SmartGrid løsninger kan forhindre overbelastning af lavspændingsnettet

Lagt på VVSworld.dk den 21-02-2013 af webmaster

En netop offentliggjort undersøgelse viser, hvordan intelligent styrede varmepumper og elbiler kan forbedre kvaliteten i lavspændingsnettet. Undersøgelsen er foretaget af Balslev Rådgivende Ingeniører i samarbejde med DTU som en del af det store nationale projekt iPower og det Europæiske projekt SmartGen.

Undersøgelsen er den første i rækken af analyser af påvirkninger af lavspændingsnettet, og i det kommende år vil det blive undersøgt, hvorledes solpaneler påvirker lavspændingsnettet.

Ifølge den nye energiplan skal 50 % af elforbruget dækkes af vindkraft i 2020, og i 2050 skal hele energiforbruget dækkes af vedvarende energi. Det betyder en større grad af fluktuerende energikilder såsom vind og sol, hvilket medfører, at bliver det nødvendigt at regulere forbruget i forhold til produktionen. I dag opretholdes balancen mellem produktion og forbrug derimod ved at regulere produktionen i forhold til forbruget.
Vi kan i fremtiden forvente at se en stigning i for eksempel varmepumper og elbiler. Dette vil medføre en stigning i elforbruget, som så leder til en overbelastning af lavspændingsnettet flere steder, forklarer ingeniør Helena Segerberg fra Balslev Rådgivende Ingeniører A/S.

Simuleringer med 42 parcelhuse i København
I undersøgelsen blev der gennemført tre simuleringer med forskellige reguleringer på et typisk lavspændingsnet i det nordlige København med 42 parcelhuse. Det blev antaget, at der i hvert parcelhus er installeret en varmepumpe og en elbil. I simuleringerne antog man, at distributionselskabet har mulighed for at udkoble en bestemt varmepumpe eller elbil. Udkoblingen foretages, hvis nettet enten er overbelastet, eller hvis spændingen hos en forbruger er for lav. Simuleringerne blev gennemført for hver time for hele 2011.

En af forudsætningerne for undersøgelsen var, at komforten for brugerne var uændret, dvs. temperaturen i boligen var uændret 21 °C, og der var mulighed for at køre den ønskede strækning.

Simulering 1: Ingen overordnet regulering
Den første simulering blev gennemført uden nogen form for overordnet regulering, dvs. at varmepumpen var i drift ud fra brugerens direkte behov. For eksempel blev det varme vand opvarmet direkte efter brug, og elbilen blev ladet direkte, når den blev sat i stikkontakten.
Resultatet af den første simulering uden overordnet intelligent regulering er, at lavspændingsnettet blev overbelastet, og at spændingen blev for lav, fortæller Helena Segerberg.

Simulering 2: Delvis overordnet regulering
Derefter blev der gennemført en simulering, hvor netselskabet havde mulighed for kun at udkoble varmepumper, dvs. ikke elbiler. I dette tilfælde udkoblede man den varmepumpe, der havde den højeste temperatur i varmvandstanken på det pågældende tidspunkt.
Den anden simulering viste os, at med en overordnet regulering af varmepumpen, så overstiger belastningen ikke nettets kapacitet, og spændingen bliver inden for de givne grænser, fortsætter Helena Segerberg.

Simulering 3: Fuld overordnet regulering
I den tredje simulering havde netselskabet mulighed for både at udkoble varmepumper og elbiler. I dette tilfælde udkoblede man den enhed, der var tættest på enten at temperaturen i vandet i varmvandstanken var nået maksimal temperatur, eller at batteriet i elbilen var helt opladet.
I den tredje simulering var det muligt at undgå overbelastning i nettet, eller at spændingen blev for lav på noget sted, fortæller Helena Segerberg.

Regulering af elektriske komponenter kan forhindre overbelastning af lavspændingsnettet
Projektet med simuleringerne har vist, at det er muligt at opskyde forstærkninger af lavspændingsnettet, hvis der gives mulighed for at regulere elektriske komponenter såsom varmepumper og elbiler hos forbrugerne, selvom effekten i nettet stiger. Reguleringen kræver dog, at der findes information om nettets aktuelle belastning og spænding samt aktuel temperatur i varmetanken eller ladetilstanden i batteriet i elbilen hos de enkelte forbrugere.

