Energifleksible bygninger og områder
Metoder til at levere og anvende vedvarende energi mere fleksibelt og effektivt på bygnings- og områdeniveau.
Sammanfattning
To ens bygninger, to ens lejligheder og to ens klasselokaler har vidt forskellige varmeforbrug. Tilsvarende bruger to elevatorer i samme bygning heller ikke samme mængde strøm. Det er vigtig viden i en tid, hvor verden skal omstille sig til CO2-neutral energi og helt aktuelt med energikrisen, hvor priserne er steget, og Europa gør alt for at undgå at stå i en mangelsituation. Data og digitale værktøjer er en af løsningerne, så vi kan bruge energien smart, det vil sige styre efter prisen og/eller CO2-belastningen – og samtidig kende behovet (forecast). Samtidig står energirenovering højt på dagsordenen i EU, og her kan data også vise vejen.
SCA+ har udviklet flere metoder til kortlægning af effekt- og energiforbruget, til optimal styring af fjernvarmetemperaturen og til at integrere mere vedvarende energi i bygninger og boligområder. Arbejdet er foregået på en kommunal dansk folkeskole, i almene boligområder i Danmark og Sverige, samt lejligheder som er en del af en større forskerpark.
E.ON har udviklet funktioner, som skal gør det muligt at spare på elforbruget, hvilket kan reducere omkostningerne for elforbruget i blandt andet almene boligområder gennem fleksibilitet. Tests har omfattet styring af varmepumper, hvilket indebærer sektorkobling mellem el og varme, samt styring af batterier, så deres kapacitet anvendes på en intelligent (smart) måde. E.ON viser, at netop smart sammenkobling af energisystemer i et område kan give store effektbesparelser i samspil med lokale solcelleanlæg og energilagring, og hvor E.ON’s cloudbaserade platform Ectocloud™ spiller en central rolle ved at styre systemet ud fra de omgivende parametre, som påvirker energisystemet.
DTU Compute viser gennem forsøg på en folkeskole og i almene boliger i Høje-Taastrup og Københavns Kommune, at man skal modellere på de enkelte rum og ikke hele bygningen, når man vil styre varmeforbruget i bygningen efter et prissignal og for at mindske returtemperaturen til fjernvarmeværket, så der ikke kommer en strafregning fra fjernvarmeselskabet. Erfaringen fra de udførte forsøg er, at man ikke bare kan styre efter et samlet setpunkt for alle rum, for så bliver temperaturen for varierende, og nogle rum for varme og andre for kolde. I arbejdet har DTU Compute også sammen med Matematikcentrum på Lunds Universitet udviklet en ny simuleringsmodel (digital tvilling af Borgerskolen), som vil gøre arbejdet lettere, når der skal udvikles videre på opsætningen af nye modeller til styring af varmesystemet.
Læs mere om arbejdet herunder
Borgerskolen i Høje-Taastrup Kommune er et living lab i flere smart energy-projekter. Foto: Hanne Kokkegård, DTU Compute
E.ON – muligheder for strømbesparelser
Balancering af elforbruget på kollegium og i forskerpark
E.ON har gennem SCA+ videreudviklet den cloudbaserede platfom Ectocloud™ for at kunne adresserer nye funktioner, som indebærer mere intelligent styring og leder til lavere effektforbrug og bedre ressourceeffektivitet.
På MKB-kollegiet Rönnen i Malmö har man nu installeret batteri og inverter (växelriktare) for at teste de funktioner, som er udviklet gennem platformen ectocloud™. I Rönnen skal batterierne anvendes til dynamisk styring af effektudtag fra elenttet. Hvis batterrierne bliver kombineret med solceller, som er installeret i projektperioden i Bellevuegården i Malmö, så vil man få en øget selvforsyningsgrad af el. Det vil betyde, at man skal købe mindre energi fra elnettet og dermed kan spare mange penge – især med de elpriser vi har i dag – i efteråret 2022.
