Kysynnän jousto ja lämmityksen nykyaikaiset ratkaisut Kysynnän jousto Periaate ja tarve kysynnän joustolle Vaatimukset suunnittelijoille ja urakoitsijoille Energianeuvonnan teemapäivät 27. 28.10.2015 Radisson Blu Royal, Helsinki Pirkko Harsia Yliopettaja, koulutuspäällikkö, talotekniikka Tampereen ammattikorkeakoulu
Kysynnän jousto Suomeen soveltuvat käytännön ratkaisut ja vaikutukset verkkoyhtiöille (DR pooli) Yhteishanke 2013 2015 Osatehtävät 1) Kysynnän jouston tarpeet, hinnoittelurakenteet ja markkinamekanismit 2) Kysynnän jouston teknis-taloudellinen potentiaali 3) Kuluttajapään tekniset ratkaisut erilaisissa kohteissa 4) Kysynnän jouston vaikutukset jakeluverkkoyhtiöille 5) Lainsäädäntö ja viranomaisvalvonta Tutkijaosapuolet TTY:n Sähkötekniikan ja Rakennustekniikan laitokset TAMK:n Rakentaminen ja teknologia-yksikkö LUT:n Sähkömarkkinalaboratorio Loppuraportti Aineistoja
Hankkeen toimenpide-ehdotuksia Tutkimusprojektin lopputuloksena esitetään lukuisa joukko toimenpiteitä, joilla voidaan edesauttaa laajamittaisen kysynnän jouston yleistymistä. Toimenpiteet liittyvät: kysynnän jouston tuotteistamiseen sähkön myyjän ja jakeluverkkoyhtiön toimintojen osalta, eri sidosryhmien informointiin ja koulutukseen, toimintatapojen yhtenäistämiseen toimintaprosessien sekä teknisten järjestelmien osalta, lainsäädännön, viranomaismääräysten ja ohjeiden kehittämiseen, joihin sisältyy erityisesti verkkoliiketoiminnan valvontamallin ja rakennusmääräysten kehittäminen kysynnän jouston edellytysten edistämiseksi. Vastuu toimenpiteistä jakautuu laajasti toimialan yrityksille (mm. sähkön myyjät ja verkkoyhtiöt), toimialan järjestöjen edustajille sekä viranomaisille.
Sähkömarkkinoiden tavoite Sähköenergia on tuoretuote Tehotasapaino joka sekunti TUOTANTO = KULUTUS Jakelun turvaaminen ja omavaraisuus Kilpailukyky Ilmastovaikutukset
Kysynnän jousto Ilmaston muutos => tarve vähentää päästöjä ja lisätä resurssitehokkuutta Uusiutuva ja/tai päästötön energiantuontantovaatimus Sääriippuvaa sähköntuotanto (tuuli, aurinko, ) Säätövoiman tarve lisääntyy Sähkön tuotannossa yhä vähemmän (taloudellisesti kannattavaa) säätövoimaa Muutokset energiatuotannossa lämpöpumppujen vaikutus sähköenergian kulutukseen ja tuotantoon Paikallinen pien- ja aluetuotanto Tarve myös kuluttaa energiaa => Energiavarastot Kulutuksen tulee osallistua tasapainotukseen Kuva: ABB
Kysynnän jouston merkityksiä Huipputehojen leikkaus => Vähäpäästöisempi sähköntuotanto Kuormitusten ohjausmahdollisuus => Häiriöreservi Kokonaistaloudellisuus Nykyinen hinnoittelumalli ei kannusta
Kysynnän jouston ulottuvuuksia Tiedonsiirto Automaatio Mittaus Energiatehokkuus ja energian tuotanto Rakennukset ja sähköasennukset Sähköverkkoliiketoiminta Kysynnän jousto Turvallisuus ml. sähköturvallisuus
Kysynnän jouston toimijat Sähkön käyttäjä Sähkön myyjä Jakeluverkkoyhtiö Kantaverkkoyhtiö Palvelun tarjoaja / Joustooperaattori käyttö edullisen hinnan aikana, ostosähkön vähentäminen, omantuotannon täysimääräinen hyödyntäminen, liittymäkoon rajoittaminen hankinnan suunnittelu, tasehallinta, säätösähkö, uudet tuotteet huipputehon rajoittaminen (verkon suunnittelu) poikkeustilanteiden hallinta (reaaliaikainen käyttötoiminta) taajuuden säätö, häiriöreservi, tehopulan hallinta infrastruktuuri, palvelu
Kysynnän jousto toimijat ja tarpeet
Asiakaspään tekniset ratkaisut Mitä voidaan ohjata, miten, millä ja milloin?
