Kostnadseffektive teknologiløsninger for ZEB-bygg i Norge

Transkript

1 Kostnadseffektive teknologiløsninger for ZEB-bygg i Norge Virkninger for effektprofilen for fremtidens bygg Temadag om Plusskunder Oslo 2. nov 215 Karen Byskov Lindberg PhD-kandidat, Institutt for Elkraftteknikk, NTNU Overingeniør, Energiavdelingen, NVE

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

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

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

5 1. Hva er et ZEB-bygg? Balanse = import - eksport Vektingsfaktorer

6 Hva er ZEB bygg? On-site generation (kwh, CO2-eq) Nullenergibygg Nær nullenergibygg Energy consumption (kwh, CO2-eq) Passivbygg energy efficiency Svært energieffektive bygg (passivbygg) Lokal energiproduksjon Kilde: I. Sartori, A. Napolitano, and K. Voss, Net zero energy buildings: A consistent definition framework, Energy and Buildings, vol. 48, May 212

7 Null-balanse = import - eksport Systemgrense el EKSPORT EL formål el IMPORT el EKSPORT VARME formål el IMPORT =

8 ZEB bygg er Svært energieffektive bygg Passivbygg Energibehov Skal i størst mulig grad dekkes av on-site fornybar energiproduksjon Viktig å analysere drift på timesnivå

9 2. Effektprofiler for ZEB-bygg a) Type bygg b) Oppvarmingsteknologi c) Hvordan nullkravet stilles d) Orientering av PV-paneler

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. 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 Effektprofiler Passivbygg Effekt ca. - 4% Kontor: - 39 % Skole: - 48 % Bolig: - 42% Energi - 3 til - 6 % Kontor: - 27% Skole: - 57% Bolig: - 44%

12 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

13 Passiv-bygg Svært energieffektive bygg Passivbygg Effekt- og energibehov: Oppvarming: ca 5-6 % lavere Elektrisitetsspesifikt : noe lavere, men ikke mye Totalt: ca 4 % lavere

14 2. Effektprofiler for ZEB-bygg a) Type bygg b) Oppvarmingsteknologi c) Hvordan nullkravet stilles d) Orientering av PV-paneler

15 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

16 Lager ZEB-skole EL behov HEAT behov VP luft-v VP v-v EL EL Bio

17 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

18 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

19 kw ZEB-skole: Bio vs. VP VP nobio zeroco2 Bio zeroco2 PV investering: øker Sommer: 21 % lavere maks-eksport Vinter: 28 % lavere maks-last

20 2. Effektprofiler for ZEB-bygg a) Type bygg b) Oppvarmingsteknologi c) Hvordan nullkravet stilles d) Orientering av PV-paneler

21 Nær ZEB - hvor nært? Lokal produksjon ZEB-skole Fra: passiv-bygg ingen nullkrav Til: 1% ZEB balansen må være strengt = (dvs. import = eksport) Forbruk

22 Effektprofil for el-forbruk Nær nullenergibygg (ZEB) W/m 2 export import Hour Maks last = 8 W/m2 Maks eksport = 4 W/m2 876 nozero (HP) 5% zeroco2 (Bio) 1% zeroco2 (Bio) 1% zeroco2 (HP)

23 2. Effektprofiler for ZEB-bygg a) Type bygg b) Oppvarmingsteknologi c) Hvordan nullkravet stilles d) Orientering av PV-paneler

24 BOLIG ØST-VEST vendt Årlig energiproduksjon: 1 % lavere enn sørvendt Self-consumption: øker ca 1 prosentpoeng (Avhengig av størrelse på bygget og på PV-anlegget)

25 KONTOR SØR-vendt Årlig energiproduksjon: 1 % høyere enn øst/vest-vendt Self-consumption: nesten uendret (Avhengig av størrelse på bygget og på PV-anlegget)

26 3. Konklusjon

27 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

28 Takk til Takk for oppmerksomheten 28