E.ON har dog erfaret, at det er vanskeligt at implementere en batteriløsning, der fungerer optimalt. En af grundene til det er, at det er en ny type installation, som kræver kompetence hos elinstallatøren, ligesom selve netværksinstallation skal kunne virke sammen med batteriet. Det er vigtig viden fremadrettet. Det har forsinket arbejdet i SCA+, men E.ON fortsætter arbejdet, fordi det er vigtig viden i forhold til at kunne levere en løsning til kunder, blandt andet i bydelen Sege Park, hvor Malmö stad er ved at omdanne et tidligere hospitalsområde til boligområde, og hvor de første beboere snart flytter ind.
I forskerparken Medicon Village i Lund har E.ON testet styring af varmepumper for at kunne begrænse elforbruget, når elpriserne er høje. Ved at udnytte bygningers termiske inerti kan elforbruget reduceres uden at påvirke temperaturen i bygningen.
E.ON har integreret data fra Nord Pool day-ahead prices, på platformen, udviklet algoritmer og lavet test og implementering i en bygning. Håbet er, at det vil fungere lige så godt som digital styring af fjernvarme, men her altså med påvirkning af elnettet, hvilket er et skridt i retning af øget sektorkobling.
Medicon Village E.ON ectogrid™ er udviklet over lang tid og forbinder i dag 15 erhvervsejendomme og beboelsesejendomme med forskellige varme- og kølebehov, og det har drastisk sænket forskerparkens energiforbrug.
Resurser
Kontakt E.ON: Ellen Corke, ellen.corke@eon.se
Rosengården, Malmö stad
E.ON har lavet en masse detaljerede målinger af elforbruget i det almene byggeri Rosengård i en stor bygning med 100 lejligheder i fem etager for at se, om der er et mønster i elforbruget, og om man kunne styre det bedre.
E.ONs målinger viser blandt andet stor forskel i, hvor meget strøm elevatorerne og fællesvaskerierne bruger. F.eks. bruger en af elevatorerne fire gange mindre strøm end en anden. Så har man kigget på, hvad forklaringen er og skabt en bevidsthed omkring det hos ejendomsadministrationen MKB, der selv har en målsætning om at reducere energiforbruget i boligblokkene.
SCA+-arbejdet pointerer dermed, at strømforbruget er et vigtigt parameter i selve indkøbsprocessen fremadrettet.
Analyse af målingerne viser også, at den type af forbrug er svært at flytte tidsmæssigt gennem ændret adfærd. Man kan f.eks. ikke påvirke, hvornår elevatorerne bliver brugt og heller ikke lade beboerne vaske om natten. Men i stedet kan man fordele strømforbruget ud over dagen ved installation af et batteri, og dermed spare penge på elforbruget.
Resurser
Kontakt E.ON: Ellen Corke, ellen.corke@eon.se
DTU Compute - optimal styring af fjernvarmetemperaturen
Simuleringsmodel af Borgerskolen
På den kommunale folkeskole i Høje-Taastrup Kommune Borgerskolen har DTU Compute udført forsøg med varmestyring. Forskningen bygger videre på forsøg under det oprindelige SCA-projekt (2016-2020). Man har nu udviklet og implementeret intelligent styring af varmesystemet og radiatorer og returtemperaturen til fjernvarmeselskabet, og senest udviklet en simuleringsmodel, så man fremover kan skyde genvej, når man vil udvikle og teste nye modeller til styring.
I vinteren 2021/22 implementerede DTU Compute en styring af varmesystemet, så skolen brugte ekstra varme, når prisen var lav og skruede ned, når varmeprisen var høj. Man satte setpunkter for temperaturen i alle rum om morgenen og eftermiddagen, så temperaturen i dagtimerne kun svingede mellem 20 og 22 grader. Om natten derimod måtte temperaturen svinge mellem 15 og 27 grader.
Forsøget viste, at temperaturen holdt sig mellem de afsatte grænser, når man så på et gennemsnit af alle rummene. Men når man kiggede på de enkelte rum, viste det sig, at der blev meget varmt i nogle rum og koldt i andre rum. Konklusionen er, at man er nødt til at styre temperaturen individuelt i hvert enkelt rum for at holde temperaturen inden for komfortzonen.
DTU Compute gennemførte flere eksperimenter, hvor forskerne ændrede setpunkterne for de enkelte rum for at se, om man kunne lave modeller, der er gode til at forudsige temperaturen, når den tog højde for setpunktet i rummet og udetemperaturen og solindstrålingen.
