt, dvs. i styreboksen sker en beregning af hvornår varmepumpen skal starte eller stoppe. I disse tilfælde skal operatøren levere en kode der eksekveres lokalt. I denne forbindelse vil det være behov for at der lokalt gemmes nogle nøgletal der karakteriserer varmepumpen og bygningens energikarakteristika Håndtering af tid Kommunikationen er grundlæggende tænkt som en 5. min. kommunikationsudveksling for målinger og styresignaler. Målinger og styrerordre er dog knyttet til et præcist klokkeslet (timer, minutter og sekunder). Alle informationsudvekslinger er forsynet med en tidsstempling i UTC-tid. Informationshåndtering er nærmere beskrevet i dok.nr. xxxx/yy. Det er hensigten af denne beskrivelse skal være grundlaget for udarbejdelse af en kommunikationsstandard for styring af varmepumper. 4.5 Den udviklede styreboks Den intelligente styring i projektet opbygget som vist på figur 4. Det indeholder en varmepumpe og en intelligent. Styreboksen er udstyret med et antal sensorer samt et interface til varmepumpen. Styreboksen er også forbundet til internettet og den intelligente styring foregår via afrapportering af værdier fra sensorer til en central server og herfra modtages eventuelle driftskommandoer fra serveren. Figur 4 Sensorer på varmepumpen der forbindes med Styreboksen Dok /10, Sag 10/ /24

21 De værdier, der er fundet nødvendige at overvåge, er: - Temperatur indendørs - Temperatur udendørs - Temperatur i varmepumpens tank - Energitransport til opvarmning (fremløbs- og returtemperatur samt flowmåling) - Energitransport til varmt vand (2 x temperatur og flowmåling) - Elforbrug på varmepumpe Placeringen af sensorer og flowmålere er vist på figur 4. Det er ønskværdigt at kunne hente så mange af de ovenstående værdier direkte fra varmepumpen gennem et kommunikationsinterface, da sensorerne i mange tilfælde allerede er en integreret del af varmepumpen. Styring af varmepumpen kan foregå på flere niveauer, afhængig hvor avanceret varmepumpen er og hvilke grænseflader den stiller til rådighed: - En datakommunikationsflade med en standard protokol (f.eks. webservice eller RS485) - Påvirkning af driften ved justering af ønsket temperatur (sætpunkt) - Kontaktindgange med foruddefinerede funktioner - Styring af netforsyning til varmepumpe Dok /10, Sag 10/ /24

22 Figur 5 Kommunikation mellem styreboks, varmepumpe og central server. Den udviklede styreboks kan håndtere disse forskellige kommunikationsmåder. Styreboksen er dokumenteret i dok.nr. xxxx/yy Dok /10, Sag 10/ /24

23 4.6 Omkostninger til produktion og opsætning af styreboksen De samlede omkostninger til produktion og opsætning af styreboksen beløber sig til ca kr. pr. stk. plus kørsel. Dette beløb dækkes af Energistyrelsens tilskudspulje til fremme af varmepumper VVS-montage Der er truffet aftale med producenten af styreboksen om, at de håndterer kontakten til husejere og de lokale VVS-installatører i forbindelse med opsætning af følere. Herfor faktureres 500 kr. kr. stk. VVS-installationen koster i gennemsnit ca kr. Hertil kommer materialer på ca. 900 kr. I alt er prisen for en typisk VVS installation 2900,- kr Produktion af styreboks Energinet.dk har via et lukket nationalt udbud valgt en leverandør til produktion af styreboksen. Prisen herfor er mellem 1700 og 2300 kr. pr. stk og leveringstiden er yy måneder. Prisforskellen skyldes at den dyre model er inkl. GSM Modem. Oven i dette kommer en test og uploads stand til kr. eller ca. 500 kr. pr. stk. Budgetprisen for produktionen har været 2000 kr. pr. stk. Der er truffet aftale om at de første 100 stk. kan leveres inden udgangen af oktober Der er indtil nu produceret 20 stk. som led i en prototype serie hos LIAB. Disse er ved at blive opsat hos kunderne. Den samlede pris for produktion af styreboksen forventes at blive ca. 2500,- kr Elmontage og -installation Energinet.dk har via et lukket nationalt udbud valgt to El-installatører til montage og opsætning af boksen hos kunderne. Prisen for montage og opsætning udgør mellem 3400 kr. og 4400 kr. Oven i dette kommer indkøb af trådløs temperaturføler til ca kr. stykket. Endelig skal kørsel afregnes særskilt. Budgetprisen for dette arbejde har været 5300 kr. plus kørsel. Den samlede pris for El-arbejdet forventes at blive ca. 5500,- kr. Dok /10, Sag 10/ /24

24 4.7 Håndtering af husejere og installatører I forbindelse med kontakt til husejere og installatører er der etableret en hjemmeside på Her formidles kontakten til husejerne og det er igennem denne hjemmeside at oplysninger om husejerens installation samles. Det er også her, at husejerne kan følge sit anlægs drift, ligesom projektets deltagere kan hente aggregerede data fra projektet til brug for fastlæggelse af eksempelvis styringsalgoritmer. Til næste år vil denne hjemmeside kunne anvendes til formidling af projekts resultater og anvendes som informationskilde i forbindelse med et konkret eksempel på udruldning af Smart Grid i Danmark Der er i forbindelse med kontakten til husejere og installatører udarbejdet en række konkrete anvisninger på, hvordan den praktiske udformning af den intelligente styring af varmepumpen udføres. Dette materiale kan være til inspiration til lignende projekter. Figur 6 Materialer til husejere og installatører Der er ca. 800 husejere, der via skrotningsordningen for oliefyr har tilkendegivet interesse i projektet. Der er ultimo september udsendt skemaer til ca. 150 ud af de 800 husejere. Der udsendes skemaer til ca. 100 om ugen indtil vi når ca. 400 positive tilkendegivelser på at medvirke. Ultimo september har 70 meddelt, at de gerne vil være med i projektet. Dok /10, Sag 10/ /24