Sähkön käytön ja tuotannon yhteensovittaminen Matti Lehtonen, 8.10.2015 Rakennusten energiaseminaari
Uusiutuvan energian haaste: vaihteleva ja vaikeasti ennustettava tuotantoteho Tuulivoimatuotanto Saksassa kolmena Peräkkäisenä päivänä Aurinkosähkön tuotanto kolmena Peräkkäisenä päivänä Espoossa
Energiajärjestelmän joustavat elementit Uusiutuvan joustamattoman tuotannon määrä
Mistä joustoa ja energiatehokkuutta Paikallinen uusiutuva tuotanto Paikallinen tuuli ja aurinkosähkö on joustamatonta Paikallinen mikrochp on merkittävä jouston potentiaali Energiavarastot Lämpövarastot Akut & Sähköautot Kysynnän jousto (DR Demand Response) Huomattava osa kuormasta voi joustaa ainakin jonkin aikaa Jouston potentiaali pienenee kun tarvittava kesto kasvaa Energian käytön tehostaminen Avainasemassa tarkka mittaus ja energian käytön analyysi Tarkka säätö todellisen tarpeen mukaan (lämpötilat)
Kysynnän jousto (DR, Demand Response) Kotitalouden kuormista noin 50 % on joustavia ajan suhteen Tämä vastaa 10-20% muutosta huipputehoissa Kysynnän jousto tasapainottaa uusiutuvan tuotannon vaihtelua Sähköautojen lataamisesta Odotetaan myös 10-20 % Kysyntäjouston potentiaalia 5
Tasapainon hallinta ja hajautetut resurssit 8 GW 6 4 2 Demand Mix of different energy sources for base load and peak load 00 h 12 h 00 h 12 h 00 h Sähköntarve vaihtelee vuorokaudenajan viikonpäivän ja vuodenajan mukaan Samoin vaihtelee uusiutuva tuotanto Tehon riittävyyden varmistamiseksi tarvitaan reservejä sekä tuotanto- että kulutuspäässä Kysynnän jousto tuskin riittää kattamaan kaikkea tasapainotustarvetta ó energian varastointi tulee tärkeämmäksi Monilla kulutuskojeilla voi olla kyky lyhytaikaiseen tasapainon säätöön (15 min) ilman että niin toiminnallisuus heikkenee Tuntitason joustoa esimerkiksi lämmitys- ja jäähdytyskuormilla Tulevaisuuden energiajärjestelmä on sekoituserilaisia resursseja ja ohjattavia kuormia sekä varastoja
Lämmityskuorman kysynnän jousto Hae Ts Has AH U Te Ca Ta fhc Hame Hag Tg Lämpöenergiaa voidaan varastoida tehokkaasti sekä Vesivarastoon (S) että talon massiivisiin rakenteisiin (Q)
Varastoiva lämmitys ja kysynnän jousto Lämmityksen optimointi sähkön tuntimarkkinalla: Sähkön hinta / Verkosta otettu teho / Lämmöntarve / Varaston varausaste / Sisälämpötila
Energiatehokkuus - yhteenveto mahdollisista keinoista (Enete-projekti) Käyttökohde Toimenpide Sähkön säästö arvio Maalämpöpumppu Ilmalämpöpumppu Ilmanvaihto Termostaattityyppi Termostaatin asetus Vaihdetaan sähkölämmitys maalämpöön Käytetään ilmalämpöpumppua tukemaan sähkölämmitystä Hyödynnetään lämmöntalteenottoa koneellisessa ilmanvaihdossa Asennetaan ohjelmoitavat termostaatit Lasketaan sisälämpötilaa asteella lämmityskaudella Säästö lämmityskulutuksessa on 27,45 47 % verrattuna suoraan sähkölämmitykseen Säästää 7,8 25,6 % lämmityskulutuksessa Keskimäärin 13,6 % säästö sähkön kokonaiskulutuksessa