Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Optimierung, Smartgrid, Regelenergie, Wärmespeicher, Wärmepool
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Ziel ist es, die Flexibilität eines Pools von Wärmespeichern für die Regelung elektrischer Netze zu nutzen. Ein übergeordnetes intelligentes System aggregiert die zur Verfügung stehende Flexibilität, erstellt optimale Angebote z.H. des Systembetreibers und sorgt für den optimalen Betrieb unter Einhaltung aller Rahmenbedingungen.
Das WARMup Projekt untersucht anhand konkreter Szenarien, unter welchen Vorausset-zungen bereits heute ein wirtschaftlich nachhaltiger Betrieb möglich ist. Das Projekt bildet die Grundlage für die spätere Implementierung eines Pilotprojekts.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The project aims at exploiting the flexibility of a pool of thermal storage devices for balancing the electrical grid. A high level intelligent system aggregates the existing flexibility, generates best bids on behalf of the system operator and guarantees an optimal overall operation. The project investigates economical, physical and legal requirements which guarantee a sustainable implementation. It is the starting point for a pilot.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Phase 1:
Im Rahmen dieses Projektes geht es um die ökonomische Bewertung der Flexibilität von thermischen Speichern. Warmwasserspeicher sind bereits heute in einer grossen Anzahl vorhanden und bieten ein interessantes Potenzial für Lastmanagement-Konzepte. Zudem kann die thermische Trägheit von Gebäuden als Speicher genutzt werden, um das Betriebsregime der Wärmeerzeugung dynamisch gegen den Markt zu optimieren. In diesem Projekt wird die technische Umsetzbarkeit einer gegen den Markt optimierten Betriebsweise der Wärmeerzeugung vorausgesetzt und der Fokus auf die Quantifizierung des Wertes dieser Flexibilität gelegt. Zur technischen Umsetzbarkeit solcher Konzepte gibt es bereits viele durchgeführte Studien.
Das vorhandene Wertschöpfungspotenzial aufgrund einer optimalen Bewirtschaftung der thermischen Speicher wird dadurch bestimmt, in dem die Flexibilität auf allen gängigen Märkten (SDL, EPEX) durch optimale Handelsgeschäfte verwertet wird. Für diesen Zweck wurde im Rahmen dieses Projektes ein Simulator erstellt. Der Simulator besteht aus einer Kaskade von Optimierungen, in welcher die optimalen Angebote, das Verhalten des Marktes (Annahme / Ablehnung / Abruf der Angebote), das Kappen der Leistungsspitzen (vermiedene Netzkosten), sowie das daraus resultierende Betriebsregime der Wärmeerzeugung berechnet werden.
Im Basisfall (Jahr 2012) wurden mit einer optimalen Bewirtschaftung eine Kostenreduktion sowie zusätzliche Erträge von insgesamt etwa 800 CHF pro Anlage gegenüber der heutigen Betriebsweise erzielt. Bei der Anlage handelte es sich um ein Mehrfamilienhaus mit 22 Wohneinheiten und modernem Baustandart. Als Folge der zunehmenden Einspeisung von Sonnen- und Windenergie ist davon auszugehen, dass Flexibilität an Wert gewinnen wird. Sowohl örtlich wie auch zeitlich werden vermehrt Diskrepanzen zwischen Erzeugung und Verbrauch auftreten. Dies macht einen Ausbau der Netze und Speicher notwendig. Heute fehlen marktseitig Anreize für Investitionen in neue Speicher. Sobald diese Diskrepanzen aber grösser werden und öfters als heute vorkommen, wird marktseitig der Anreiz für Investitionen in Speicher und smarte Systeme zunehmen. Mit Hilfe des hier entwickelten Simulators können die entsprechenden Sensitivitäten berechnet und die richtigen Zukunftsstrategien bestimmt werden.
Phase 2:
Warmwasserspeicher und die thermische Trägheit von Gebäuden bieten ein grosses Potential an Flexibilität. Diese Art von Energiespeicher ist bereits heute in grosser Zahl vorhanden und bietet sich fürs Lastmanagement an. Die thermische Trägheit von Gebäuden erlaubt es, die Wärmeerzeugung zeitlich zu verschieben, ohne dass der Wärmekomfort beeinträchtigt wird. Die flexible Steuerung von Wärmepumpen kann für vielerlei Anwendungen im Stromsystem eingesetzt werden. Mit einem ganzheitlichen Ansatz können Kosten, Effizienz, Ökologie und Komfort optimiert werden.
