Slutrapport ForskEL 2010-10469 Intelligent Fjernstyring af Individuelle Varmepumper
Indholdsfortegnelse Forord... 4 1 Resume og konklusion... 5 2 Indledning... 8 2.1 Udgangspunkt... 8 2.2 Platform... 10 3 Markedsmuligheder for varmepumper... 11 3.1 NordPool-markeder... 11 3.2 Systemydelser... 12 3.3 Interne ubalancer... 13 3.4 Business case... 14 3.5 Rammebetingelser... 15 4 Demonstrationshusene... 16 4.1 Hustyper... 16 4.2 Udvælgelse af husene... 17 4.3 Besøg og beskrivelse af husene... 18 4.4 Målersetup, usikkerheder og fejlkilder ved målingerne... 19 4.5 Brugerinvolvering... 20 5 Virtual Power Plant (VPP)... 22 5.1 Formål med VPP-serveren... 22 5.2 Overordnede styringskoncepter... 23 5.2.1 Indirekte styring (prissignaler)... 23 5.2.2 Direkte styring (central styring)... 24 5.3 Systemarkitektur... 24 5.4 VPP-serverens funktionalitet... 25 5.5 Grafisk brugerflade... 26 5.6 Anvendelse af VPP-serveren i den daglige drift hos den balanceansvarlige... 29 5.7 Styring af varmepumper... 31 5.8 Implementering af logikken... 32 6 Modellering og styring... 34 6.1 Planlægningsfasen (day-ahead)... 34 6.2 Husmodeller... 36 6.3 Intra-day kørsel... 37 Side 2 af 63
7 Standardisering... 39 7.1 Et varmepumpesystem... 39 7.2 Varmepumpemodel... 40 7.3 Nødvendige ændringer og tilføjelser til standarden... 41 8 Konklusion... 42 8.1 Resultater... 42 8.2 Opsamling på erfaringer... 46 8.3 Perspektiver... 47 A. Appendiks: Formidling... 49 A.1. Offentlig formidling... 49 A.2. Forskningspublikationer... 50 B. Appendiks: Tabel over fokushuse... 51 C. Appendiks: Informationsliste... 52 C.1. Indledning... 52 C.2. Systemoversigt... 52 C.3. Informationsoversigt... 53 C.4. Initialiseringsfase... 53 C.5. Driftsfase... 53 C.6. Informationsliste... 54 C.6.1 Template for beskrivelse af informationer... 55 C.6.2 Stamdata... 55 C.6.3 Målinger... 58 C.6.4 Status drift og funktioner... 61 8.3.1 Kontrol... 62 8.3.2 Opsætning... 63 Side 3 af 63
Forord Nærværende rapport afrapporterer ForskEL 10469-2010 projektet Intelligent Fjernstyring af Individuelle Varmepumper (IFIV). Projektperioden har været 1. april 2010 til 1. juni 2012. Projektleder er Nordjysk Elhandel og øvrige partnere Neogrid Technologies, Aalborg Universitet, Aros Teknik og Eurisco. Ud over partnerne har der været en dansk underleverandør til softwarekodningen i projektet. Budgettet for projektet har været på 6,8 mio. kr. og heraf har 5,0 mio. kr. været PSO-midler. Der er udviklet en styring til varmepumper som er et gennembrud for den direkte styringsmetode. Projektet har samarbejdet med to andre projekter. Et projekt ledet af Energinet.dk, som i samarbejde med Energistyrelsen og det tidligere Elsparefonden har opsat styrebokse ved 300 varmepumper. Dette projekt har fået tilskud gennem en pulje på 400 mio. kr. der blev afsat på Finansloven 2010 og som fik navnet Skrot dit oliefyr. Projektet er selvstændigt rapporteret, men vil alligevel blive berørt i denne rapport, da nærværende projekt opererer gennem den udviklede platform i form af styrebokse, ekstra følere og den kommunikationsserver, som er etableret i forbindelse med styrdinvarmepumpe. Det andet er ForskEL-projektet Varmepumper et aktiv i fremtidens energisystem (VAFE ForskEL 10490). De tre projekter fik sammen titlen: "Fra Vindkraft til Varmepumper" og har haft en fælles følgegruppe og har holdt koordineringsmøder i løbet af projektperioden. Et nyt projektteam, der har en del sammenfaldende partnere med nærværende projekt, har fået bevilget ForskEL-midler til at fortsætte udviklingen af styringen, med nogle spændende udvidelser af projektkonceptet. Projektet READY Smart Grid Ready Controller for Heat Pumps forventes afsluttet i 2014. Med venlig hilsen Lotte Holmberg Rasmussen, Neas Energy (tidligere Nordjysk Elhandel) Projektleder Sidst revideret 17. december 2012 Side 4 af 63
1 Resume og konklusion I ForskEL 10469-2010 projektet Intelligent Fjernstyring af Individuelle Varmepumper (IFIV) er der udviklet en styring til varmepumper, som er et gennembrud for den direkte styringsmetode. Projektperioden har været 1. april 2010 til 1. juni 2012. Projektleder er Nordjysk Elhandel og øvrige partnere er Neogrid Technologies, Aalborg Universitet, Aros Teknik og Eurisco, hver med forskellige opgaver i projektet. Der er ydet tilskud på 5 mio. kr. fra ForskEL-midlerne. Med en anseelig større andel af vind i energisystemet i Danmark de kommende år er det nødvendigt at øge elforbruget og at dette elforbrug er fleksibelt. Dvs. at forbruget ligger de steder, hvor elpriserne er lave i døgnet, idet dette som regel afspejler, at det blæser meget eller at det øvrige forbrug er lavt, eller begge. Samtidigt er det nødvendigt, at forbruget er fleksibelt i forhold til systemydelser indenfor driftsdøgnet, specielt regulerkraften, for at kunne kompensere for fejl i vindprognoserne. Varmepumper i private boliger kan være fleksible og det er et væsentligt element i at omlægge en del af varmeforbruget i Danmark fra fossile brændsler til el, der produceres på vindmøller. Dette projekt har haft to hovedformål: Analyse, udvikling og demonstration i praksis af, hvordan intelligent fjernstyring af individuelle varmepumpesystemer opbygges, dimensioneres og implementeres uden at forbrugerne mærker forringelse i komfort eller indsats og samtidig får en økonomisk gevinst og er med til at bidrage til klimaindsatsen. Demonstration af at forbrugsenheder, her eksemplificeret ved individuelle varmepumper, kan anvendes af en balanceansvarlig til både at flytte forbruget og til at levere regulering, balancering og systemydelser i energisystemet I projektet er der udviklet en VPP-server (Virtual Power Plant), hvor mange varmepumper styres som én enhed, set fra en balanceansvarlig. Samtidig er der udviklet algoritmer, der kan forudsige varmebehovet i det enkelte hus de kommende døgn. Løsningen har været demonstreret i fire huse og der har været en del kommunikation med og besøg ved husejerne. Energinet.dk har ledet et andet projekt, hvor der er blevet opsat styrebokse og ekstra følere hos forbrugerne, og udviklet en kommunikationsserver. Projektet hedder Styr din varmepumpe. Det er denne platform som nærværende projekt har anvendt og kommunikeret med varmepumperne igennem. En hussimulator beregner det forventede varmeforbrug i de enkelte huse og timer i de kommende døgn på baggrund af husets termodynamiske egenskaber dvs. varmetab, tidskonstant og akkumuleringsevne i tank eller konstruktion, antal beboere, normalt varmeforbrugskarakteristik, dvs. forbrugsvaner, lokale vejrprognoser for sol og udetemperatur, samt beboernes krav til indetemperatur og et bånd som temperaturen kan svinge indenfor. VPP en beregner på baggrund af det forventede varmeforbrug og spotpriserne en optimal plan for den enkelte varmepumpes kørsel det kommende driftsdøgn. Algoritmen giver et bud på elforbruget hver time. Den aggregerede plan for alle varmepumperne anvender den balanceansvarlige til indkøb på NordPool og i det efterfølgende døgn forsøges det at overholde planen. Side 5 af 63
