Sähkön kysyntäjouston kuormanohjausten tekniset toteutusmallit pienkiinteistöissä
Salonen, Otso (2017)
Diplomityö
Salonen, Otso
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201703162283
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201703162283
Tiivistelmä
Ilmastonmuutoksen pysäyttämiseksi uusiutuvien energialähteiden asema energiajärjestelmässä tulee kasvamaan. Sen seurauksena sähköntuotannosta tulee yhä vaikeammin ennustettavaa ja hallittavaa, mikä luo sähköjärjestelmässä haasteita valtakunnallisen tehotasapainon eli sähköntuotannon ja -kulutuksen välisen tasapainon kannalta. Tämän vuoksi sähköjärjestelmässä tarvitaan säätävän voimantuotannon lisäksi yhä enemmän sähkön kysyntäjoustoa eli sähkönkäyttäjien sähkönkäytön hetkellistä vähentämistä, siirtämistä tai lisäämistä. Lisäksi kysyntäjoustoa tarvitaan sähköjärjestelmän reservikapasiteettina sähkön kulutushuippujen ja häiriötilanteiden aikana.
Sähkön kysyntäjousto jaetaan asiakaslähtöisiin sähkön hintajouston ohjauksiin ja markkinalähtöisiin kysyntäjouston kuormanohjauksiin, joista tässä työssä keskitytään pääasiassa jälkimmäisiin. Työn tavoitteena on selvittää, miten etäluettavat sähkömittarit soveltuvat kysyntäjoustoon ja minkälaisia kytkentämuutoksia pienkiinteistöissä edellytetään kuormanohjausten mahdollistamiseksi. Selvitetään myös, mitä muita markkinalähtöisten kuormanohjausten ratkaisuja on olemassa tai kehitteillä. Lisäksi tarkastellaan, kuinka lämpöpumput soveltuvat kysyntäjoustoon ja selvitetään esitettyjen toteutusmallien kustannukset pienkiinteistöissä.
Etälukumittarit soveltuvat tällä hetkellä yksinkertaisiin ja hitaisiin on/off-tyyppisiin kuormanohjauksiin sähkölämmitteisissä kiinteistöissä, mutta edellyttävät niissä pieniä muutoksia sähkökytkentöihin. Tämän työn tuloksena esitetään, että markkinoilla on tällä hetkellä pilotointi- tai suunnitteluvaiheessa kolme kuormanohjausjärjestelmää, jotka mahdollistavat älykkäät ja nopeat kuormanohjaukset. Ne eivät ole merkittävästi kalliimpia kuin etälukumittareiden ohjausten edellyttämien kytkentämuutosten toteuttaminen ja parantavat lisäksi usein asumismukavuutta ja -turvallisuutta asunnoissa. Työn tuloksena esitetään myös, että useissa lämpöpumpuissa on sisäänrakennettuja kysyntäjousto-ominaisuuksia, joita voitaisiin hyödyntää esimerkiksi kiinteistön sähkökeskukseen asennettavien yksinkertaisten releiden avulla. To prevent climate change, the use of renewable energy sources in the energy system will increase. This weakens the predictability and manageability of electricity production, which sets challenges for the power balance management between electricity production and consumption. Therefore, in addition to adjustable power generation, increasing amount of demand response by electricity consumers is needed, which means momentarily decreasing, transferring or increasing use of electricity. Demand response is also essential in providing power reserves during peak consumption and disturbance situations in the energy system.
Electricity demand response is divided into customer-driven electricity price management and market-driven power load management, but the focus of this thesis is on the latter. The objective is to examine how smart electricity meters are suited for demand response and what kind of modifications in electrical wirings are required in small residential buildings to enable load management operations. It is also studied what kinds of other market-driven power load management systems exist or are under development. Moreover, the suitability of heat pumps for demand response, as well as the costs of the above-mentioned solutions for load management in small residential buildings, are investigated.
Smart meters are currently suited for simple and slow on/off-type load management operations in electrically heated buildings, which, however, require small modifications in their electrical wirings. Currently there are three demand response services that enable smart and fast load management operations in the piloting or development phase. They are not remarkably more expensive than implementing the installations required by smart meter load management and, in addition, often improve the level of convenience and safety. Furthermore, it is concluded that many heat pumps have built-in features for demand response, which could be utilized, for example, by simple relays installed into the switchboard.
Sähkön kysyntäjousto jaetaan asiakaslähtöisiin sähkön hintajouston ohjauksiin ja markkinalähtöisiin kysyntäjouston kuormanohjauksiin, joista tässä työssä keskitytään pääasiassa jälkimmäisiin. Työn tavoitteena on selvittää, miten etäluettavat sähkömittarit soveltuvat kysyntäjoustoon ja minkälaisia kytkentämuutoksia pienkiinteistöissä edellytetään kuormanohjausten mahdollistamiseksi. Selvitetään myös, mitä muita markkinalähtöisten kuormanohjausten ratkaisuja on olemassa tai kehitteillä. Lisäksi tarkastellaan, kuinka lämpöpumput soveltuvat kysyntäjoustoon ja selvitetään esitettyjen toteutusmallien kustannukset pienkiinteistöissä.
Etälukumittarit soveltuvat tällä hetkellä yksinkertaisiin ja hitaisiin on/off-tyyppisiin kuormanohjauksiin sähkölämmitteisissä kiinteistöissä, mutta edellyttävät niissä pieniä muutoksia sähkökytkentöihin. Tämän työn tuloksena esitetään, että markkinoilla on tällä hetkellä pilotointi- tai suunnitteluvaiheessa kolme kuormanohjausjärjestelmää, jotka mahdollistavat älykkäät ja nopeat kuormanohjaukset. Ne eivät ole merkittävästi kalliimpia kuin etälukumittareiden ohjausten edellyttämien kytkentämuutosten toteuttaminen ja parantavat lisäksi usein asumismukavuutta ja -turvallisuutta asunnoissa. Työn tuloksena esitetään myös, että useissa lämpöpumpuissa on sisäänrakennettuja kysyntäjousto-ominaisuuksia, joita voitaisiin hyödyntää esimerkiksi kiinteistön sähkökeskukseen asennettavien yksinkertaisten releiden avulla.
Electricity demand response is divided into customer-driven electricity price management and market-driven power load management, but the focus of this thesis is on the latter. The objective is to examine how smart electricity meters are suited for demand response and what kind of modifications in electrical wirings are required in small residential buildings to enable load management operations. It is also studied what kinds of other market-driven power load management systems exist or are under development. Moreover, the suitability of heat pumps for demand response, as well as the costs of the above-mentioned solutions for load management in small residential buildings, are investigated.
Smart meters are currently suited for simple and slow on/off-type load management operations in electrically heated buildings, which, however, require small modifications in their electrical wirings. Currently there are three demand response services that enable smart and fast load management operations in the piloting or development phase. They are not remarkably more expensive than implementing the installations required by smart meter load management and, in addition, often improve the level of convenience and safety. Furthermore, it is concluded that many heat pumps have built-in features for demand response, which could be utilized, for example, by simple relays installed into the switchboard.