WarmUp Phase 3

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501383

Schlüsselwörter (Englisch)

SmartGrid, Demand Side Management, Pilot Project, Pooling, Local Storage Capacity

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Grundidee des WarmUp-Projektes liegt in der Nutzung der thermischen Speicherkapazität der Gebäudemasse und der Warmwasserspeicher als Puffer, um Wärmepumpen mit Strom aus erneuerbaren Energien flexibel zu betreiben. Durch übergeordnetes Management des Wärmepools wird der Wert der Flexibilität maximiert und Markt- und Netzanwendungen zusammen optimiert. Nach einer Potentialanalyse (WarmUp1) konnte in der Proof-of-Concept-Phase (WarmUp2) die Nutzung der Flexibilität thermischer Speicher in einem ersten Feldversuch nachgewiesen werden. Im vorliegenden Demonstrationsprojekt WarmUp3 erfolgt die Skalierung auf eine kritische Leistung (Pool), so dass die Anbindung an das Handelssystem möglich wird. Zusätzlich zur Anlage, welche bereits im Rahmen von WarmUp2 angeschlossen wurde, beinhalten die Arbeiten die Integration von vier weiteren Anlagen. Die Schnittstellen zum Netz- und Leitsystem werden angepasst und erweitert. Eine automatisierte Schnittstelle für den Handel (EPEX Energiebörse) wird erstellt. Als letzter Schritt erfolgt die physische Integration der Anlagen in die übergeordnete WarmUp-Steuerung und die Anpassung der Anlagenmodelle und des Optimierungssystems.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Heat pumps driven by renewable energies are an excellent basis for ecological heating and cooling. Thermal inertia of buildings and boilers hold great potential for future energy systems. Flexibility is necessary for the integration of a high percentage of wind and solar power in existing energy systems.

After analyzing the potential in project WarmUp1 field trials where conducted to prove the feasibility of the concept (WarmUp 2). The present pilot and demonstration project (WarmUp 3) aims at scaling up the number of installations to reach critical magnitude necessary to demonstrate practical viability. This includes amongst other issues developing and setting up various interfaces between the control center of heat pumps, energy trading and grid operation. It is planned to tie in five installations from the contracting-portfolio of ewz.

ewz is an ideal project partner for taping the full potential of WarmUp since all sectors relevant for success are covered: production, supply and trading for both the electricity and natural gas sectors. At the same time, ewz is also a grid operator familiar with the challenges of grid stability.

Schlussbericht (Deutsch)

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 wirtschaftlich optimal verwertet werden kann. Basierend auf den Ergebnissen aus WarmUp 1 wurde im Rahmen einer 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 einzelnen Anlagen. 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).  Mit dem Start von WarmUp 3 im Jahr 2016 wurde die dritte Phase des Projektes eingeleitet. Ein Pool bestehend aus 4 Anlagen aus dem ewz Contracting konnte erfolgreich aufgebaut werden. Die Anlagen sind von unterschiedlicher Grösse und unterschiedlicher Komplexität und wurden bis zum 28.02.2018 im WarmUp-Optimierungsmodus betrieben.

Zugehörige Dokumente

• WarmUp Phase 3 | Optimale Verwertung der Flexibilität von thermischen Speichern - Schlussbericht [PDF] 5'123 kB

Schlussbericht (Englisch)

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 WarmUp 1 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). With the launch of WarmUp 3 in 2016, the third phase of the project was initiated. A pool of 4 systems from ewz Contracting was successfully set up. The systems are of different size and complexity and were operated in the warm-up mode until 28.02.2018.

Schlussbericht (Französisch)

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 WarmUp 1, 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 mis 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.  La troisième phase du projet, intitulée WarmUp 3, a débuté en 2016. Un pool composé de 4 installations sous contrat avec EWZ a pu être constitué avec succès. Ces installations, de tailles et de complexités différentes, ont opéré en mode WarmUp jusqu'au 28.02.2018.