Efter handel og efterfølgende inde i driftsdøgnet opdateres planen for varmepumperne hver time på baggrund af det faktiske varmeforbrug. Varmeforbruget kan for eksempel ændres pga. et andet forbrugsmønster f.eks. pga. ferie eller gæster, vinduer der åbnes, en brændeovn der tændes eller en anden solindstråling end forventet. Herudover beregnes en fleksibilitet for varmepumperne, således at der er mulighed for at levere regulerkraft til den systemansvarlige, dvs. Energinet.dk. I efteråret 2010 fik IFIV-projektet en liste fra Energinet.dk over de første 130 huse, hvor installationen af måleudstyr var i gang. IFIV-projektet har valgt ca. 10 anlægsværter til afprøvning og demonstration af styringsstrategier og muligheder. I de 10 huse har der dog været en del udskiftninger undervejs, idet det viste sig, at der var problemer med at finde nogen der var klar til at kunne fjernstyres, og hvor der i øvrigt ikke var tekniske problemer. Ud fra besvarelserne kan det udledes, at det er engagerede mennesker, der ønsker at være med i projektet. I notatfeltet på besvarelserne ses at enkelte direkte beder om at være med, og et par stykker har også ringet for at spørge, om de vil blive udvalgt. Af anlægsdataene ses det, at ejerne har villet ofre de ekstra penge på jordvarme og også overraskende mange på solvarme. Blandt de 10 fokushuse er der udvalgt repræsentanter for typiske ejendomme og familier samt forskellige tekniske løsninger. I indeværende projekt har VPP-serverens primære formål været at levere en samlet enkel teknisk adgang til at styre mange individuelle varmepumper, installeret i boliger med hver deres forskellige krav til komfort. VPP-serveren skal levere en fleksibel effekt, der automatisk og med kort varsel kan ændre varmepumpernes driftsplan og dermed flytte elforbruget. VPP-serveren leverer en markedskobling af varmepumpernes elforbrug, som en balanceansvarlig herved får muligheden for at tilgå via én samlet portal. De estimerede effektplaner aggregeres i serveren og præsenteres som en samlet plan med tilhørende fleksibilitet. VPP-serveren er forbundet til varmepumpeinstallationerne via Energinet.dk s kommunikationsserver. Herigennem kan der ad hoc hentes historiske måledata fra varmepumperne, samt sendes styrekommandoer og driftsplaner den anden vej. Yderligere hentes der via kommunikationsserveren historiske- og prognose-vejrdata. Kommunikationsprotokollen er implementeret som et XML/SOAP-baseret webserviceinterface. Interfacet til Nordjysk Elhandel er ligeledes implementeret via webservices. Her henter VPP-serveren spotprisprognoser samt de faktiske spotpriser, når de er tilgængelige og sender/indmelder hver time opdaterede effektplaner samt regulerkraftbud til PBAS, Nordjysk Elhandels egetudviklede indmeldingssystem. VPP-serveren udstiller en webservice der gør det muligt at aktivere regulerkraftbud som er ramt og skal aktiveres. Herefter beregnes nye start/stop planer, der sendes til varmepumperne, så de kan levere den ønskede effektregulering. Selve VPP-serveren er implementeret som en stand-alone applikation/server, hvor forretningslogikken kører og data gemmes. Den grafiske brugergrænseflade er implementeret som en separat applikation, der automatisk downloades og kører på klientmaskinen. Side 6 af 63
Projektet har understøttet udviklingen af en standard omkring fjernstyringen ved intelligent elforbrug. Der er udarbejdet et teknisk White Paper med beskrivelse af standarder indenfor elmålere til brug for forbrugsregulering. Der er primært fokuseret på datakommunikationen imellem elforbrugende enheder og elmåleren, samt mellem elmåleren og elselskabet herunder den balanceansvarlige. IFIV-projektet har således bidraget med viden, der er overdraget til 61850-7-420 arbejdsgruppen i form af en teknisk rapport. En rapport, som kan danne grundlag for de ændringer, der er nødvendige i standarden for at kunne håndtere varmepumper. Det konkluderes, at det der er specielt ved projektet er VPP-serveren og styringsalgoritmerne, baseret på en simulator for hvert hus der anvender en udviklet en termisk model og at der kan styres efter både spotpriser og regulerkraft. Med den modelbaserede styring er det i projektet vist, at det er muligt at forbruge el efter spotpriserne uden at det påvirker komforten for husejerne væsentligt. Simulatoren kan ikke forventes at rammer 100 % rigtigt i dens prædiktioner. Det har vist sig, at det typisk er muligt at forudsige kommende døgns energibehov (varme og brugsvand) med en nøjagtighed på 5 %. En ikke-forventet brugeradfærd kan dog let ændre på dette billede, men antagelig ikke på det aggregerede billede fra mange varmepumper. Der kræves dog et større statistisk materiale af antal varmepumper samt den tid algoritmerne kører for at kunne bedømme den nøjagtige kvalitet af hussimulatoren. Det vil også kunne give svar på, om unøjagtighederne i de individuelle husmodeller til en vis grad ophæver hinanden, så det samlede resultat bliver tæt på det ønskede. Det er vanskeligt med det nuværende erfaringsgrundlag at bestemme, hvor meget elforbrug der kan flyttes fra et tidspunkt til et andet. Husejerne i projektet har accepteret udsving i indetemperaturen på op til ± 2 ⁰C. Den mængde energi, der så kan flyttes er meget afhængig af den enkelte huskonstruktion, installation (under- eller overdimensioneret varmepumpe) samt årstiden på året. På grund af den store temperaturtidskonstant i mange bygninger vil det i mange dage være muligt at flytte hele varmeforbruget et helt døgn, bl.a. fordi VPP-serveren kan anvende forvarmning af huset til at udvide fleksibiliteten. Det økonomiske potentiale for den intelligente styring af varmepumpen ligger i udnyttelse af fleksibiliteten i spotprismarkedet, deltagelse i regulerkraftmarkedet samt intern balanceudjævning hos den balanceansvarlige. VPP-serveren har endnu for få brugere tilsluttet, ligesom afprøvningen ikke har fundet sted over en hel fyringssæson, til at det er muligt at konkretisere dette potentiale yderligere. Dette er imidlertid et af målene i videreførelse i READY projektet. Det helt væsentlige er dog, at der er udviklet en automatisk og ganske avanceret styring der er demonstreret i det virkelige liv hos rigtige elforbrugere, der har meldt sig til at være med i projektet. Side 7 af 63