Das WarmUp Projekt untersucht, wie die Flexibilität von thermischen Speichern optimal verwertet werden kann. Basierend auf den Ergebnissen aus WarmUp1 wurde im Rahmen dieser zweiten Phase ein Proof of Concept auf einer Anlage aus dem Contracting-Pool von ewz realisiert. Das Konzept aus Phase 1 konnte umgesetzt werden und die Optimierungskaskade funktioniert über alle Stufen bis hin zur Umrechnung auf Sollwerte für die Maschinen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Flexibilität existiert und genutzt werden kann. Es konnten zahlreiche wertvolle Erfahrungen mit der Anbindung von Wärmepumpen gesammelt werden. Damit zukünftig Anlagen einfacher eingebunden werden können, wurden Empfehlungen erarbeitet (WarmUp-ready Kriterien).
Ab dem 01.01.2017 wird eine einjährige Betriebsphase im WarmUp-Modus durchgeführt. Anhand von Key Performance Indikatoren wird der WarmUp-Modus anschliessend mit der klassischen Betriebsweise verglichen. Dadurch wird es möglich sein, den Wert der Flexibilität zu quantifizieren. Die Resultate werden zusammen mit den Erkenntnissen aus der Einbindung von weiteren Anlagen im Schlussbericht von WarmUp3 publiziert.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Misurio AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pfaffen,Samuel
Werlen,Karl
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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Phase 1:
The objective of this project is to make an economic assessment of the versatility of thermal storage facilities. A wide range of hot water tanks are available nowadays and they offer an interesting potential for load management concepts. In addition, the thermal inertia in building structures can be used as a storage unit to dynamically optimise the mode of operation of heat generation against the market. In this project the technical feasibility of a mode of operation of heat generation that is optimised against the market is presumed and the focus is placed on quantifying the value of this versatility. There have already been a large number of studies carried out on the feasibility of concepts of this type.
The added value potential available due to optimal management of the thermal storage unit is determined by its flexibility being assessed on all the prevailing markets (ancillary services, energy markets) through optimal commercial transactions. As part of this project, a simulator was created for this purpose. The simulator consists of a cascade mechanism for improvements, in which the most advantageous offers, the behaviour of the market (acceptance/rejection/retrieval of offers), the capping of power delivery spikes (avoiding network costs) and the resulting mode of operation of heat generation are calculated.
In the base case (2012), a cost reduction and additional income of a total of around CHF 800 per unit were achieved through optimal management compared with the current mode of operation. The unit involved was that in a block of flats with 22 living units and a modern standard of building. As a result of the increasing feed-in of sun and wind energy it can be assumed that flexibility is going to increase in value. More discrepancies will appear between production and consumption, both in terms of space and time. This means that it is essential to extend the network and storage facilities. Today there is an absence of market incentives for investment in new storage facilities. As soon as these discrepancies become larger and occur more frequently than nowadays, however, the incentive on the part of the market for investment in storage facilities and smart systems will increase. With the help of the simulator developed here, the respective sensitivities can be calculated, enabling appropriate strategies for the future to be determined.
Phase 2:
Hot water tanks in and the thermal inertia of buildings offer a great potential in flexibility. This type of energy storages is already largely available and can be utilized for load management. Thermal inertia of buildings enables heat generation to be shifted in time without affecting the heat comfort within the buildings. Flexible control of heat pumps can be used for various application in the power system. With a holistic approach cost, efficiency, ecology and comfort can be optimized simultaneously.
The WarmUp project investigates how the flexibility offered by thermal storages can be used optimally. The second phase of the project is a proof of concept in which the findings of WarmUp1 are implemented on one of the energy systems in the contracting pool of ewz. The approach of the first phase could be implemented and the optimization sequence works well over all stages up to the conversion to set points for the machines. It is shown that the flexibility exists and can be utilized. Numerous valuable experiences were gathered with the connection of heat pumps. Recommendations are given such that future systems can be connected more easily (WarmUp ready criteria).