Keskimääräinen säästö 14,7 % lämmitysenergiassa (teoreettinen arvio) Keskimääräinen säästö 3,43 % kokonaissähkön kulutuksessa Stand-by kulutus NA Keskimäärin 46,2 W säästöä taloutta kohti Energiansäästölamppu Vaihdetaan hehkulamput energiansäästölamppuihin Sähkön säästö oli 13,62 17,06 % sähkön kokonaiskulutuksesta muussa kuin sähkölämmitystaloudessa Tukilämmitysmuoto Käytetään puuta tukilämmitysmuotona Sähköä säästyi 2,32 kwh talvipäivän aikana, jokaista vuoden aikana poltettua kuutiometriä kohden
Säästö lämmityksesä % 50,0% 45,0% 40,0% 35,0% 30,0% 25,0% 20,0% 15,0% 10,0% 5,0% 0,0% Maalämpöpumpuilla GSHP saavutettava energiansäästö 27,5% 47,0% 42,2% 120-150 151-200 over 200 Lämmitetty ala yli 15 astetta Maalämpöpumpun tehokkuutta verrattiin suoraan sähkölämpöön jakamalla kuormat vertailuryhmiin. GSHP säästi keskimäärin 27.45% 47.0% lämmitysenergiasta. Pintaala(sqm) Minimisäästö (90%) Maximisäästö (90%) 121-150 13.43% 49.00% 151-200 38.97% 70.10% 10
Lämpötilan pudottaminen yöllä ja poissa ollessa Ohjelmoitavat termostaatit jakso aika Asettelu (lämmitys) Asettelu (jäähdytys) Wake 6:00 a.m. 21 o C 25 o C Day 8:00 a.m. Setback at least 4.5 o C Setup at least 4 o C Evening 6:00 p.m. 21 o C 25 o C Säästö lämmitysenergiasa (%) 35 30 25 20 15 10 5 0 Sleep 10:00 p.m. Setback at least 4.5 o C -28-26 -24-22 -20-18 -16-14 -12-10 -8-6 -4-2 0 2 4 6 8 10 keskiulkolämpötila ( o C) Säästö (%) = * 100 Setup at least 2 o C Keskimääräinen säästö taulukon asetteluilla olisi 14.7% lämmitysenergiasta. Säästö% riippuu voimakkaasti ulkolämpötilasta. 11
Tulevaisuuden talon sähköjärjestelmä 12
Rakennuksen sähköntarpeen ja tuotannon vaihtelu Aurinkosähköntuotanto Vaihtelee vuodenajan Tunnin ja pilvisyyden Mukaan. Sähköntarve riippuu Lämpötiloista, sekä Asukkaiden tavasta Käyttää sähköä. Optimointi: Varasto & Joustava kuorma 6000 5000 4000 3000 2000 1000 Number of active occupants (left axis) External irradiance (W/m2, right axis) 6 1000 900 5 800 4 700 600 3 500 400 2 300 1 200 100 0 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 Dwelling load profile (W) Time of day 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 Time of day
Alykäs sähköverkko (Smart Grid) integroi energialähteet Ja ohjattavat kuormat sekä energiavarastot Source: European technology plateform (ETP)
Tulevaisuuden energiatehokas ja älykäs rakennus Hakee energiatehokkuutta tarkoista säädöistä (lämmitys) Osallistuu energiajärjestelmän tasapainon säätöön joustavilla kuormilla ja energiavarastoilla Tuottaa energiaa paikallisesti ja pyrkii optimoimaan (=maksimoimaan) oman energian käytön Käy kauppaa joustavuudella ja energiavarastoillaan Termostaattiohjatut kuormat Sähköautojen akut Kiinteät akut Sähkön käytön ajallinen siirto Tulevaisuuden talon sähkön käyttö on yhdistelmä joustavaa kulutuksen ohjausta, erilaisia energiavarastoja, ja huonekohtaista lämpötilan säätöä