2 Indledning 2.1 Udgangspunkt Udgangspunkterne for ForskEL 2010-projektet Intelligent Fjernstyring af Individuelle Varmepumper (IFIV) gennemgås herunder. Dvs. det er de problemstillinger som projektet oprindeligt tog udgangspunkt i, og som er blevet behandlet i projektet Integrering af vind vha. varmepumper Udgangspunktet er, som ved de fleste andre Smart Grid-projekter i Danmark, at Danmark indtil 2020 forventes at forøge andelen af vindkraft fra 20 til 50 % af forbruget. For at kunne integrere så meget vind i det danske elsystem er det for det første nødvendigt med et større elforbrug, som kan anvendes på tidspunkter, hvor det blæser mere end gennemsnittet. For det andet er det nødvendigt, at det nye elforbrug (og noget af det eksisterende) er fleksibelt, således at forbruget kan tidsforskydes. Varmepumper i husholdningerne opfylder begge disse kriterier. Dels er det et nyt elforbrug, der erstatter anvendelse af fossilt brændsel til varmeproduktion i individuelle oliefyr, dels er varmepumpernes elforbrug fleksibelt, dvs. selvom de skal opretholde varme og brugsvandsbehovet i husene, kan elforbruget flyttes pga. akkumuleringskapacitet. Udvikling af VPP - IT-værktøj til sammenbinding af varmepumpestyring og balanceansvarlig Projektet har haft fokus på udviklingen af en VPP-styring (Virtuel Power Plant), hvor varmepumperne i husene fjernstyres ud fra forskellige kriterier og forudsætninger. I en VPP-løsning styres mange enheder som én, set fra den balanceansvarlige. Balanceansvarlige spiller en central rolle i elsystemet da de køber og sælger el på NordPool og har det økonomiske og juridiske ansvar for at holde balancen i driftsdøgnet i forhold til det der er købt eller solgt dagen før. Det er således gennem de balanceansvarlige, at producenter og forbrugere køber og sælger strøm på NordPool og tilbyder forskellige former for op- og nedregulering til Energinet.dk, Danmarks systemansvarlige TSO. Flytning af forbrug ift. elmarkederne Det har været et udgangspunkt, at forbruget flyttes i forhold til i første omgang spotmarkedet derefter regulerkraftmarkedet. Hvis varmepumperne styres i forhold til de timer hvor spotpriserne er lavest, vil disse repræsentere de timer hvor der enten er meget vind i systemet eller hvor det øvrige forbrug er lavt. Eller begge. Varmepumperne kan dermed anses for en grøn teknologi, idet styringen både kan være med til at integrere en større andel vindkraft i det danske elsystem og kan undgå de timer, hvor det øvrige forbrug er højt, også kaldet peak shaving. Desuden er varmepumpestyringen forberedt til at kunne levere regulerkraft dvs. fleksibilitet i 15-minuttersmarkedet. Plan for varmepumpernes kørsel Noget af det specielle i dette projekt, er at der lægges en plan for den enkelte varmepumpes kørsel i det enkelte hus, dagen i forvejen, for hver time det kommende driftsdøgn. Overordnet har strategien for styringen, planlægningen af driften og justering af driften indenfor driftsdøgnet været: Side 8 af 63
Planlægning af driften i morgen (inden kl. 12, da der skal købes strøm på NordPool) Spotpriserne de kommende dage (prognoser) Varmebehovet de kommende dage beregnet på baggrund af: Husets karakteristika: Isolering, tidskonstant, varmeakkumuleringsevne enten i tank eller i konstruktion Antal beboere i huset Beboernes forbrugsvaner Beboernes krav til indetemperatur og komfortgrænser over døgnet Sol og temperaturprognoser for de næste dage Regulering af elforbruget indenfor driftsdøgnet (hver time) Varmeforbruget afviger det indeværende døgn fra det der blev forudsagt? Som førsteprioritet sikres temperaturen i huset (indenfor komfortbåndet), og tilstrækkeligt indhold i varmtvandstanken Planen opdateres løbende (dvs. + alle parametre under Planlægning af driften i morgen ) Regulerkraft (manuel regulering - 15 minutters-reserver) Opvejning af regulering i dag ift. senere ubalancer og spotpriser i morgen Hvilke komfortafvigelser kan tåles ift. besparelser / fortjeneste? Forbrugernes komfort opretholdes Det har været en forudsætning for de løsninger der er udviklet i projektet, at varmepumpeejernes komfort opretholdes. Dvs. at de ikke føler, at de har det for koldt eller varmt eller mangler varmt vand i forhold til, hvordan det var uden styringen. Det har dog samtidigt været forudsat, at temperaturen kan svinge inden for et bånd, hvor forbrugerne har den samme oplevelse af komfort. Temperaturbåndet er nødvendigt for at bygningen kan fungere som akkumulering af varme. Herudover har det været forudsat, at temperaturbåndet kan være bredere, når beboerne ikke er hjemme, og om natten når de sover. Forretningsmodeller Udgangspunktet var analyse af afregningsmuligheder og økonomiske incitamenter til styring af individuelle varmepumper i forhold til spot og systemydelser. For at et koncept med styring af individuelle varmepumper skal kunne udvikles og implementeres er det nødvendigt med økonomiske gevinster til både teknologileverandører, balanceansvarlige og forbrugere. Standardisering informationsmodeller Projektet har som udgangspunkt ville understøtte udviklingen af en standard omkring fjernstyringen ved intelligent elforbrug. Det var udgangspunktet, at der skulle udarbejdes et teknisk white paper, med beskrivelse af standarder indenfor elmålere til brug for forbrugsregulering. Der er primært fokuseret på datakommunikationen imellem elforbrugende enheder og elmåleren, samt mellem elmåleren og elselskabet herunder den balanceansvarlige. Brugerkontakt / opsætning ift. styring I projektet er der lagt vægt på at udvikle og demonstrere styringen i virkeligheden. Styrdinvarmpumpeplatformen er anvendt og løsningen koblet op på de styrebokse, der blev opsat i forbindelse med Side 9 af 63
Energinet.dk s projekt. Det har været forudsat, at varmepumpeejerne har været villige til at indgå i udviklingsprojektet, da de der har været med har sat flueben ved, at de gerne vil indgå i et forsøgsprojekt. 2.2 Platform Ovenstående udgangspunkter har været baggrunden for udvikling, implementering og standardiseringsinput af varmepumpestyringen i projektet. Herunder ses en skitse af den platform som varmepumperne har været styret igennem og som Energinet.dk har taget det overordnede ansvar for. I forbindelse med forsøgshusenes varmepumper er der eftermonteret styrebokse og ekstra følere. Styreboksen er udviklet af firmaet Liab og er koblet på en kommunikationsserver som de også har udviklet. Fra denne kan brugerne og andre trække data fra varmepumpernes følere. Igennem kommunikationsserveren kommunikerer VPP-serveren som modtager prisprognoser fra den balanceansvarliges IT-system PBAS, som VPP-serveren er koblet op til. Figur 2.1: Overordnet skitse af den platform der anvendes og den styring der er udviklet i projektet. Platformen vil blive beskrevet nærmere i et senere kapitel. Side 10 af 63
