Energistyring i et “smart home” med integrerede solceller, elbiler og varmepumper

En intelligent bygning (SH) kan have en lang række forskellige el-kilder, herunder solcelleanlæg (PV), mikro-vindmøller, varmepumper (HP) og plug-in-elbiler (PEV) som energilager.

På grund af integrationen af svingende, vedvarende energikilder, elbilers stokastiske mobilitetsmønstre og bygningernes tilfældige energiforbrug, er uforudsigeligheder blevet de største bekymringer for driften af energieffektivitet i bygninger. Hvis der tages højde for disse usikkerheder i planlægningsprocessen, er der potentiale for at forbedre energieffektiviteten.

I projektet anvendes en ny stokastisk Model Predictive Control (MPC) til en intelligent bygning med integreringen af vedvarende energikilder, HP'er og PEV'er. Hovedformålet er at minimere omkostningerne ved det daglige energiforbrug ved at anvende fleksible, vedvarende energikilder på en effektiv måde og samtidig tage højde for usikkerhederne.

Følgende præstationer er realiseret i projektet:

• Minimer omkostningerne ved energiforbrug ved hjælp af solcelleanlæg og implementeringsenergi-energistyringssystem, samtidig med at kravene til rumopvarmning imødekommes under hensyntagen til begrænsninger ved opladning af PEV samt husholdningernes forbrug.
   
• Reduktion af CO2-udledningen omkring 40% ved hjælp af vedvarende energikilder såsom solcelleanlæg: dette projekt fremmer brugen af solceller til boliger til at levere den elektriske strøm til hjemmets behov. Den foreslåede energistyring maksimerer selvforbruget af solcelleanlæg, hvilket gør reduktion afhængigheden af nettet, og endelig kan det reducere CO2-emissionerne.
   
• Minimer omkostningerne ved energiforbrug ved hjælp af solcelleanlæg og implementeringsenergi-energistyringssystem, samtidig med at kravene til rumopvarmning imødekommes under hensyntagen til begrænsninger ved opladning af PEV samt husholdningernes forbrug.
   
• Reduktion af CO2-udledningen omkring 40% ved hjælp af vedvarende energikilder såsom solcelleanlæg: dette projekt fremmer brugen af ​​solceller til boliger til at levere den elektriske strøm til hjemmets behov. Den foreslåede energistyring maksimerer selvforbruget af solcelleanlæg, hvilket gør reduktion afhængigheden af ​​nettet, og endelig kan det reducere CO2-emissionerne.
   
• Fremme af PEV-ejere til at bruge energistyringssystemet til at reducere omkostningerne ved elektricitet og forbedre batteriets levetid eller PEV. I dette tilfælde reducerer det CO2-emissionerne.
   
• Forbedring af energieffektiviteten ved hjælp af PEV og HP til at give de bedst mulige levevilkår for husejere: Et af aspekterne ved smart home-projektet er at forbedre energieffektiviteten. Da det foreslåede energistyringssystem maksimerer solforbruget af solcellestrøm og mindsker strømmen fra nettet, reduceres strømtabet i nettet. Derfor forbedres energieffektiviteten. Hvis flere mennesker tilskyndes til at bruge smart home-energistyringssystemet, vil det derfor have enorm indflydelse på energieffektiviteten. Desuden hjælper sporing af komforttemperaturen varmepumpen med at forbruge energi effektivt og strømforbruget reduceres. Desuden sparer smarte hjem ved integration af IoT-sensorer energi ved at holde styr på, hvilke rum du bruger, og hvornår du bruger dem.
   
•  Forbedring af pålideligheden i boligsystemer: Brug af flere vedvarende energikilder og integration af energilagring til bygningen gør afhængigheden af ​​nettreduktioner og under afbrydelsen øges pålideligheden af ​​strømforsyningen til hjemmet. Desuden hjælper dette system med peak barbering i gitteret i spids tid. På hjemmemarkedet vil styring af efterspørgsel og forskydning af forbrug hjælpe med at barbere højst, og til sidst vil det øge pålideligheden af ​​strøm.
   
• Forbedring af fleksibiliteten i energistyring ved at udnytte PEV og HP: Da energien styrer ledelsessystemet, hvornår strømmen skal leveres eller leveres form / til nettet ved at overveje elpris, belastningsefterspørgsel og tilgængelighed af PEV, fleksibiliteten af energistyringssystemet stiger. I dette tilfælde har efterspørgselskraft fra hjemmet denne fleksibilitet, der skal leveres fra vedvarende energikilder og energilagring eller fra nettet baseret på de tekniske krav. For at give denne fleksibilitet skal der investeres i solcelleanlæg, sensorer, varmepumpe og kontrolbaserede computersystemer. På den anden side vil denne investering blive returneret på grund af energibesparelse og reduktion af energiomkostningerne.
   
• Ifølge resultaterne reduceres bygningens energiomkostninger for enten baseline-ydeevne eller HEMS-ydeevne, når bygningens energimærke eller bygningens isoleringskvalitet forbedres (det bedste mindste tilfælde sker for bygning med energimærke “A”). Som eksempel er i sag I (etiket “A”) energien i hjemmet 6800 (DKK / år) og 3750 (DKK / år) for henholdsvis basislinie- og HEMS-ydeevne med gulv-radiatorvarmesystem. Mens det i sag VII (mærke “G”) er energiomkostningerne 28500 (DKK / år) og 21200 (DKK / år) for den samme situation. Det andet og vigtigere resultat er at analysere forskellen på at have HEMS for bygninger med forskellig isoleringskvalitet for at reducere energiomkostningerne. Derfor præsenteres tabel for at fremhæve den optimale HEMS-præstation for forskellige tilfælde. For eksempel, reducerer HEMS i sag VI (etiket "F") energiomkostningerne fra 3100 (basislinje pr. Formance) til 2184 (DKK / år) (ca. 27,6%) med gulv-radiator-kombinationsopvarmningssystemet og reduceret med 27,94% med et radiator-kun varmesystem. Ved første øjekast er det åbenlyst, at HEMS kan reducere bygningens energipriser for alle tilfælde med forskellige varmesystemer (med mere end 26% i alle tilfælde (undtagen tilfælde VII med kun radiator). Denne reduktion i energiomkostningerne er kun effekten af ​​et optimeret energistyringssystem, og det viser, at det foreslåede energistyringssystem har betydelig effekt. Hvis vi overvejer at vende tilbage til investering i installation af solceller og energilagring plus effekten af ​​hjemmets energistyringssystem i lang varighed som 10 år, så har det bestemt bemærkelsesværdig indvirkning.

Projektet blev udarbejdet i et samarbejde mellem Aalborg Universitet - AAU​​​​​​​, der var projektleder for projektet, og Solarflex A/S og det afsluttede december 2020.