Vil ZEB-bygg sprenge nettet?

Transkript

1 Vil ZEB-bygg sprenge nettet? Effektprofil for fremtidens bygg CenSES Årskonferanse Oslo, 4. november 215 Karen Byskov Lindberg PhD-kandidat, Institutt for Elkraftteknikk, NTNU Overingeniør, Energiavdelingen, NVE 1 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

2 Bakgrunn Bakgrunn trender i EU mål Betydning for bygg energieffektivisering lokal energiproduksjon Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) Bygningsenergidirektivet nær nullenergibygg 218/22 Zero Energy Buildings (ZEB) Zero Emission Buildings (ZEB) Zero Carbon Buildings (ZCB) 2 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

3 Problemstilling Doktorgradsarbeid Virkning av en stor utbredelse av nullenergibygg i Norge på kraftsystemet vårt I dag: Resultater for enkeltbygg Analyse av netto effektprofil for bygget 3 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

4 Innhold 1. Hva er et nullenergibygg (ZEB)? 2. Hvilke faktorer påvirker effektprofilen for ZEB? Hvordan nullkravet stilles Oppvarmingsteknologi Type bygg Orientering av PV-paneler 3. Konklusjon 4 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

5 1. Hva er et ZEB-bygg? Balanse = import - eksport Vektingsfaktorer 5 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

6 Hva er ZEB bygg? On-site generation (kwh, CO2-eq) Nullenergibygg Nær nullenergibygg Passivbygg energy efficiency Energy consumption (kwh, CO2-eq) Referansebygg Kilde: I. Sartori, A. Napolitano, and K. Voss, Net zero energy buildings: A consistent definition framework, Energy and Buildings, vol. 48, May K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

7 i import * f Systemgrense i eksport * f = Null f el = 13 g/kwh el f bio = 7 g/kwh bio el EKSPORT EL formål el IMPORT el EKSPORT VARME formål el IMPORT = 7 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

8 generation generation ZEB bygg er Svært energieffektive bygg Passivbygg Energibehov Skal i størst mulig grad dekkes av on-site fornybar energiproduksjon consumption consumption Viktig å analysere drift på timesnivå 8 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

9 2. Effektprofiler for ZEB-bygg a) Type bygg b) Oppvarmingsteknologi c) Hvordan nullkravet stilles d) Orientering av PV-paneler 9 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

10 average average average Annual energy consumption (kwh/m2yr) (25) 1976(23) n.a (25) Heated area (m2) Annual energy consumption (kwh/m2yr) 198 Annual energy consumption (kwh/m2yr) (212) (22) 1966(26) Annual energy consumption (kwh/m2yr) average average passive / average 6 LowErgy 61 Passive 62 LowErgy Energy consumption (kwh/m 2 yr) Average average Annual energy consumption (kwh/m2yr) Heated area (m2) 21 Annual energy consumption (kwh/m2yr) (23) 191 (22) (25) 1966(26) (25) 1987 n.a (28) 1997 n.a Data: 2 buildings office Kindergarten no. Analyse av timesmålt el- og 25 varmeforbruk av over Office building no. Heat Electricity Heated area Heat Electricity Heated area Build yr (rehab yr) 45 2 næringsbygg 2 shops Shopping building no. Heat Electricity Heated area Construction year Heated area (m2) kindergarten School no. Heat 25 Electricity Heated area school nursing Nursing home home no. hotel Hotel no. hospital Hospital no. 1 K. B. Lindberg, Cooling Effektprofil for ZEB Heat i Norge Heat Electricity Heated area Build yr (rehab yr) Heat Electricity Heated area Construction year Electricity Heated area Heated area (m2)

11 Annual energy consumption (kwh/m2yr) (23) 191 (22) (25) 1966(26) (25) 1987 n.a (28) Regresjonsanalyse 1997 n.a. Annual energy consumption (kwh/m2yr) Annual energy consumption (kwh/m2yr) average (23) (22) (25) average 2/28 6 LowErgy 61 Passive Office building no LowErgy Heat Electricity Heated area Build yr (rehab yr) average Shopping building no. Heat Electricity Heated area Construction year (26) Nursing home no (25) Heat Electricity Heated area Build yr (rehab yr) 22 n.a Heated area (m2) Annual energy consumption (kwh/m2yr) Heated Annual energy area (m2) consumption (kwh/m2yr) average Energy consumption (kwh/m 2 yr) Hotel no (212) Average Kindergarten no. Heat Electricity Heated area Heat Electricity Heated area Construction year Annual energy consumption (kwh/m2yr) 2 School no. Heat Electricity Heated area Cooling Electricity Hospital no average passive average average Heat Heated area Heated area (m 2 ) Heated area (m2) average Heated area (m2) Heated area (m2) Heated area Ambient temperature T t Measured hourly heat PASSIVE existing AVERAGE for 11 building categories Regression model HEAT for each building category, i. y T TMA t t t t t t t Regression model ELECTRICITY for each building category, i. Predicted hourly HEAT demand H 2 yit, [ Wh / m ] Predicted hourly ELECTR. demand EL 2 yit, [ Wh / m ] 11 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