3 Markedsmuligheder for varmepumper En forudsætning for at styring af varmepumperne vil blive udviklet, implementeret og udbredt er, at der er økonomiske incitamenter for alle aktører i værdikæden. Vigtigst er de balanceansvarlige og forbrugerne, da de er baggrunden for en efterspørgsel der gør, at teknologileverandørerne udvikler teknologien. I projektet er det analyseret, hvilke markedsmuligheder, der er for varmepumperne og dette beskrives i kapitlet herunder. 3.1 NordPool-markeder Herunder ses de markeder der pt. eksisterer og som projektet har taget udgangspunkt i. Disse vil kort blive gennemgået. Der er fokuseret på de markeder der er relevante for varmpumperne. Figur 3.1: De elmarkeder der findes på NordPool og ved Energinet.dk Det finansielle marked El kan købes og sælges måneder og år før den fysiske levering. Disse forward-kontakter handles på det finansielle marked, der er en del af NordPool. Dette kan på sigt blive relevant for varmpumperne. Spotmarkedet Al produktion og forbrug, der ikke handles bilateralt, meldes ind på den fællesnordiske børs NordPool dagen før driftsdøgnet via de balanceansvarlige. Buddene skal være hos NordPool inden kl. 12. Herefter genereres en spotpris, et priskryds, for alle timer i det kommende driftsdøgn kl. 00-24. Dette betyder i praksis, at alle priser for hver time i året er forskellige. På spotmarkedet kan der meldes ind både prisuafhængigt eller prisafhængigt med en given mængde pr. time. Ved prisafhængige bud er der både mulighed for timeindmeldinger eller blokbud på minimum tre timer pr. blok. Nordjysk Elhandel udsender hver dag kl. 9 og 10 spotprisprognoser til producenterne for priserne i de næste fem driftsdøgn som de bruger til at melde ind efter. Det er også disse prisprognoser, der b.la. anvendes til at planlægge varmepumpernes drift det kommende driftsdøgn. Elbas Side 11 af 63
Når prisen er fundet i spotmarkedet, er der balance mellem produktion og forbrug for det kommende driftsdøgn. Inde i driftsdøgnet kan der handles på Elbas for at udligne senere opståede ubalancer op til en time før driftsdøgnet. Dette er NordPools ansvarsområde. 3.2 Systemydelser Inde i driftstimen er det de nationale TSO er, i Danmark Energinet.dk, der har systemansvaret for at opretholde balancen mellem produktion og forbrug og dermed frekvensen og spændingen i elsystemet. Ubalancerne skyldes afvigelser i forhold til indmeldinger for produktion og forbrug. Ubalancerne udlignes ved at Eneginet.dk udbyder og køber forskellige systemydelser. Der er forskel på de ydelser der købes i DK1 og DK2. Her er der fokus på DK1. De forskellige former for reserver i DK1: Primære reserver, også kaldet frekvensregulering eller frekvensstyrede reserver LFC reserver, også kaldet automatiske eller sekundære reserver Regulerkraft (manuelle reserver) Herudover bliver der udbudt kortslutningseffekt, reaktive reserver og spændingsregulering, men disse ligger udenfor dette projekts område og vil ikke blive omtalt. Regulerkraft (manuelle reserver) De manuelle reserver eller regulerkraft er et marked, hvor produktions- eller forbrugsenheder skal levere fuld regulering indenfor 15 min. Det er muligt at modtage rådighedsbetaling for at stå i reserve i manuelle reserver. Der udbydes dog kun meget sjældent rådighedsbetaling for nedregulering, mens der stadig udbydes rådighedsbetaling for opregulering. Dog er udbuddet for opregulering steget betragteligt siden de decentrale producenter pr. 1. februar 2007 fik muligheden for dagligt at give timebud, og priserne er som regel ganske lave. Derfor er der ikke kalkuleret med reservebetaling for manuelle reserver i projektet. Hvis der er vundet rådighed for de manuelle reserver skal der meldes aktiveringspriser ind. Dog kan priserne ændres op til en time før driftsdøgnet. Det er også muligt at byde ind med regulerkraft, selvom der ikke modtages rådighedsbetaling. Prisen og mængden kan ændres op til en time før driftstimen. Dog kan prisen ikke ændres, hvis enheden først er aktiveret. Disse bud går ind parallelt med de bud der kommer fra de enheder der modtager rådighedsbetaling. Det sidst vundne regulerkraftbud sætter prisen. Mindste bud er 10 MW og højeste 50 MW. Dvs. i øjeblikket skal buddene puljes, hvis der tilbydes mindre end 10 MW, hvilket er aktuelt for varmepumperne. Det er pt. ikke muligt at pulje produktion og forbrug sammen. Opreguleringsprisen er altid højere end spotprisen og nedreguleringspriserne er altid lavere end spotprisen. Energinet.dk kan aktivere den indmeldte regulerkraft på et vilkårligt tidspunkt i driftstimen. Varigheden er forskellig. Herunder ses et eksempel på, hvor meget priserne på spot og regulerkraft kan svinge over en uge og hvor meget produktioner fra forskellige typer enheder og forbruget kan variere. Side 12 af 63
Figur 3.2: Eksempel på en uge i DK1. Figuren viser produktion fra forskellige enheder og elforbruget samt priser på spotmarkedet og for op- og nedregulering i regulerkraft. Kilde: www.emd.dk/el Automatiske reserver Medio 2012 er LFC-reserverne (Load Frequency Control) også kaldet automatiske reserver stadig ikke udbudt på daglig basis, men kun på månedskontrakter. Dette marked er således ikke relevant for varmepumperne. Primære frekvensstyrede reserver Primære reserver eller frekvensreserver er den hurtigste reserve der findes og anvendes til at stabilisere frekvensen, således denne svinger omkring de 50 Hz. Primærreserven kan leveres af produktions- og forbrugsenheder, der via reguleringsudstyr reagerer på nettets frekvensafvigelser. Primærreserverne består af og rekvireres både som opreguleringsreserver og nedreguleringsreserver i firetimers blokke. Der gives ikke betaling for effekt. Det kan være relevant for mindre forbrugsenheder at levere denne type reserve. Dette har ikke været behandlet i projektet, idet dette ikke har været muligt gennem den anvendte styreboks. 3.3 Interne ubalancer Ubalancer i driftsdøgnet skyldes produktions- eller forbrugsubalancer i forhold til det der er meldt ind af de balanceansvarlige. Udligning af ubalancer internt hos de balanceansvarlige kan ske enten ved at handle sig fri af ubalancen eller ved at kompensere for ubalance ved aktivt at kontrollere produktion eller forbrug. Ubalancer kan handles/justeres gennem hele døgnet. Oftest betaler de balanceansvarlige dog for de Side 13 af 63
ubalancer som producenter eller forbrugere forårsager. Vindprognoser og balance er meget tæt forbundne i forhold til minimering af vindubalanceomkostninger. 3.4 Business case Spotmarkedet vil være grundlaget for at flytte elforbruget til varmepumper (og øvrigt regulerbart forbrug). Varmepumperne vil blive meldt ind prisafhængigt vha. prisprognoserne. Priserne i markedet er som sagt dannet ud fra forskellige parametre, men indenfor et driftsdøgn vil det primært være vinden og forbruget der sætter priserne i de enkelte timer. Ved at drifte varmepumperne i de timer, hvor spotpriserne er lavest opnås at varmepumperne vil køre hvor det øvrige forbrug er lavt og/eller hvor det er forudsagt at det blæser meget. En af forudsætningerne for at kunne regne økonomien i styring af varmepumper er, at kende det antal timer, som varmepumpernes drift kan flyttes. Dette har betydning for, hvor mange timer, forbruget kan flyttes i spotmarkedet og for, hvor lang tid varmepumperne kan være fleksible i regulerkraftmarkedet. Med det begrænsede statistiske grundlag der er opnået i projektet, er det ikke muligt at konkludere på antallet af flytbare timer og det er derfor ikke muligt at udregne det økonomiske potentiale. De