Ohjausperiaatteita
Ohjausperiaatteita
Kysynnän jousto edellytykset kiinteistöissä Sähköasennukset tulee suunnitella Dokumentaatio Laitteistoryhmitys Ohjausperiaatteet ja -ratkaisut SmartGrid-toiminnot laitteissa käyttöön Vakioituja ratkaisuja Ohjausjärjestelmien ja palveluiden ylläpidon ja kustannusten arviointi Asennukset tehtyjen suunnitelmien mukaisesti Automaation tavoitemäärittely Varhaisessa vaiheessa hanketta Laiteryhmäkohtainen mittaus automaation kautta antaa reaaliaikaista tietoa
Kuormien ohjauspotentiaali Käytössä paljon energiakulutustietoa, vähän tehotietoa Tarkastelu asennustehojen arvion pohjalta Tavanomaisimmat kuormat Pieniä tehoja paljon Asennusajankohdilla suuri merkitys Asennettu teho ohjattavissa oleva teho Käyttöprofiilit Milloin mikäkin kuorma on kytkettynä? Tarvittaisiin Huipputeholaskentamallien päivitys Kulutusprofiilien (tyyppikulutuskäyrien) päivitys Todellista tietoa ohjattavista tehoista Energiaseuranta => teho + käyttöprofiiliseuranta
Laiteteho/ asennusteho [MW] Vuodenaika- Ohjattavat kuormatyypit on/off Ajankohta/vrk riippuvuus Ke Ke aa pv il yö Ta v s Sy On Ei Ilmanvaihto (ei as.rak) 600 400 (x) x x x x x x x? Valaistus (ei as. rak) 4000? (x) x x x x x x x x Sulanapito 100 x x x x x Autolämmitys 1100 500 x x x x x Jäähdytys (tilajäähdytys) x (x) x x (x) Valaistus asuinrak. 1500 x Maalämpöpumput 250 x (x) Ilmalämpöpumput 400 x Lisävastukset (lp) 400 x Jälkihuippu Tekninen ohjauspotentiaali säädettävä Katuvalaistus 207 x osittain x x XX x x XX x Tievalaistus 47,8 osittain x x XX x x XX x Muu ulkovalaistus? Kylmälaitteet ja -varastot? Kasvihuoneet 300? x x x x x x x ei vesipumppaamot Sähkölämmittimet 5000 1800 x x x x x X x X x Lämminvesivaraaja 1500 1200 x x X x x X x Varaava lämmitys (sähkö) 500 350 x x X x X x Varaava lämmitys (vesiv), yö 700 630 x x X x X x päivä 350 300 x x x x x x x x x Sähkökiuas 9000 450 x x x x x x x x
Kysynnän jousto ja sähkölämmitys Olemassa olevat sähkölämmityskohteet muodostavat suurimman ohjattavat tehon Ohjauskytkennät valmiina n. 350 000 asunnossa Hinta-ohjaus Tehonrajoitus Helppo ohjattavuus Vähän haittaa Tehonrajoitus jo käytössä Pienet yksittäisten laitteiden tehot eivät aiheuta suuria muutoksia kokonaistehossa (piikit) 1.10.2015 TAMK 2015/PHa 16
Sähkölämmitys
Esimerkki Lämmitystavan vaikutus huipputehoihin
Esimerkki sähkön käytön ja verkon huipputehon ajoituksesta
Esimerkki 2 sähkön käytön ja verkon huipputehon ajoituksesta
0:00 9:00 18:00 3:00 12:00 21:00 6:00 15:00 0:00 9:00 18:00 3:00 12:00 21:00 6:00 15:00 0:00 9:00 18:00 Teho / kw Teho kw / h CASE TAMK, ilmanvaihto ja yleisvalaistus kysynnän jouston reserveiksi Järjestelmä Laajuus Ohjaus Aikaviive Tehovaikutus käyttöaikana (H-osa, 6800m2) Arvio koko kiinteistössä (47000m2) Ilmanvaihto Koko rakennusosan ilmanvaihto (6 ilmanvaihtokonetta) pudotus noin 40 % ilmamäärälle alle 15 s 18-20 kw noin 130 kw Valaistus Koko rakennusosan säädettävä valaistus (opetus- ja työtilat) pudotus 30 % noin 30 s 3-6 kw noin 30 kw 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Ilmanvaihdon tehoprofiili vk 50 Ilmanvaihto H-osa Aika 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Valaistuksen tehoprofiili vk 47 H-siipi Aika 21
Kysynnän jousto Haasteet kiinteistöissä Kiinteistöjen sähköjärjestelmiin liittyvä sääntelyn epätasapaino Suunnittelulle ei aseteta yleisiä tavoitteita Ei sähkösuunnitelmavaatimusta Vaatimuksia vain asennusten sähköturvallisuudelle Erikoisjärjestelmissä yksityiskohtaisia vaatimuksia Kannusteet puuttuvat Tehovuorottelu/ huipputehon leikkaus Olemassa olevia mahdollisuuksia ei hyödynnetä Resurssi/kapasiteettitehokkuus Tarkastelu energiatehokkuudessa vain energiassa Laskentamallien tarkkuus vuositasolla Tehojen ja käyttöaikojen merkitys puuttuu Paikallisen tuotannon lisääntymisen vaikutukset? Taloudelliset tarkastelut?
Kiinteistöautomaatio on rakennuksen aivot Lähde: Siemens 23.11.2015 TALOTEKNIIKKA/VPi 23
Mittausjakson merkitys Jotta rakennuksen energiankäytön dynamiikkaa pystytään selvittämään, tarvitaan hyvin lyhytaikaista (1 5 minuuttia) mittausväliä Jos kulutusta käsiteltäisiin keskimääräisenä tuntitasolla, se voisi johtaa yli 100 %:n eroon tehonkulutuksessa. Lähde: Lähes nollaenergiatalon suunnitteluohjeet 23.04.201 5 TALOTEKNIIKKAVPI 24
Ohjauksen periaate-esimerkki Tiedon siirto kahteen suuntaan Kuormitusten ryhmittely ohjausmahdollisuuden mukaan 23.04.201 5 TALOTEKNIIKKAVPI 25
Automaation ja tietoverkon rajapinta Energiayhtiö Internet Tarvitaan yhteisesti sovittu rajapinta (standardoitu) kiinteistön ja energiatarjoajan välille! Esim. CIMrajapinta Palomuuri Yhteydet Yhdyskäytävät Reitittimet Monen protokollan laitteet CIM; Common Information models, on IEC 61850:n tietomalli KNX BACnet/MS-TP LonWorks ZigBee 23.04.2015 TALOTEKNIIKKAVPI 26
Sähkötehot ja nzeb Tarkasteluun: Huipputehot Pohjatehot Käyttöprofiilit Kysynnän jousto