Kiinteistön sähkökuormien markkinahintaperusteinen ohjaus rakennusautomaatiolla

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2014-09-22
Department
Major/Subject
Talotekniikka
Mcode
IA3023
Degree programme
Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
73 + 9
Series
Abstract
Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi Euroopan unioni on sitoutunut vähentämään alueensa kasvihuonepäästöjä, lisäämään uusiutuvan energian käyttöä ja parantamaan energiatehokkuutta. Toimenpiteistä huolimatta energian kysynnän ennustetaan kasvavan tulevaisuudessa voimakkaasti. Sähköenergian osalta kysynnän kasvu ja uusiutuvan energiantuotannon lisääntyminen verkossa merkitsee sähköjärjestelmän joustavuuden heikentymistä. Kun joustopotentiaali tuotantopuolella vähenee, on joustoa väistämättä haettava kysyntäpuolelta. Eräs ratkaisu kysyntäpuolen jouston toteutukseen on, että kuluttaja ohjaa sähkön käyttöään sähkön markkinahinnan perusteella. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää sähkön markkinahintaan reagoivan kiinteistöautomaation mahdollisuuksia kysyntäpuolen jouston toteutuksessa. Työssä kehitettiin sähkön Elspot-pörssihintaa ja sääennustetta hyödyntävä kuormanohjausmalli. Kuormanohjausmallin toimintaa testattiin Fidelix-automaatiojärjestelmässä toimistokiinteistön jäähdytyskuormien ohjaukseen. Testijakso oli kahden viikon mittainen ajoittuen vuoden 2014 heinäkuulle. Kuormanohjauksen toimintaa arvioitiin erityisesti sen teknisen toteutettavuuden sekä jäähdytyksen joustopotentiaalin näkökulmista. Lisäksi työssä tehtiin suuntaa antava arvio kuormanohjauksen vaikutuksista jäähdytyksen energiankäyttökustannuksiin. Pilottikiinteistön kuormanohjauslogiikka toimi testijaksolla odotusten mukaisesti. Järjestelmä haki sähkön tuntihinnat luotettavasti, ja rajoitti jäähdytyskuormia sähkön ollessa kalleimmillaan. Rajoitusjaksot toteutettiin kahdessa kahden tunnin jaksossa päivittäin. Jäähdytys jousti ulkoilman lämpötilasta ja kiinteistön käyttöasteesta riippuen parhaimmillaan koko 15 kW:n jäähdytystehonsa. Rajoitusjaksojen aikana kiinteistön lämpötila pysyi Sisäilmastoluokitus 2008 luokan S2 tavoitearvojen mukaisena. Pilottijakson aikana sähkön hintajakaumassa ei esiintynyt hintapiikkejä, joten kustannussäästöä ei voitu arvioida. Tammikuun 2014 hintadatalla puolestaan arvioitiin säästöpotentiaaliksi päivästä riippuen noin 2–8 %. Suurempiin säästöihin on kuitenkin mahdollista päästä ohjauslogiikan dynamiikkaa parantamalla. Tutkimuksessa osoitettiin, että kehitetty kuormanohjausmalli asennettuna Fidelix-automaatiojärjestelmään soveltui sähkökuormien markkinahintaperusteiseen ohjaukseen. Lisäksi jäähdytyksen todettiin tarjoavan helposti hyödynnettävissä olevaa joustopotentiaalia. Tulevaisuudessa jäähdytyksen potentiaali tulee ilmaston lämpenemisen ja jäähdytykseen käytettävien lämpöpumppujen yleistymisen myötä kasvamaan. Jatkossa kehitetyn ohjauslogiikan reagointia erilaisiin hintajakaumiin tulee kehittää. Lisäksi erilaisten kuormien ja kuormaryhmien ohjausta tulee pilotoida laajemmin. Erityisesti lämmityskuormien ohjaamisessa nähdään tulevaisuudessa merkittävä kysyntäjoustopotentiaali.

In order to mitigate climate change, the European Union has committed to reduce its greenhouse gas emissions, increase the use of renewable energy sources and improve energy efficiency. Despite the planned measures the energy demand is predicted to increase in the future. The increase in energy demand and use of renewable energy sources will cause inflexibility in power generation. Since the production-side flexibility will decrease the demand-side flexibility must be improved to ensure the electric grid stability. A potential solution to improve demand-side flexibility is so called market based demand response. The aim of this study was to assess the potential of building automation systems in market based demand response. The study presents a simple load management model for autonomous demand side load management based on Elspot electricity prices and weather forecasts. The model was tested in cooling load control of an office building using Fidelix building automation system. The two week field test period was completed in July 2014. The feasibility of the load management model and the demand response potential of the cooling load was evaluated. In addition, a rough estimation of electricity cost saving potential due the load control was calculated. The load management model worked as planned during the test period. The electricity prices were reliably accessible for the load control and the system managed to limit the cooling loads during the peak prices. The limitations were carried out in two two-hour periods per day. Depending on the occupancy and outdoor air temperature the demand response potential in cooling load control was measured to be up to 15 kW. The amount of 15 kW stands for the full cooling capacity. Indoor air temperature remained within the goal limits presented in Finnish indoor air classification 2008 class S2. The cost saving potential during the test period could not be assessed due the small variation in electricity prices. By using the price data from January 2014 the saving potential was estimated to be 2–8 %. However, more significant savings can be achieved by improving the dynamics of the tested model. The field studies showed that the developed system model with Fidelix building automation system is suitable for autonomous market based demand side load management. In addition, cooling load was found to provide easily accessible potential for demand response. In the future, the potential of cooling load management will increase due to global warming and increase in the popularity of heat pumps. As a future work, the dynamics of the proposed system must be improved and more extensive field trials with various loads must be arranged. Especially controlling heating loads is seen as a great potential for future demand response.
Description
Supervisor
Pakanen, Jouko
Thesis advisor
Ritari, Tero
Keywords
kysyntäjousto, sähkömarkkinat, markkinahintaperusteinen kuormanohjaus, rakennusautomaatio, demand response, electricity market, market based load management, building automation
Other note
Citation