foreløbige beregninger som er lavet i forbindelse med projektet støtter op om Energinet.dk s vurdering af potentialet for den enkelte varmepumpeejer dvs. 3-800 kr./år for deltagelse i både spot- og regulerkraftmarkedet. Udregning af potentialet for deltagelse i regulerkraften er vanskelig, da flytning af forbruget på den enkelte varmepumpe kan betyde, varmepumpen skal køre anderledes senere i driftsdøgnet, hvor der allerede er handlet strøm og hvor ubalanceomkostningerne er ukendte på forhånd. Dette er specielt tilfældes, hvis driften på den enkelte varmepumpe forskydes væsentligt således at temperaturen ikke kan holdes inden for temperaturbåndet. Anvendelse af varmepumperne i regulerkraften kan således give enten en senere omkostning eller en indtægt, hvilket er umuligt af forudse. En måde at komme ud over dette kunne være, hvis den balanceansvarlige har en stor pulje af varmepumper og forskydning af elforbruget kan minimeres på den enkelte varmepumpe ved at fordele levering af f.eks. regulerkraft på mange varmepumper. På den måde kan den enkelte varmepumpes drift og temperaturen i huset holdes indenfor et bånd der betyder, at der ikke kommer en senere ubalance. Potentiale for antallet af varmepumper i Danmark Der har i de sidste år og i løbet af projektperioden været forskellige tal fremme med hensyn til, hvor stort potentialet er for antallet af varmepumper i Danmark. Energinet.dk vurderer i deres rapport Fremtidens fleksible og intelligente energisystem fra 2009, at 500.000 boliger i 2025 udenfor fjernvarmeområderne vil være forsynet med varme fra varmepumper. Dansk Energi og Energinet.dk vurderer i en anden rapport Smart Grid i Danmark fra 2010, at der i 2025 kan være 300.000 varmepumper, der potentielt kan styres. Den lille blå om varmepumper udgivet af Dansk Energi i 2011 anvender 747.000 varmepumper i deres udregninger af potentialer. COWI har i et studie gennemført for Energistyrelsen 2011 Afdækning af potentiale for varmepumper til opvarmning af helårshuse i Danmark til erstatning for oliefyr vurderet, at der er potentiale for at 53.538 oliefyr vil kunne erstattes af varmepumper. Der er således stor forskel på, hvordan potentialet vurderes, og det antal der bliver realiseret, har naturligvis betydning for, hvor stort forretningspotentialet for forskellige aktører er, herunder aggregatorer, f.eks. balanceansvarlige, der skal have økonomi i at styre varmepumperne. Side 14 af 63
3.5 Rammebetingelser I dette afsnit omtales forskellige rammebetingelser for varmepumperne. Som de ser ud nu, vil det ikke være muligt at anvende varmepumperne i fremtidens Smart Grid. Den vigtigste ramme for varmepumperne er muligheden for mindre forbrugere til at blive timeafregnet. Dette kan de principielt godt i dag, men pga. af bl.a. krav til datavalidering vil de få et abonnement, der slet ikke kan bære økonomien i timeafregningen. Halvdelen af forbrugerne har pt. fået installeret en fjernaflæst timemåler. Det er nødvendigt, at alle forbrugere får dette, og at der yderligere indføres timeafregning. Ellers vil der ikke være incitament til at flytte elforbruget fra varmepumperne til de timer, hvor prisen er lavest. Det vurderes, at der minimum vil gå 2-3 år, før dette kan være implementeret for alle forbrugere, måske en del flere år. Et skridt på vejen kunne være et krav om, at forbrugere med et større fleksibelt elforbrug, f.eks. elbiler og varmepumper, skal have timeafregning. Der er foreslået en såkaldt Tredje afregningsgruppe, hvor forbrugerne vil kunne få en afregning for elprisen der varierer time for time, men denne metode giver ikke mulighed for deltagelse i regulerkraftmarkedet, så den vil sandsynligvis ikke være nok til at få økonomi i styring af varmepumperne. I forhold til flytning af forbruget ud fra spotmarkedet er udfordringen, at selve elprisen kun udgør en mindre del af den samlede pris som forbrugerne betaler. Hovedparten udgøres af tariffer og afgifter. Det vil derfor sandsynligvis være en forudsætning for økonomien i styring af varmepumperne, at både tariffer og afgifter gøres dynamiske, for at skabe større forskel i forbrugernes priser hen over døgnet. En yderligere mulighed for at skabe mere økonomi i styring af varmepumperne er, at der etableres et marked for begrænsninger i netbelastningerne i de lokale distributionsnet. Dette vil blive taget op i forbindelse med forsættelsen af dette projekt i READY-projektet, som blev nævnt i forordet. I øjeblikket er netselskaberne langt fra kapacitetsgrænserne på næste alle radialer, men dette forudses at ændres med mange elbiler, varmepumper og solceller. I dag stiller Energinet.dk krav om, at alle fleksible forbrugsenheder, der melder ind prisafhængigt, dels skal godkendes af Energinet.dk og dels skal have selvstændig måling og afregning. Dette er en rammebetingelse der skal ændres, hvis varmepumperne skal have en realistisk mulighed for at blive anvendt i fremtidens Smart Grid. Regulerbart forbrug og produktion er underlagt køreplaner. Hver gang der sker en ændring skal der redegøres for, hvorledes det forventes at køre næste time. Derfor er det nødvendigt at være opmærksom på, om enhederne kører som de skal. Dette er således relevant for varmepumperne. Den udviklede styring vil kunne leve op til dette krav. Interessen fra de balanceansvarlige i at anvende varmepumperne til at flytte elforbruget og til regulerkraft vil afhænge væsentligt af forretningspotentialet. Hvis rammebetingelserne ikke ændres er det usandsynligt, at de balanceansvarlige har mulighed for at få tilstrækkelig økonomi i at styrevarmepumperne til at udvikle løsninger, hvor en del af indtjeningen/besparelsen skal deles med elforbrugerne, der også skal have et incitament til at lade deres varmepumpe styre. Side 15 af 63
4 Demonstrationshusene Som en del af projektet har det været et mål at finde 10 ejendomme, som kunne anvendes til demonstration af fjernstyringen, dvs. stop og start af varmepumperne i forhold til elmarkederne, uden at det går ud over den komfort, der er aftalt med husejerne. Herunder har det været et mål at registrere, hvordan husene reagerer ved forskellige varmeforbrugsmønstre, klimaforhold og evnen til at akkumulere varme. Det har således været en stor hjælp, at der har været adgang til samtlige data for alle ejendomme som har standard-målepakken gennem www.styrdinvarmepumpe.dk. I forbindelse med Energistyrelsens skrotningsordning for oliefyr i 2009-10 blev ansøgerne givet en mulighed for at være med i et projekt med styring af deres nye varmepumpe. Projektet hedder: Styr din varmepumpe og blev startet af Energinet.dk med støtte af Energistyrelsen. En del husejere (800-1000) sagde umiddelbart ja. Der blev sendt spørgeskemaer til de interesserede for at få mere detaljerede oplysninger om husejernes varmepumper og huse. Hovedformålet var at få 300 anlægsværter til projekt StyrDinVarmepumpes målings- og styringsforsøg, hvortil der bl.a. er udviklet en styreboks af firmaet LIAB. I efteråret 2010 fik IFIV-projektet en liste fra Energinet.dk over de første 130 huse, hvor installationen af måleudstyr var i gang. IFIV-projektet har valgt ca. 10 anlægsværter til afprøvning og demonstration af styringsstrategier og muligheder. I de 10 huse har der dog været en del udskiftninger undervejs, idet det viste sig, at der med den første udvælgelse af huse var problemer med at finde nogen der var klar til at kunne fjernstyres, og hvor der i øvrigt ikke var tekniske problemer. Ud over de 10 fokushuse i IFIV-projektet, har Teknologisk Institut i deres ForskEL-projekt 10 andre ejendomme, som de måler på. De to projekter har haft dialog om de bygningsfysiske forudsætninger samt ønsker til målinger på de udvalgte fokushuse. 