Utfordringer for energisystemet ved energiproduksjon fra nullenergibygg (ZEB)

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "Utfordringer for energisystemet ved energiproduksjon fra nullenergibygg (ZEB)"

Lennart Tønnessen
7 år siden
Visninger:

1 Utfordringer for energisystemet ved energiproduksjon fra nullenergibygg (ZEB) CenSES årskonferanse 213 Oslo, 9.desember 213 Karen Byskov Lindberg PhD stipendiat, NTNU, FME-sentrene ZEB og CenSES Overingeniør, NVE Prof. Gerard Doorman Institutt for Elkraftteknikk Norges Teknisk Naturvitenskapelig Universitet (NTNU) K.B. Lindberg, Utfordringer for energisystemet ved energiproduksjon fra nullenergibygg

2 Innhold Motivasjon og bakgrunn Energibruk i Nullenergibygg Metodikk og modell Lastprofiler for varmebehov og el-behov Utfordringer Nettet Kraftmarkedet

3 Lastprofil 25 2 Electricity consumption 212 Norway (5 mill people) Denmark (6 mill people) MWh/h Ref: Nordpool Spot ( 876

4 Motivasjon og problemstilling Hvordan vil lastprofilen for Norge utvikles? Med storskala introduksjon av Nullenergibygg (ZEBs)? Virkninger for energisystemet? Hvordan påvirkes topplasten? Hvordan påvirkes prisdannelsen i kraftmarkedet? Hvordan vil Norges mulighet for å handle med kapasitet påvirkes?

5 Elforbruk i nullenergibygg (ZEB) Netto lastprofil Elektrisitet Romvarme & tappevann Varmtvannstank Kraftnettet VP Ved, pellets Fjernvarme

6 Elspesifikt behov Belysning Elektriske apparater Termisk behov VP panelovn elkjel Elforbruk Netto Lastprofil PV Elproduksjon Smart styringssystem

7 Kilde:

8 Energibruk i Nullenergibygg Kilde: NVE/Multikonsult Årlig energietterspørsel => Hva skjer på timesnivå? Energibehov: Sammenlikner eksisterende bygg med passivbygg

9 Regresjon lastprofiler Data Målt varmeforbruk Time (over 3 år) Fjernvarme og elkjeler Skolebygg 26 eksisterende skoler 1 passivskole Energy consumption (kwh/m 2 yr) Building no. Electricity Heat Heated area average passive Heated area (m 2 )

10 Predikert varmelast Regresjonsanalyse Gjennomsnittlig eksisterende skole vs. passiv-skole Vinteruke: Heat demand (W/m2) Average Sch. Passive Sch. Temperature Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Hour

11 Varmebehov (for skolebygg) Elektrisitetsbehov Varmebehov (Wh/h per m2) Predikert vha regresjonsmodellen Eksisterende Drammen Passiv Drammen Elektrisitetsbehov (Wh/h per m2) Basert på måledata 7 Eksisterende 6 Passiv

12 Total lastprofil (for skolebygg) Netto lastprofil NB! Uten styring av last Total el-lastprofil (Wh/h per m2) Ca 7 Wh/h per m2 Eksisterende m/panelovner Passiv m/panelovner Passiv m/vp Total el-lastprofil (Wh/h per m2) Nullenergi m/fjernvarme Nullenergi m/vp Nullenergi m/biokjel Ca 35 Wh/h per m2

13 Virkninger for nettet Energimessig små utfordringer Topplast høyere enn maks innmatning NB! Analysen gjort på energi per time Spenning (V) Toleranseområde Overspenning Spenningsforhold og flimmerproblemer er ikke analysert Sol på flere bygg i samme nabolag kan gi overspenninger Tidsoppløsning på minutt eller sekund kan gi andre resultat Underspenning

14 Virkninger for markedet Power price per MWh in respective load block and macro period Foreløpig analyse med sol i Norge Installasjon av solkraft (PV): 1 GW, 5 GW, 1 GW og 2 GW Kraftsystemet i 22 med THEMA-modellen Resultat Avhengig av Tysklandskabel eller ikke 1 GW 2 GW Load block prices in chosen interval from MP 1 to 13 Ref Våtår+1GWsol VS uten TYkabel REF_22-NOS 22_Sol_vat-NOS 22SolvaatuGER-NOS Load block prices in chosen interval from MP 1 to 13 Power price per MWh in respective load block and macro period Ref Våtår+2GWsol VS uten TYkabel REF_22-NOS WY_SUN-NOS WY_SUN_NOCABLE-NOS

