Akuston hyödyntäminen rakennuksen sähkötehohuippujen leikkaamisessa

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin osana SMART CASE NZEB -hanketta, jonka tarkoituksena on tutkia rakennusten energiajärjestelmien optimoitua käyttöä sekä energiavarastojen hyödyntämistä energiatehokkaissa rakennuksissa. Hankkeen testiympäristönä toimii TAMKin liikuntahallirakennus. Opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää, kuinka TAMKin liikuntahallirakennukseen sijoitettavaa akustoa olisi järkevintä käyttää, kun tavoitteena on tasoittaa sähköverkosta otettuja tehopiikkejä ja varastoida aurinkopaneelien tuottamaa sähköä. Työssä laskettiin myös akustolla saavutettujen taloudellisten hyötyjen suuruus.

Opinnäytetyö toteutettiin suurimmaksi osaksi Excelin avulla, sillä työ sisälsi paljon laskentaa ja suuria datamääriä. Aluksi työssä perehdyttiin kysyntäjoustoon ja sen toteutustapoihin sekä sivuttiin energiavarastoja ja sähkön omatuotantoa. Tämän jälkeen perehdyttiin kohderakennuksen energiajärjestelmään ja mietittiin, kuinka akuston ohjauslogiikka olisi järkevintä toteuttaa. Seuraavaksi perehdyttiin kohderakennuksen tehodataan vuodelta 2017 ja etsittiin sieltä suurimmat tehohuiput tehohuipunrajoituslaskentaa varten. Huipputehonrajoituslaskelmien jälkeen suunniteltiin kohteeseen sopiva tapa akuston lataamiselle. Lopuksi laskettiin akuston teoreettinen käyttöikä ja akustolla saavutettavat säästöt. Tietolähteinä käytettiin useita kysyntäjoustoon paneutuneita tutkimuksia ja opinnäytetöitä sekä verkkoyhtiöiden siirtohinnastoja.

Tuloksina saatiin laajahko analyysi kohderakennuksen tehoprofiilista sekä siellä syntyvien tehohuippujen ajankohdista, suuruuksista ja syistä. Lisäksi päätettiin alustavasti ohjata akustoa sen omalla ohjauslogiikalla sekä rajoittaa rakennuksen verkosta ottama huipputeho 65 kW:iin. Akuston lataamisesta aurinkosähköllä päätettiin luopua aurinkosähkön tuotannon vähäisyyden vuoksi. Aurinkosähkön sijaan akustoa päätettiin ladata verkosta aina, kun verkosta otettu sähköteho laskee 45 kW:n alapuolelle. Työssä todettiin myös, ettei akustohankinta nykytilanteessa ole kannattavaa taloudellisista syistä. Työstä saatuja tuloksia voidaan hyödyntää pienten ja keskisuurten rakennusten akustoilla toteutettavan kysyntäjouston suunnitteluun sekä rakennuksista saadun tehodatan analysointiin.

The thesis was done as part of the SMART CASE NZEB project, which aims to study the optimized use of energy systems in buildings and the utilization of energy storage in energy-efficient buildings. The test environment of the project is TAMK's sports hall building. The purpose of the thesis was to determine what would be the most sensible way to use a battery placed in a building when the goal was to flatten power spikes taken from the electricity grid and store electricity produced by solar panels. The magnitude of the economic benefits achieved by the battery was also calculated.

The thesis was mostly implemented with the help of Excel, as the work involved a relatively great number of calculations and large amounts of data. Initially, the work focused on demand response and methods of implementing it, as well as on energy storages and self-production of electricity. After this, the energy system of the target building was examined, and the most sensible way to implement the battery control logic was studied. Next, the power data collected from the target building in 2017 were examined and the largest power peaks for power peak constraint calculation were searched for. After the calculations, a suitable way to charge the battery was designed for the target building. Finally, the theoretical life of the battery and the savings achieved with the battery were calculated. Several studies and theses focused on demand response and transmission price lists of grid companies were used as data sources.

The results of the work provided a broad analysis of the power profile of the target building and durations, magnitudes and causes of the power peaks that occur there. In addition, a tentative decision was made to control the battery with its own control logic and to limit the peak power taken from the grid to 65 kW. It was decided not to charge the battery with solar electricity due to the low production of solar electricity. Instead of solar electricity, the battery will be charged from the grid whenever the electrical power taken from the grid falls below 45 kW. According to the results, the procurement of batteries is not profitable in the current situation for economic reasons. The results can be utilized for the design of demand response with batteries in small and medium-sized buildings and for the analysis of power data obtained from buildings.