4.1 Hustyper I listen over de første 130 huse var der ejendomme i alle aldre: 1791-2010. Det afspejler variationen i de boliger, som vil skifte til varmepumpe i de kommende år. Bygningerne er på mellem 100 og 400 m 2. Med hensyn til opvarmningssystem har 82 % radiatorer i huset og 79 % har gulvvarme. Som primær opvarmningsform angiver halvdelen (49 %) gulvvarme og den anden halvdel radiatorer. I forhold til husenes akkumuleringsevne er det interessant, hvilke materialer indervægge og gulve er lavet af. Her angiver 51 % at indervægge er af mursten eller beton. Resten er gips, træ, gasbeton eller andet. Ved gulvkonstruktionerne angiver 63 % den som beton og resten er typisk træ. Beboersammensætningen er også spredt. Der er i gennemsnit 3 beboere per hus, med en spredning fra 1-6 beboere, hvoraf en del er børn og unge. I spørgeskemaerne fra de 130 husejere fordeler fabrikaterne sig således: Danfoss: 33, Vølund: 27, DVI: 21, IVT: 11 og andre fabrikater med færre antal: Bosch, Evi Heat, GasTech Energi, Nilan, Octopus, Sabetoflex, Sanoy, SVK Energi, (Salling Vaske- og køleteknik) og Vaillant. Langt de fleste er jordvarmeanlæg og kun enkelte luft/vand anlæg. Desuden er der overraskende mange (22 stk.) der har kombinationsanlæg med solvarme. I forhold til akkumuleringsevne er det interessant hvor meget beholder-kapacitet, der er i husene. Ud af de 130 besvarelser har de 21 beholdervolumen på mellem 300 l og 500 l og en enkelt med 935 l. Side 16 af 63
Ud fra besvarelserne kan det udledes, at det er engagerede mennesker, der ønsker at være med i projektet. I notatfeltet på besvarelserne ses at enkelte direkte beder om at være med, og et par stykker har også ringet for at spørge, om de vil blive udvalgt. Af anlægsdataene ses det, at ejerne har villet ofre de ekstra penge på jordvarme og også overraskende mange på solvarme. En enkelt er også med i Energistyrelsens måleprogram for varmepumper vedrørende virkningsgrader. 4.2 Udvælgelse af husene Blandt de 10 fokushuse er der udvalgt repræsentanter for typiske ejendomme og familier samt forskellige tekniske løsninger. I udvælgelsen af de 10 ejendomme til de første analyser blev der lagt vægt på følgende: For at få variation i varmeforbrug og hustype blev der lagt vægt på at få både gamle og nye ejendomme med. Desuden blev der udvalgt forskellige husstørrelser og beboerantal. I forhold til akkumuleringsevne blev der valgt forskellige huskonstruktioner og beholderstørrelser og distribution af varmen gennem radiatorer og/eller gulvvarme. I forhold til fabrikater og anlægstyper er der valgt nogle af de sædvanlige varmepumper på det danske marked. Både for at se på mulighederne for styring og for at have kontakt med de vigtigste fabrikanter. I forhold til den generelle udbredelse af både jordvarme og luft/vand anlæg er der også valgt et eksempel på luft/vand anlæg, selv om der ikke er ret mange blandt de 130 husejere på listen fra Energinet. Dette forhold er måske ikke specielt afgørende for mulighederne for styring af varmepumpen, men der kan være nogle problematikker vedrørende luft/vand i forhold til afrimning og hvordan driften er forskellig mellem dag/nat og sommer/vinter. I forhold til valg af anlæg med solvarme var det oprindelig intentionen at have et par stykker med, men denne type anlæg er vanskelig at forudsige driften af. Anlægskombinationen er dog interessant. Dels fordi de kan repræsentere en fremtidig anlægskonstruktion, hvor energibesparelserne er optimeret, og dels fordi de ofte har en relativt stor beholder. Et andet forhold, der er vanskeligt at forudsige, er brug af brændeovn. Derfor er det også forsøgt at undgå huse med brændeovn, men det har været næsten umuligt. Geografisk er der taget hensyn til at anlæggene ligger i Midtjylland. Det skyldes at de i projektperioden er besøgt flere gange i forbindelse med registrering og klargøring til fjernstyring, og det er sket med udgangspunkt fra Århus. Desuden blev de udvalgte husejere inviteret til to fælles orienteringsmøder, og her var det praktisk, at de ikke skulle køre for langt. Ud fra de indtastede forbrug på olie og brænde er der udregnet et varmeforbrug. Det er en grov beregning, der ikke tager hensyn til brugsvandsforbrug og som anvender samme virkningsgrader på alle anlæg. Beregningen er foretager pr. m 2 hus og er mest for at sikre at forbruget har ligget på den rigtige side af en forudsætning om, at varmeforbruget højst må være 150 kwh/m 2. Desuden er der angivet en værdi af konstruktionens akkumuleringsevne ud fra de angivne materialer på indervægge og gulve, samt den primære opvarmningsform. Der er angivet 4 kategorier fra let til tung bygning, angivet som 40, 80, 120 og 160 Wh/m 2 K. Tabel med fokushusene findes i appendiks B. Side 17 af 63
4.3 Besøg og beskrivelse af husene Efter den første udvælgelse blev fokushusene besøgt for at beskrive den virkelighed, som varmepumpen indgår i. Det har ved udvikling og afprøvning af modellerne været vigtigt at have et klart billede af hvordan de pågældende forsøgs-huse egentlig så ud, og det har givet et bedre dialog med beboerne. Et eksempel gengivet (delvist) her nedenfor vedrørende installation nr. 977, som var det første hus projektet styrede på og hvor der er en meget velvillig og engageret varmepumpeejer. Figur 4.1: Billedet til venstre viser sydgavlen. Billedet til højre viser vestsiden. Døren er fra ventesal, der nu benyttes som kontor. Bygningen var oprindelig en stationsbygning. Beskrivelse af ejendommen Ejendommen er en gammel stationsbygning, der er blevet ombygget og efterisoleret i flere omgange. Der er nyrenoveret tagetage med 300 mm isolering under taget. Loftsetagen er ét stort rum, der bruges som sove- og gæsteværelse mv. Opvarmning er med radiatorer, der dog sjældent benyttes. I underetagen er der gulvvarme i det meste af huset, ovenpå 300 mm isolering og indstøbt i 100 mm beton. Indvendig isolering: 150 mm. Der er en brændeovn i stuen, men den benyttes stort set ikke. Ejeren vil gerne indberette brug af den i en periode. Figur 4.2: Principtegning af installation Side 18 af 63
