Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Für Areale fehlen bislang Methoden/Kenngrössen/Werkzeuge, die sich für Planer und Netzbetreiber bei der Arealplanung/-entwicklung bzgl. Aussagen zu z.B. Flexibilität und Netzdienlichkeit eignen. Mit vorliegendem Projekt soll diese Lücke geschlossen werden. Ziel ist es, die Basis für ein einfaches Werkzeug zu entwickeln, welches auf Grundlage einiger Kenngrössen des Areals inkl. Kenntnis über die lokalen Ressourcen z.B. Photovoltaik Installationen, Batterien, Wärmepumpen, energetische Flexibilität und saisonale Wärmespeicher Aussagen zum Arealpotential z.B. für Eigenversorgung und Netzdienlichkeit liefert
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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There is a lack of methods/key performance indicators/tools to evaluate building clusters in regard to energy flexibility and gridreadiness for use by designers and grid specialists. The goal of this project is to develop the basics of an easy-to-use tool whichgives the information about e.g. self-consumption or grid readiness based on available building cluster’s data and its local resourcese.g. photovoltaic systems, batteries, heat pumps, flexibility or seasonal heat storage.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Jusqu'à présent, il n'existe pas de méthodes, de paramètres ou d'outils permettant aux planificateurs et aux exploitants de réseaux de se prononcer sur la planification et le développement de sites, par exemple en ce qui concerne la flexibilité et l'utilité du réseau. Le présent projet vise à combler cette lacune. L'objectif est de développer la base d'un outil simple qui, sur la base de quelques paramètres du site, y compris la connaissance des ressources locales telles que les installations photovoltaïques, les batteries, les pompes à chaleur, la flexibilité énergétique et les accumulateurs de chaleur saisonniers, fournit des informations sur le potentiel du site, par exemple pour l'auto-approvisionnement et l'utilité du réseau.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Im Rahmen der Schweizer Energiestrategie 2050 wird die Betrachtung der energetischen Flexibilität von Arealen immer wichtiger. Der zu erwartende Ausbau von Erneuerbaren Energiequellen, z.B. Photovoltaik, führt zu einem variablen Energieangebot, was die Bewirtschaftung von Stromnetzen aufwändiger macht. Um Stromnetze zu entlasten, ist es sinnvoll das energetische Flexibilitätspotential von Arealen bestimmen zu können, um diese netzdienlich zu planen und zu betreiben. Die Flexibilität kann z.B. zur Erhöhung des Eigenverbrauchs, der Optimierung der Energiekosten bzw. Treibhausgasemissionen aber auch als eine Reaktion auf Netzsignale, z.B. zur Vermeidung von Lastspitzen, eingesetzt werden. Hierfür müssen entsprechende Informationen über die Gebäude als auch das Stromnetz vorliegen. Ziel des Projektes ist es, für Areale verbesserte Aussagen über das Zusammenspiel von Gebäudelast, Nutzung lokaler Strom-/Wärmeerzeugung, dem lokalen elektrischen Verteilnetz und der jeweiligen Trafostation zu machen. Insbesondere die Residuallast an der Trafostation ist für den Netzausbau ein wichtiger Parameter, weshalb sie detailliert betrachtet werden muss.Hierzu wird das System «Areal» in Verbindung mit dem System «elektrisches Netz» detailliert simuliert. Die komplexen Strukturen werden mit einer Multi-Agent Co-Simulations Umgebung abgebildet. Die System-Architektur setzt sich aus EnergyPlus (Gebäude inkl. Haustechnik), Mosaik (Multi-Agent Co-Simulation) und Pandapower (elektrisches Netz) zusammen. Mit der erstellten System-Architektur wird der Einfluss verschiedener Steuersignale auf verschieden Gebäude- und Arealparameter untersucht. Mit der erstellten System-Architektur wird ein Areal bestehend aus acht Einfamilienreihenhäusern abgebildet. Jedes Gebäude verfügt über eine Wärmepumpe, einen Heizungspuffer, einen Warmwasserspeicher, eine Photovoltaikanlage und unterschiedliche Nutzungsprofile für den Haushaltsstrom, die Personenanwesenheit und die Stosslüftung (manuelle Fensterlüftung). Die Gebäude werden netzdienlich betrieben, indem die Laufzeit der Wärmepumpen im Heizfall entsprechend gesteuert wird. Hierzu werden Day-Ahead Preise und Treibhausgasemissionen im Strommix als Basislastmanagement verwendet. Bei tiefen Preisen/Emissionen werden die Soll-Raumtemperaturen angehoben, um durch Vorheizen bei hohen Preisen/ Emissionen weniger Elektrizität beziehen zu müssen. Hingegen soll bei hohen Preisen/Emissionen der Elektrizitätsbezug der Wärmepumpen reduziert werden, indem die Soll-Raumtemperaturen gesenkt werden. Dem Basislastmanagement wird ein Prioritätenmanagement überlagert, welches die Trafoüberlastung und Trafoüberhitzung kontrolliert. Der Einfluss von Batterien und Elektromobilität wird nicht berücksichtigt.