On January 1, 2017, a one year phase starts in which the system is operated in WarmUp mode. Afterwards, using Key Performance Indicators, the WarmUp mode will be compared with the normal operation mode. It will then be possible to quantify the economic value of the flexibility. These results will be published, together with further findings from the integration of other buildings, in the final report of WarmUp3.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Misurio AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pfaffen,Samuel
Werlen,Karl
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Schlussbericht
(Französisch)
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Phase 1:
Ce projet traite de la valorisation de la flexibilité des réservoirs thermiques. Les réservoirs d'eau chaude (boilers) existent en très grand nombre et représentent un potentiel intéressant pour la gestion de la charge (load-management). En outre, l'inertie thermique des bâtiments peut aussi être utilisée comme réservoir et ainsi optimiser le régime de production de chaleur par rapport au marché. Ce projet part du principe qu'une optimisation de la production de chaleur par rapport au marché est techniquement réalisable (beaucoup d'études s'y sont déjà intéressées). Il se focalise donc sur la quantification de la valeur de cette flexibilité.
Le potentiel de valorisation d'une exploitation optimale des réservoirs thermiques est déterminé de la manière suivante: la flexibilité est valorisée par des transactions optimales sur les marchés courants (SDL, EPEX). Un simulateur a été élaboré dans cette optique. Le simulateur consiste en une cascade d'optimisations qui calculent les offres optimales, le comportement du marché (acceptation / refus / appel d'une offre), la réduction des pointes de puissance (peak-shaving, réduction des coûts), ou encore le régime d'exploitation de la production de chaleur qui en résulte.
Dans le cas de base (année 2012), une exploitation optimale permet une économie de coûts ainsi que des revenus supplémentaires d'environ 800 CHF par installation par rapport à l'exploitation actuelle. Une installation est typiquement un immeuble avec 22 d'appartements aux standards de construction actuels.
Avec l'augmentation de la production d'énergie photovoltaïque et éolienne, la flexibilité va prendre toujours plus de valeur sur les marchés. Les écarts (géographiques ou temporels) entre la production et la demande vont en effet augmenter. Ceci rend nécessaire l'amélioration des réseaux et la construction de réservoirs. A l'heure actuelle, les marchés ne poussent pas encore à investir dans de nouveaux réservoirs et des systèmes de smart-control. Mais une fois que ces écarts grossiront et se produiront plus fréquemment, l'incitation économique des marchés augmentera. Le simulateur développé ici permet justement de déterminer les sensibilités qui en découlent et les stratégies futures appropriées.
Phase 2:
Les réservoirs d'eau chaude et l'inertie thermique des bâtiments présentent un gros potentiel de flexibilité. Ce type de stockage d'énergie est disponible en grande quantité dès à présent et est parfaitement adapté pour la gestion de la demande. L'inertie thermique des bâtiments permet de décaler dans le temps la production de chaleur, et cela sans affecter le confort thermique. Le contrôle flexible des pompes à chaleur peut être utilisé pour de multiples applications dans le système électrique. Une approche globale permet d'optimiser les coûts, l'efficacité, l'écologie et le confort.
Le projet WarmUp cherche à exploiter de manière optimale la flexibilité des réservoirs thermiques. Forte des résultats de WarmUp1, cette deuxième phase a consisté en la réalisation du Proof-of-Concept sur une installation du Contracting-Pool d'ewz. Le concept de la phase 1 a pu être mise en pratique et la chaîne d'optimisation fonctionne à tous les niveaux, jusqu'au calcul des valeurs de consigne pour les machines. Il a pu être prouvé que la flexibilité existe et peut être exploitée. De nombreuses et précieuses expériences ont été récoltées au niveau du contrôle des pompes à chaleurs. Des recommandations (critères WarmUp-ready) ont été émises pour que les installations futures puissent être intégrées plus facilement.
A partir du 1er janvier 2017 débutera une phase de mise en service durant une année en mode WarmUp. Une comparaison du mode WarmUp avec le mode opérationnel classique sera effectuée à l'aide de Key Performance Indicators. Grâce à cela, il sera possible de quantifier la valeur de la flexibilité. Les résultats seront publiés dans le rapport final de WarmUp3, qui contiendra également les connaissances emmagasinées par l'intégration d’installations supplémentaires.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Misurio AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pfaffen,Samuel
Werlen,Karl
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