Figur 4.3: Billedet til venstre er toppen af akkumuleringstanken. Billedet til højre er toppen af varmepumpen. Figur 4.4: Billedet til venstre viser temperaturmåleren i stuen, der vender mod vest. Billedet midt er udeføleren sidder under udhæng mod vest. Billedet til højre er styreboksen, hvor den grønne boks er LIABs computer. Boksen ved siden af er modtageren af de tråd. I forbindelse med besøgene blev der orienteret om projektet, og der kunne svares på eventuelle spørgsmål fra husejerne. 4.4 Målersetup, usikkerheder og fejlkilder ved målingerne Princippet i målinger i projekt StyrDinVarmepumpe: Elforbrug til varmepumpen. Både til kompressor, interne pumper, elpatron og styring. Måles af elmåler i styreboksen. Varmeforbrug til rumopvarmning. Måles ved flowmåling samt to temperaturmålinger. Disse værdier regnes sammen hvert 5. minut til den varme, der tilføres rumvarmesystemet. Side 19 af 63
Varmeforbrug til opvarmning af brugsvand. Måles og udregnes på samme måde som ved rumopvarmning. Figur 4.5: Principskitse overvarmepumpeinstallation med styreboks. I forbindelse med opstart af projekt StyrDinVarmepumpe blev måleusikkerheder vurderet, og det er beskrevet i et notat: http://www.styrdinvarmepumpe.dk/sites/default/files/energinetusikkerhed14feb2011.pdf Hovedkonklusionerne i notatet er, at der er usikkerhed i målingerne af flow i varmekredsen. Flowet kan måles med +-4 % i intervallet 5-12 l/min. Desuden er der usikkerhed på temperaturmålingerne, bl.a. fordi de to sensorer er af forskellige fabrikater og måleprincipper. Derudover er de ikke kalibreret sammen som ved de energimålere, der anvendes til for eksempel fjernvarme. Her anslår notatet en usikkerhed på +-0,8 o C. Ved en temperaturforskel på 10 o C mellem frem og retur i varmekredsen fås en usikkerhed på COPberegningen på ca. 12 %. Efterfølgende har det vist sig, at temperaturforskellen mellem frem og retur oftest er langt under 10 o C og derfor kan usikkerheden på COP komme op på +-20 %. 4.5 Brugerinvolvering Som nævnt har de involverede husejere været besøgt flere gange for at beskrive husene og installationerne og for at forberede varmepumpens egen styring til ekstern styring. Side 20 af 63
Beboerne i fokushusene er blevet inviteret til to møder i forløbet (et i marts 2011 og et i februar 2012). Her er brugerne orienteret om baggrunden for projektet, og det har givet anledning til mange spørgsmål og livlig debat. Der har været fin opbakning og interesse for møderne. I starten af 2012 blev nogle af beboerne interviewet af DTU. Det gav yderligere information om baggrunden for de involveredes lyst til at gå med i projektet. Disse interviews er en del af et større projekt, som DTU vil afrapportere senere i 2012. Som et forsøg er der også blevet etableret en særlig SMS-tjeneste hvor deltagerne fra fokushusene har kunnet sende spørgsmål eller oplevelser til. Dette blev brugt flittigt af nogle, specielt i den uge, hvor de blev opfordret til at sende SMS er. Andre synes ikke, at de havde så meget at rapportere. Side 21 af 63
5 Virtual Power Plant (VPP) Formålet med projektet har bl.a. været at flytte varmepumpeelforbrug fra timer med lave elpriser til timer med høje elpriser. I en traditionel installation er det varmepumpernes egen styringsalgoritme der bestemmer varmeproduktionen og dermed elforbruget, typisk er der en fast reference-rumtemperatur f.eks. 21 grader. Hvis varmepumpens elforbrug skal flyttes, kan brugeren ikke regne med, at der altid er den samme rumtemperatur, men må være indstillet på, at den ændrer sig. Set fra brugeren er en IFIV-styret varmepumpe automatisk, således at brugeren ikke skal tage stilling til elpriser, men skal acceptere temperaturvariationer indenfor et aftalt temperaturbånd. Følgende afsnit er en beskrivelse af, hvordan IFIV VPP-serveren er opbygget og hvilken funktionalitet der er blevet implementeret og demonstreret på de tilsluttede varmepumper. Herefter beskrives opbygningen af VPP-applikationen, hvor der fokuseres på hvordan der interageres med applikationen, samt hvilke interfaces, der er tilgængelige når funktionaliteten skal implementeres i et mere overordnet it-system. Sidst gennemgås de resultater, der er opnået gennem demonstrationsforløbet samt de udfordringer, der har været i forbindelse med den praktiske styring af varmepumperne. Dernæst perspektiveres der i forhold til de næste naturlige steps hen imod et mere kommercielt setup. 5.1 Formål med VPP-serveren I indeværende projekt har VPP-serverens primære formål været at levere en samlet enkel teknisk adgang til at styre mange individuelle varmepumper, installeret i boliger med hver deres forskellige krav til komfort. Serveren skal herved levere en fleksibel effektpulje, der automatisk og med kort varsel kan ændre varmepumpernes driftsplan (flytte elforbruget). Den praktiske demonstration viser følgende to driftsscenarier op mod den balanceansvarlige: 1. Puljen af varmepumper styres via VPP-serveren som et reelt kraftværk (CHP mode), hvor a. Der automatisk sendes en day-ahead plan til den balanceansvarlige, der handler på NordPool ud fra mængden b. Der leveres automatisk op-/nedreguleringsbud for den kommende time c. Ved aktivering af regulerkraftbud fra den balanceansvarlige, leveres den ønskede effekt d. VPP ens performance vurderes løbende i forhold til den indmeldte plan 2. Fleksibiliteten fra varmepumperne kan anvendes som fleksibel effekt til intern balancering hos den balanceansvarlige aktør, hvor serveren a. Leverer et samlet online overblik over VPP-status og fleksibel effekt b. Ved forespørgsel leveres specifik effekt c. Giver mulighed for at analysere og optimere effektscenarier og konsekvenser Populært sagt leverer VPP-serveren en markedskobling af varmepumpernes elforbrug, som en balanceansvarlig herved får muligheden for at tilgå via én samlet portal. Varmepumpernes effekt estimeres på baggrund af de enkelte huses termodynamiske egenskaber, så husejerens krav til indetemperatur og komforttemperaturgrænser til hver en tid overholdes. Yderligere anvendes lokale vejrprognoser samt elpriser i beregningen. De estimerede effektplaner aggregeres i serveren og præsenteres som en samlet plan med tilhørende fleksibilitet. Side 22 af 63