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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As part of the Swiss Energy Strategy 2050, it is becoming increasingly important to consider the energy flexibility of sites. The expected expansion of renewable energy sources, e.g. photovoltaics, will lead to a variable energy supply, which will make the management of electricity grids more complex. In order to relieve the burden on electricity grids, it makes sense to be able to determine the energy flexibility potential of neighbourhoods so that they can be planned and operated in a gridfriendly manner. Flexibility can be used, for example, to increase self-consumption, optimize energy costs or greenhouse gas emissions, but also as a reaction to grid signals, e.g. to avoid peak loads. For this purpose, appropriate information about the buildings and the power grid must be available. The aim of the project is to make improved statements about the interaction of building load, use of local electricity/heat generation, the local electrical distribution grid and the respective transformer station for specific neighbourhoods. In particular, the residual load at the transformer station is an important parameter for grid expansion, which is why it must be considered in detail. For this purpose, the "neighbourhood” system is simulated in detail in conjunction with the "electrical grid" system. The complex structures are mapped using a multi-agent Co-simulation environment. The system architecture is made up of EnergyPlus (building incl. building services), Mosaik (multi-agent cosimulation) and Pandapower (electrical grid). The influence of various control signals on different building and area parameters is investigated with the system architecture created. The system architecture created represents a neighbourhood consisting of eight single-family terraced houses. Each building has a heat pump, a heating buffer, a hot water storage tank, a photovoltaic system and different usage profiles for household electricity, occupancy and forced ventilation (manual window ventilation). The buildings are operated in a grid-friendly manner by controlling the running time of the heat pumps accordingly when heating is required. Day-ahead prices and greenhouse gas emissions in the electricity mix are used as base load management for this purpose. When prices/emissions are low, the target room temperatures are raised so that less electricity has to be drawn by pre-heating when prices/emissions are high. On the other hand, when prices/emissions are high, the electricity consumption of the heat pumps should be reduced by lowering the target room temperatures. Priority management is superimposed on base load management, which controls transformer overload and transformer overheating. The influence of batteries and electromobility is not taken into account.
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Schlussbericht
(Französisch)
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Dans le cadre de la stratégie énergétique suisse 2050, il devient de plus en plus important de considérer la flexibilité énergétique des sites. Le développement attendu des sources d'énergie renouvelables, comme le photovoltaïque, entraîne une offre énergétique variable, ce qui rend la gestion des réseaux électriques plus complexe. Afin de soulager les réseaux électriques, il est utile de pouvoir déterminer le potentiel de flexibilité énergétique des sites afin de les planifier et de les exploiter en fonction du réseau. La flexibilité peut par exemple être utilisée pour augmenter l'autoconsommation, optimiser les coûts énergétiques ou les émissions de gaz à effet de serre, mais aussi comme une réaction aux signaux du réseau, par exemple pour éviter les pics de charge. Pour cela, il faut disposer d'informations sur les bâtiments et le réseau électrique. L'objectif du projet est d'améliorer les informations relatives à l'interaction entre la charge des bâtiments, l'utilisation de la production locale d'électricité et de chaleur, le réseau de distribution électrique local et le poste de transformation correspondant. La charge résiduelle au niveau du poste de transformation est notamment un paramètre important pour l'extension du réseau, raison pour laquelle elle doit être étudiée en détail. Pour ce faire, le système "Areal" est simulé en détail en combinaison avec le système "réseau électrique". Les structures complexes sont représentées à l'aide d'un environnement de co-simulation multi-agent. L'architecture du système se compose d'EnergyPlus (bâtiment, y compris les installations techniques), de Mosaïque (Co-Simulation Multi-Agents) et de Pandapower (réseau électrique). L'architecture du système permet d'étudier l'influence de différents signaux de commande sur différents paramètres du bâtiment et de la zone. L'architecture du système est conçue pour représenter un site composé de huit maisons individuelles. Chaque bâtiment dispose d'une pompe à chaleur, d'un tampon de chauffage, d'un réservoir d'eau chaude, d'une installation photovoltaïque et de différents profils d'utilisation pour l'électricité domestique, la présence de personnes et l'aération par à-coups (aération manuelle par les fenêtres). Les bâtiments sont exploités en fonction du réseau, la durée de fonctionnement des pompes à chaleur étant commandée en conséquence en cas de chauffage. Pour ce faire, les prix day-ahead et les émissions de gaz à effet de serre du mix électrique sont utilisés comme gestion de la charge de base. Lorsque les prix/émissions sont bas, les températures ambiantes de consigne sont augmentées afin de réduire la consommation d'électricité en préchauffant lorsque les prix/émissions sont élevés. En revanche, lorsque les prix/émissions sont élevés, la consommation d'électricité des pompes à chaleur doit être réduite en abaissant les températures ambiantes de consigne. Une gestion des priorités est superposée à la gestion de la charge de base, ce qui permet de contrôler la surcharge et la surchauffe des transformateurs. L'influence des batteries et de la mobilité électrique n'est pas prise en compte.
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