15 Oppsummering Varmelastprofil for skolebygg Årlig varmebehov redusert med 67 %, mens topplast og amplitude for varmebehov halvert. Virkning for nettet med nullenergibygg Foreløpig analyse av skolebygg viser Energimessig små utfordringer (dvs. regional- og sentralnett), men kan gi utfordringer som spenningsforstyrrelser og flimmer i distribusjonsnettet. Virkning for kraftmarkedet Energimessig plass til solproduksjon i det norske kraftsystemet Videre/pågående arbeid Regresjon av el-profiler og varmeprofiler (kontorbygg, barnehager, forretningsbygg og sykehjem) Netto el-lastprofiler med smart styring (optimering) Effekt av endrede netto lastprofiler på energisystemet Takk til Norges vassdragsog energidirektorat

16 Takk for oppmerksomheten

17 extras

18 Lastprediksjon vha. regresjon Modellformulering To tilnærminger ble undersøkt [1],[2] Forklaringsvariable T, T 2, TMA (24hr moving average temp), solminutt per time, vind, WMA (24hr moving average wind) Signifikante forklaringsvariabler: T ogtma Energi-Temperatur kurve Nyttig for å evaluere modellen «Changing point temperature (CPT)» viktig for modellutformingen Energy (kwh/h per 1m 2 floor area) ET - curve Temperaturavhengig varmeforbruk CPT= 12 Temperature ( C) Temperaturuavhengig varmeforbruk [1] L. Pedersen. "Load Modelling of Buildings in Mixed Energy Distribution Systems," Ph.D. dissertation, Dept. Process Engineering, The Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Trondheim, 27 [2] Stokke, G. Doorman, T. Ericson. An analysis of demand charge electricity grid tariff in the residential sector. Energy Efficiency, K. B. vol. Lindberg, 3, pp. Utfordringer , Jan. for 21. energisystemet ved energiproduksjon fra nullenergibygg

19 Regresjonsmodel for lastprediksjon En likning for hver time i døgnet (1-24): If T < CPT: If Heat demand For each building i, at each hour t. yy iiii = αα ii + αα tt + ββ tt TT TT iiii + ββ tt TTMMMM TTMMMM iiii + εε iiii yy iiii = αα ii + γγ tt + εε iiii Building specific constant term Time specific constant term Temperature dependency Outdoor temperature at building s site Error term

20 Regressionsmodell for lastprediksjon En likning for hver time i døgnet (1-24): Temp.avhengig område (T < CPT): Temp. uavhengig område (T > CPT): Total likning yy iiii = αα ii + αα tt + ββ tt TT TT iiii + ββ tt TTMMMM TTMMMM iiii + εε iiii yy iiii = αα ii + γγ tt + εε iiii ukedager helgedager «Goodness of fit» Gjennomsnittsskole: R 2 = 68 % Passivskole: R 2 = 69 %

21 Validering av modellen: Målt forbruk vs. predikert forbruk Energi Temperaturkurve for hver time kwh/h per 1 m2 GFA Hour no Temperature ( C) Measured heat Predicted values Energy (Wh/h per m2 floor area) Passive School Buidling (Hour no.1) Temperature ( C) Measured heat, Sch 6 Predicted heat, Sch 6 Årlig prediksjon (ett bygg) Wh/h per m2 floor area Wh/h per m2 floor area Passive School Building Hour number (3 years) Measured heat, Sch 28 Estimated heat, Sch Hour number (1 year) Measured heat, Sch 6 Predicted heat, Sch 6

22 Predikert varmelast Vinteruke Heat demand (W/m2) Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Hour Average Sch. Passive Sch. Temperature Høstuke Heat demand (W/m2) Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun Average Sch. Passive Sch. Temperature Hour Sommerferieuke Heat demand (W/m2) Average Sch. Passive Sch. Temperature Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun K. B. Lindberg, Utfordringer Hour for energisystemet ved energiproduksjon fra nullenergibygg

Like dokumenter

Hvordan påvirker nullutslippsbygg effektbruken i Norge?

Hvordan påvirker nullutslippsbygg effektbruken i Norge? Debattinnlegg om Nullutslippsbygg (ZEB) Litteraturhuset, Oslo, 3.mai 2017 Karen Byskov Lindberg Senioringeniør Energiavdelingen, Seksjon for Energibruk