5.2 Overordnede styringskoncepter Der diskuteres i dag to overordnede styringskoncepter i forbindelse med fleksibelt elforbrug, der mere eller mindre supplerer hinanden, nemlig indirekte styring ved prissignaler og direkte styring (central styring). Styres forbruget lokalt via prissignaler, vil planlægningen af den mest optimale drift foregå lokalt. Prissignalerne vil typisk være ens for relativt store geografiske områder, hvorved en stor samtidighed i forbruget introduceres. Ved den central styring vil det enkelte forbrug blive optimeret og styret fra central hånd, hvilket giver mere nuancerede styringsmuligheder. Energinet.dk opererer med strategier indenfor styring af forbrug vha. såvel prissignaler som direkte (central) styring 1. Prissignalerne vil til en vis grad opfylde behovene for at flytte forbruget rundt ved at lade markedskræfterne styre niveauet. Prissignalerne tænkes ens i større geografiske områder, som f.eks. hele landet eller måske ned til en bydel. I situationer, hvor der er behov for at styre mere lokalt vil prissignalerne alene ikke kunne levere den ønskede forbrugsrespons, hvorefter en mere direkte styring skal tage over. Energinet.dk forventer at begge styringsstrategier fremadrettet kommer til at supplere hinanden. I det følgende præsenteres og diskuteres de to overordnede ydergrænser samt implikationen på datamodellerne. Dernæst præsenteres de nødvendige informationsmodeller for systemet. 5.2.1 Indirekte styring (prissignaler) I det følgende beskrives scenariet hvor prissignaler anvendes til at introducere ændringer i elforbruget hos varmepumpeejerne. Der fokuseres alene på fordelene og ulemperne ved et prissignal, for på den måde at beskrive det ene yderpunkt. Som prissignal tænkes der ikke på spotpriserne alene, som der ofte refereres til. Prissignalet kan fastsættes af den balanceansvarlige eller andre aktører efter aftalte regler, således forbruget får den ønskede opførsel. Det kan være: Elmarkedets behov for regulerkraft Elnettets behov for at reducere forbrugsspidser Den balanceansvarliges behov til at sikre intern balance Fordelen ved prissignaler er, at det kan introducere en markedsbaseret model ude ved forbrugeren, så forbrugeren eller forbrugerens udstyr selv kan tilrettelægge deres forbrug, hvilket giver en mere simpel kommunikation og standardisering. Prissignalet skal, helt ude ved forbrugeren, afspejle den reelle omkostning/pris ved at forbruge strøm i en givet tidsperiode. Herved åbnes op for at lade markedskræfterne regulere forbruget. Det forudsættes dog, at prissignalet er en sekvens af priser, der indeholder den aktuelle pris for den nuværende tidsperiode, men også indeholder en forventet prisudvikling for de kommende timer. Ellers kan udstyret kun reagere nu og her, og vil ikke selv kunne vurdere om det samlet set vil være mere fornuftigt at vente med at reagere til et senere tidspunkt. 1 Seminar om Smart Grid - fremtidens intelligente elsystem, 30. august 2010, Carsten Strunge Side 23 af 63
Omvendt er ulemperne ved prissignaler, at det er nødvendigt med meget lokale prissignaler, hvis de skal bruges til at håndtere flaskehalsproblemer på en lavspændingsradial. Dette betyder meget komplekse prissignaler. En anden karakteristik ved varmepumpen er, at den skal køre et bestemt antal timer om dagen for at opretholde komforten og udskyde eller afbryde forbrug til senere. Prissignalstyring har den uheldige egenskab at dette erstatningsforbrug er vanskeligt at placere, hvorimod placeringen af dette erstatningsforbrug ved direkte styring til en vis grad kan styres. 5.2.2 Direkte styring (central styring) Direkte styring er den anden modpol i et spekter, hvor der centralt besluttes hvordan der skal ageres lokalt, under hensynstagen til specifikke lokale krav. Den lokale enheds primære funktion er her at modtage styresignaler fra en central server, som mere eller mindre blindt eksekveres. Dog vil der lokalt være en styring der overtager, hvis f.eks. indetemperaturen afviger fra det aftalte. Forretningslogikken vil være placeret centralt mens den lokale styreboks opsamler måledata, som sendes tilbage centralt og ellers styrer varmepumpen direkte ud fra de ordrer der modtages. Denne styringsform åbner op for, at driften af de enkelte lokale anlæg kan optimeres og disponeres på tværs, idet der centralt vil være et billede af hvordan de enkelte anlæg kører. Dette vil ikke umiddelbart være muligt med indirekte prissignalstyring baseret på områdepriser. I indeværende projekt er der foretaget en praktisk implementering og demonstration af et system, der anvender direkte central styring som overordnet styringsstrategi. 5.3 Systemarkitektur Testplatformens overordnede opbygning er beskrevet i et tidligere afsnit. Formålet med indeværende afsnit er at uddybe systemarkitekturen for VPP-serverens teknologivalg samt at beskrive hvorledes VPPserveren interfacer med dels Energinet.dk s generelle platform dels interfaces til den balanceansvarliges ITsystem. Hos Nordjysk Elhandel anvendes et egetudviklet produktionsbalancesystem, der hedder PBAS. Helt overordnet er VPP-serveren forbundet til varmepumpeinstallationerne via Energinet.dk s kommunikationsserver. Herigennem kan der ad hoc hentes historiske måledata fra varmepumperne, samt sendes styrekommandoer og driftsplaner den anden vej. Yderligere hentes der via kommunikationsserveren historiske- og prognose-vejrdata. Kommunikationsprotokollen er implementeret som et XML/SOAP-baseret webserviceinterface. Side 24 af 63
Figur 5.1: Systemarkitektur for demonstrationsplatformen, hvor bokse med rød baggrundsfarve repræsenterer Energinet.dk's platform, den grønne baggrundsfarve repræsenterer systemer hos Nordjysk Elhandel og den blå baggrundsfarve repræsenterer IFIV VPP-serveren hos Neogrid Technologies samt internettet. Interfacet til Nordjysk Elhandel er ligeledes implementeret via webservices. Her henter VPP-serveren spotprisprognoser samt de faktiske spotpriser, når de er tilgængelige og sender/indmelder hver time opdaterede effektplaner samt regulerkraftbud til PBAS. Ønskes der via PBAS at aktivere et regulerkraftbud, modtager VPP-serveren dette. Herefter beregnes nye start/stop planer, der sendes til varmepumperne, så de kan levere den ønskede effektregulering. Selve VPP-serveren er implementeret som en stand-alone applikation/server, hvor forretningslogikken kører og data gemmes. Den grafiske brugergrænseflade er implementeret som en separat applikation, der automatisk downloades og kører på klientmaskinen. Brugergrænsefladen kommunikerer via et webservicesinterface til serveren. Ønskes en yderligere grad af integration i den balanceansvarliges ITsystem, vil der via selvsamme webservice kunne implementeres en wrapper, der generelt muliggør direkte interaktion med VPP-serveren fra eksterne systemer. 5.4 VPP-serverens funktionalitet Følgende afsnit beskriver hvilke funktionaliteter, der er implementeret i VPP-serveren. Der tages udgangspunkt i operatørens (den balanceansvarlige) interaktion med serveren via den grafiske brugerflade og hvordan operatøren kan styre den aggregerede fleksible effektpulje fra varmepumperne, fremfor hvordan funktionaliteten er implementeret i den underlæggende forretningslogik i serveren. Hovedfokus er hvordan energiforbruget kan flyttes i forbindelse med indkøb på spotmarkedet. Helt overordnet er VPP-serveren designet til at understøtte de processer og aktiviteter, som en balanceansvarlig aktør dagligt gennemløber i forbindelse med planlægning og indmelding af effektplaner (produktion og forbrug) til NordPool, samt at levere funktionalitet til at sikre effektbalancen nu og her i forhold til de dispositioner, der er foretaget mod markeder og aktører. Side 25 af 63