Arbejdet skal imidlertid fortsætte efter SCA+ i flere internationale forskningsprojekter, og i fremtiden kan man skyde genvej. Erfaringen er nemlig, at det tager meget lang tid at lave sådanne forsøg i virkeligheden, eftersom man skal vente på fyringssæsonen, så man skal tænde for varmen, ligesom skolebørnene skulle være på ferie, så forskerne kunne eksperimentere, uden at det gik ud over indeklimaet for skolebørnene.
Derfor har DTU Compute sammen med Matematikcentrum på Lunds Universitet udviklet en simuleringsmodel (digital tvilling) af Borgerskolen i modelsproget ’Modelica’. Simuleringsmodellen gør det muligt at udvikle detaljerede modeller og lave virtuelle forsøg og så flytte styringen ud til Borgerskolens varmesystem, når de fungerer virtuelt, og på den måde blive klogere på, hvordan et intelligent styringssystem skal virke.
Resurser
Artikel: Virkeligheden kræver mere robust IoT-udstyr
Kontakt DTU Compute: Peder Bacher, pbac@dtu.dk
Henrik Madsen, hmad.dtu@gmail.com
Kontakt Lunds Universitet – Matematikcentrum: Erik Lindström, Erik.lindstrom@matstat.lu.se
Returtemperatur i almene boliger, Tingbjerg
I det almene boligområde Tingbjerg, som hører under den almene ejendomsadministration KAB, har DTU Compute og Lunds universitet arbejdet sammen om modellering af bygningers varmeforbrug baseret på forbrugs- og vejrmålinger på timeopløsning. Målet var at reducere returtemperaturen på fjernevarmevandet, for det koster en strafafgift, hvis returtemperaturen er højere end 35 grader – ligesom det indikerer, at fjernvarmen ikke bliver udnyttet optimalt.
DTU Compute og Lunds universitet har anvendt data, som er målt i bebyggelsen, og lavet modeller, der kan karakterisere bygningernes termiske performance for at finde ud af hvilke bygninger, der fungerer godt, og hvilke der fungerer dårligt for så at optimere systemerne og sørge for bedre afkøling af returtemperaturen.
Gennem flere år har hele branchen styret varmesystemerne (ligesom elsystemet) ved hjælp af prognoser (forecast) for varmeforbruget, der tager højde for forventet forbrug ud fra faktiske, kendte forbrugsdata samt vejrudsigter (sol, vind og temperatur). SCA+ har taget disse prognoser et skridt videre.
Forskerne har haft adgang til varmeforbruget to år tilbage for boligområdets 20 varmecentraler, og ved hjælp af timemålinger og vejmålinger og avanceret kunstig intelligens lavet nye prognosemodeller.
Forskerne har i samarbejde med Lunds Universitet udviklet en helt ny type forecasting-model, hvor man anvender et neutral netværk, der er en moderne måde at anvende kunstig intelligens på, og som her viser sig at være god til at udvælge de rette data til at lave en 24-timers prognose ud fra. Det særlige ved DTU Compute og Lunds Universitets arbejde – og som forskerne heller ikke har set andre gøre – er, at man har en døgnkurve for hver bygning og kan se, hvordan gennemsnitsforbruget af varme går op og ned i hverdage og i weekender, hvordan bygningen ligger i forhold til solens position i løbet af dagen, og hvordan bygningen responderer på solskin, så forskerne kan følge med på timeniveau og se profiler for, hvordan energien bruges i løbet af dagen.
Det er grundforskning, men viden der kan bidrage til den måde man i fremtiden vil se på, hvordan bygninger fungerer, og om tiltag som en ny bedre isoleret gavl har haft en effekt. DTU Compute har gang i flere andre projekter, og står nu med endnu bedre modeller til at finde vej gennem data.
Resurser
- Artikel: Fastighetsägare och boende kan minska kostnader med bra matematisk modell
- Kontakt DTU Compute: Peder Bacher, pbac@dtu.dk
- Henrik Madsen, hmad.dtu@gmail.com
- Kontakt Lunds Universitet – Matematikcentrum: Erik Lindström, Erik.lindstrom@matstat.lu.se