12 Wh/m2 Wh/m2 Passivbygg vs. Normale bygg Prediksjon av el-behov og varmebehov i kontorbygg for en vinteruke Energibehov Totalt El-forbruk m/panelovn KONTORBYGG KONTORBYGG Elspesifikt behov El til varme Total Elforbruk HEAT demand Normal ELEC demand Normal HEAT demand Passive ELEC demand Passive Tot-el Offices Direct Normal EH Tot-el Passive P Offices Direct EH 12 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

13 Effektprofiler Passivbygg Effekt ca. - 4% Kontor: - 39 % Skole: - 48 % Bolig: - 42% Energi - 3 til - 6 % Kontor: - 27% Skole: - 57% Bolig: - 44% 13 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

14 W/m W/m2 Varme- og elspesifikt behov Passivbygg 6 5 Varmebehov Varme Reduksjon av både effekt (- 5 %) og energi (- 6 %) Kontor NORMAL Kontor PASSIV Skole NORMAL Skole PASSIV Bolig NORMAL Bolig PASSIV El-spesifikt Lite endring (ca. - 1% for kontor) Elspesifikt behov Kontor NORMAL Kontor PASSIV Skole NORMAL Skole PASSIV Bolig NORMAL 1 Bolig PASSIV 14 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

15 generation Passiv-bygg Svært energieffektive bygg Passivbygg consumption Effekt- og energibehov: Oppvarming: ca 5-6 % lavere Elektrisitetsspesifikt : noe lavere, men ikke mye Totalt: ca 4 % lavere 15 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

16 2. Effektprofiler for ZEB-bygg a) Type bygg b) Oppvarmingsteknologi c) Hvordan nullkravet stilles d) Orientering av PV-paneler 16 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

17 Optimering EL HEAT Grid Dynamic deterministic mixed integer optimization model Hourly time resolution HP Bio min investment costs discounted operational yr subject to : zero balance ( CO2 or primary energy) electricit y balance heat balance technolo gy constraints costs 17 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

18 Lager ZEB-skole EL behov HEAT behov VP luft-v VP v-v EL EL Bio 18 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

19 kw Effektprofil for ZEB m/bio ZEB-skole med PV og bio-pellets-kjel Passiv-skole med panelovner Passiv-skole El+heat demand El+heat Passiv-skole demand zeroco2 ZEBskole m/bio 19 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

20 kw Effektprofil for ZEB m/vp ZEB-skole med PV og varmepumpe Passiv-skole med panelovner Passiv-skole El+heat demand ZEBskole nobio zeroco2 m/vp 2 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

21 kw ZEB-skole: Bio vs. VP VP nobio zeroco2 Bio zeroco2 PV investering: øker Sommer: 21 % lavere maks-eksport Vinter: 28 % lavere maks-last 21 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

22 2. Effektprofiler for ZEB-bygg a) Type bygg b) Oppvarmingsteknologi c) Hvordan nullkravet stilles d) Orientering av PV-paneler 22 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

23 generation Nær ZEB - hvor nært? 1 % 5 % ZEB-skole % ZEB: passiv-bygg, og ingen nullkrav 1% ZEB: balansen må være strengt = (dvs. import = eksport) % consumption 23 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

24 W/m 2 export import Effektprofil for el-forbruk Nær nullenergibygg (ZEB) Hour Maks last = 8 W/m2 Maks eksport = 4 W/m2 876 nozero (HP) 5% zeroco2 (Bio) 1% zeroco2 (Bio) 1% zeroco2 (HP) 24 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

25 2. Effektprofiler for ZEB-bygg a) Type bygg b) Oppvarmingsteknologi c) Hvordan nullkravet stilles d) Orientering av PV-paneler 25 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

26 BOLIG ØST-VEST vendt Årlig energiproduksjon: 1 % lavere enn sørvendt Self-consumption: ca 1 prosentpoeng høyere (Avhengig av størrelse på bygget og på PV-anlegget) Ref: Utarbeidelse av solprofiler fra Multiconsult AS 26 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

27 KONTOR SØR-vendt Årlig energiproduksjon: 1 % høyere enn øst/vest-vendt Self-consumption: ingen store endringer (Avhengig av størrelse på bygget og på PV-anlegget) Orientering av PV ikke så viktig Ref: Utarbeidelse av solprofiler av Multiconsult AS 27 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

28 3. Konklusjon 28 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

29 Konklusjon ZEB-bygg Beregnes som en netto-null-balanse over året Svært energieffektivt bygg = passivbygg Effektbehov: -4 % Lokal energiproduksjon: PV er mest kostnadseffektivt Effektprofil avhengig av Type bygg næringsbygg (midt på dag), bolig (morgen/kveld) Oppvarmingsteknologi bioenergi gir lavest effektbehov for el Orientering av PV-paneler øst/vest for boliger, sør for næringsbygg Hvordan nullkravet stilles hvor nært null? Nettforsterkninger? ikke nødvendigvis Nær ZEB en mulig løsning? Hvor nært må diskuteres nærmere 29 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge

30 Takk til Takk for oppmerksomheten 3 K. B. Lindberg, Effektprofil for ZEB i Norge