Price signal based load control on industrial campus
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2023-05-15
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
84+3
Series
Abstract
Load control and management are often looked from societal point of view. In this thesis they are looked from industrial consumer point of view on what kind of benefits could be gained from applying control to electrical loads. The aim of this thesis was to find out what kind of controllable loads there are on industrial campuses, what kind of control can be applied to these controllable loads, and what kind of cost saving potential there is by applying load control. Thesis examined an industrial campus located in Western Finland. Research part was divided to three sections: campus load analysis, load control logic, and energy storage analysis. Campus load analysis identified several controllable and uncontrollable loads on the campus, most prominent controllable loads being HVAC and lighting loads. Consumption data collected by campus energy management system revealed a share of 11% of all loads to be suitable for load control. However, due to low detail of load measurements the percentage share should be confirmed with higher detail measurement. Manufacturing process related loads were deemed uncontrollable in this thesis. In load control logic section, control frameworks for general load control and EV’s as energy storages were constructed. Produced control frameworks can be used as a guideline for actual control system design. Logic for producing heat with a combination of district heating and heat recovery heat pumps was also made and demonstrated. By using hourly electricity prices for heat pumps and fixed price for district heating it was found that monetary savings of up to 42% could be attained by using a combination of these heating technologies. Energy storage analysis that included adding an energy storage to the campus grid to increase load flexibility was conducted by doing a simulation for four 24-hour periods with different price and load profiles. Average of those periods revealed a monetary savings potential of 7,9% by adding an energy storage. Suitable energy storage technologies were also studied, with flow batteries being the most suitable storage technology for industrial campus application.Sähkökuormien ohjausta tarkastellaan usein yhteiskunnallisesta näkökulmasta. Tässä diplomityössä ohjausta tarkastellaan teollisuuskampuksen ja sen käyttäjien näkökulmasta, tarkoituksena selvittää minkälaisia hyötyjä voidaan saavuttaa kuormia ohjaamalla. Työn tavoitteena oli selvittää, minkälaisia ohjattavia kuormia teollisuuskampuksella on, miten niitä voidaan ohjata, sekä kuinka paljon kuluja on mahdollista pienentää kuormanohjauksella. Työssä tarkasteltiin teollisuuskampusta, joka sijaitsee läntisessä Suomessa. Työn tutkimusosa jaettiin kolmeen kappaleeseen: kampuksen kuormien analysointi, kuormanohjauslogiikat, ja energiavarastojen analyysi. Kuormien analysointikappaleessa kampukselta tunnistettiin useita ohjattavia kuormia, sekä kuormia, joita ei voida ohjata. Suurimmat ohjattavat kuormat olivat HVAC kuormat sekä valaistuskuormat. Teollisuusprosesseihin liittyvät kuormat todettiin työn kannalta ohjaamattomiksi. Kampuksen kulutusdataan perustuvan analyysin pohjalta todettiin, että 11 % kaikista sähkökuormista olisi ohjattavia. Mittausten tarkkuuden takia kuitenkin todettiin, että analyysi olisi hyvä suorittaa tulevaisuudessa uudestaan tarkemmilla kuormakohtaisilla mittauksilla. Kuormanohjauslogiikat kappaleessa työssä kehitettiin ohjauskehykset yleiselle kuormanohjaukselle, sekä ohjaukselle, jossa sähköautoja käytettäisiin energiavarastoina kampukselle. Kehitettyjä ohjauskehyksiä voidaan käyttää ohjeena varsinaisen ohjauksen suunnittelussa. Kappaleessa myös kehitettiin sekä demonstroitiin ohjaus lämmitykselle käyttämällä sekä kaukolämpöä että hukkalämpöä hyödyntäviä lämpöpumppuja. Käyttämällä sähkön tuntihintaa sekä kiinteää hintaa kaukolämmölle, demonstraatiossa saavutettiin jopa 42 %:n rahallinen säästö hyödyntämällä sekä kaukolämpöä että lämpöpumppuja. Energiavarastojen analyysi kappaleessa tarkasteltiin tilannetta, jossa kampuksen sähköverkkoon liitettäisiin energiavarasto lisäämään joustoa. Analyysi tehtiin simuloimalla energiavaraston käyttöä 24 tunnin jaksoissa neljällä eri kuorma- ja hintaprofiililla. Keskiarvolla saatiin kulujen säästöpotentiaaliksi 7,9 %. Lisäksi tutkittiin soveltuvia varastointiteknologioita, joista vastaavassa tilanteessa parhaaksi todettiin virtausakut.Description
Supervisor
Lehtonen, MattiThesis advisor
Lehtonen, MattiKeywords
load control, demand-side management, vehicle-to-grid, energy storage, energy management and control system