Med den fremtidige overbelastning i lavspændingsnettet er vi nødt til at se på forskellige løsningsmuligheder. Dette projekt viser én Smart Grid-metode til problemløsningen, afslutter Helena Segerberg.

Fakta om simuleringsmodellerne
Et af hovedmålene for projektet har været at udvikle simuleringsmodeller for elektriske komponenter, der kan reguleres intelligent såsom varmepumper og elbiler. Simuleringsmodellerne kan senere bruges både til planlægning af elnettet samt ved bestemmelse af regulering i en aktuel situation.
I det kommende år vil Balslev i samarbejde med DTU arbejde videre med simuleringsmodeller for solpaneler samt gennemføre videreudvikling af varmepumpemodellen.

Til de omtalte analyser er der udviklet specifikke simuleringsmodeller for både varmepumper og for elbiler.

Simuleringsmodel for varmepumpen
Simuleringsmodellen for varmepumpen blev udviklet af Balslev Rådgivende Ingeniører A/S. Inputparametre til modellen er udetemperatur, bygningsdata og tekniske specifikationer for en varmepumpe.
Bygningsdata for almindelige parcelhuse fra 1970erne er hentet fra en database for anonymiserede eksisterende energimærkninger. Der er antaget, at varmepumpen er luft til vand med en elektrisk effekt på 3.1 kW. En 2 m3 buffertank for varmt vand, der må variere mellem 45 °C til 65 °C er tilsluttet systemet. Den relativt store tank og temperaturområdet gav en god fleksibilitet.

Simuleringsmodellen for elbilen
Simuleringsmodellen for elbilen er udviklet af DTU. Der er antaget, at elbilen skal erstatte en normal benzindriven bil. Opladningsprofilen for batteriet i elbilen er bestemt af brugerens køremønster. Køremønsteret med det statistisk bestemte starttidspunkt for kørsel med en normal benzindreven bil er hentet fra det danske projekt AKTA.
Ud fra statistikken blev det valgt, at der var mulighed for at oplade batterierne ved boligen mellem kl. 17.00 og kl. 08.00. Derudover viste statistikken, at den gennemsnitlige daglige kørsel i Danmark er 40 km. De lange perioder med mulighed for opladning og den korte daglige kørsel gav en stor fleksibilitet.
Batterierne i elbilerne antoges at være 28 kWh lithium-ion, og energiforbruget var 11 kWh/100 km. State of charge (SOC) blev sat til at variere mellem 10-90 % af batteriets kapacitet.

Yderligere informationer:
Helena Segerberg, Balslev Rådgivende Ingeniører A/S, hse@balslev.dk
Shi You, DTU, sy@elektro.dtu.dk
I projektet har DTU bidraget med en grundlæggende viden om elbiler og Balslev med den praktiske erfaring inden for varme, køling og ventilation.

Om Balslev Rådgivende Ingeniører A/S
Balslev er en full-service virksomhed, der arbejder med at løse nogle af de store udfordringer, vi som samfund står over for i forbindelse med miljø, byggeri, forsyning, klima, natur og energi. Vi leverer uafhængig rådgivning, projektering og projektledelse inden for alle gængse ingeniørdiscipliner som fx el, vvs, konstruktion, ventilation, it & kommunikation samt automation. Vores ekspertise omfatter også innovative, bæredygtige og profitable løsninger inden for intelligent bygningsautomatik, energiforsyning, sikrings- og transportanlæg, korrosionsbeskyttelse, hospitalsplanlægning samt energioptimering.
Firmaet blev grundlagt i 1939 og er ejet 100 % af Mogens Balslevs Fond. Balslev beskæftiger i alt 140 medarbejdere på hovedkontoret i Glostrup samt i afdelinger i Odense, Herning, Viborg og Kalundborg.