Muuttuvaan tariffiin perustuva sähkönkäytön ohjaus toimistorakennuksen kiinteistöautomaatiossa

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2014-02-10

Department

Major/Subject

Teollisuusautomaation signaalinkäsittely ja säätötekniikka

Mcode

ETA3007

Degree programme

AUT - Automaatio- ja systeemitekniikka

Language

fi

Pages

91 + 4

Series

Abstract

Uusiutuvien energiantuotantomuotojen lisääminen ja fossiilisten polttoaineiden poistuminen sähköntuotantojärjestelmistä aiheuttaa järjestelmän joustamattomuutta kysynnän vaihteluihin. Yksi mahdollinen ratkaisu tähän ongelmaan on markkinapohjainen kysyntäjousto. Tässä työssä käsitellään markkinapohjaisen kysyntäjouston soveltuvuutta toimistorakennuksiin. Markkinapohjaisella kysyntäjoustolla tarkoitetaan tunneittain muuttuvan Nord Pool Elspot pörssisähkön hintasignaalin käyttämistä kiinteistöautomaation ohjaukseen. Työn kokeellisessa osassa tutkitaan toimistorakennusten kysyntäjoustopotentiaalia pistorasioiden ohjauksella ja avotoimiston ilmanvaihtokoneen vakiopainesäätöohjauksella. Pistorasiaohjaus toteutettiin yksinkertaisella releohjauksella ja kuormana käytettiin viittä kannettavaa tietokonetta. Mittaustulokset saatiin mittaamalla koneiden yhteistä johtolähtöä. Vakiopainesäätöohjaus toteutettiin muokkaamalla yhden avotoimistolohkon vakiopainesäätimien hiilidioksidikäyrien alarajoja. Mittaustulokset saatiin taajuusmuuttajilta. Kokeellisessa osassa esitellään myös kehitetty huippuhintojen tunnistusalgoritmi ja simulaattori, jolla pyritään arvioimaan kysyntäjouston taloudellisia vaikutuksia. Algoritmi ja simulaattori kehitettiin Matlab script-kielellä. Kysyntäjoustopotentiaalitesteissä pistorasiaohjauksen potentiaali todettiin pieneksi ja hankalasti hyödynnettäväksi. Viiden kannettavan tietokoneen potentiaaliksi mitattiin vain noin 100 W, josta arvioitiin suuren toimiston kannettavien tietokoneiden joustopotentiaalin olevan 10-20 kW väliltä. Vakiopainesäätöohjauksella saavutettiin positiivisempia tuloksia. Viiden kerroksen avotoimistolohkoja palvelevien IV-koneiden teho laski ohjausten aikana 11,6–14,7 kW. Ilman laadussa ei ohjausten aikana havaittu 4. kerrosta lukuun ottamatta ongelmia edes kolmen tunnin testin aikana. 4 kerroksessa ei ole avokonttoreita, vaan huoneita. Huippuhintojen tunnistusalgoritmi todistettiin toimivan vuoden 2012 hintadatalla. Samalla datalla ajettiin simulaattoria erilaisilla kulutusprofiileilla. Simulaattorilla voitiin osoittaa 0-4000€ säästöt kysyntäjoustotoimilla riippuen käytetyistä joustopotentiaaleista. Lisäksi siirtymällä tuntipohjaiseen hinnoitteluun säästöpotentiaaleja todettiin olevan tuhansien eurojen edestä. Testien ja simulaatioiden perusteella, havaittiin markkinapohjainen kysyntäjousto kannattavaksi, mutta vaativan vielä laajempia kenttäkokeita.

The increasing usage of renewable energy sources and decommissioning of fossil fuels from power generation will cause inflexibility to changes in demand. One possible solution to this problem is market based demand response. In this thesis we will research how market based demand response suits for office buildings. By market based demand response we mean using the hourly changing Nord Pool Elspot electricity market price signal to control the building automation system. In the experimental part of this thesis we studied office buildings demand response capabilities by controlling plug-in devices and constant pressure control of an open floor plan ventilation unit. Controlling plug-in devices was carried out with a simple relay control and five laptops were used as a test load. The demand measurement results were obtained by measuring the common power cord of the laptops. Open floor plan ventilation unit control was carried out by modifying the constant pressure controllers’ lower bounds of carbon dioxide curves. Measurements were obtained directly from the frequency converters. In the experimental part we will also describe high prices detection algorithm and a simulator designed to assess the economic impact of demand response. Both the algorithm and the simulator were developed in Matlab script language. The demand response potential for controlling plug-in devices was found to be low and difficult to recover. Measured potential of five laptops was only 100 W. From this value we estimated that in large offices laptops´ demand response potential is between 10-20 kW. With constant pressure control the results were more promising. Power of the ventilation units serving five floors of open floor plan office space was cut down 11,6-14,7 kW during the tests. There were no reports of bad air quality even with three hour test period except with the fourth floor. Fourth floor has rooms instead of an open office plan. The peak price detection algorithm was proven to work with the 2012 price data. Same data was used to drive the simulator with different consumption profiles. The simulator could identify savings of 0-4000 € with demand response methods depending on used flexibity potentials. In addition, moving to hourly based pricing can potentially save thousands Euros as well. In conclusion, tests and simulations show that market based demand response is profitable but it requires even more extensive field trials.

Description

Supervisor

Visala, Arto

Thesis advisor

Paulanne, Antti

Keywords

Älykäs sähköverkko, Smart grid, kysyntäjousto, kiinteistöautomaatio

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201403061517

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC