Modellering och driftoptimering av laststyrning i fjärrvärmesystem

Abstract (Swedish)

Värmebehov är beroende av rådande temperatur och väder samt kunders förbrukningsmönster. Detta ger upphov till varierande fjärrvärmelast och en konsekvent mer komplicerad värmeproduktion. Denna studie har undersökt potentialen för laststyrning, då byggnader utnyttjas som värmelager under kortare tid. Arbetet har fokuserat på modellering och utveckling av styrregler för laststyrningsmodellen samt implementering av detta i systemmodeller av Eon Malmös respektive EVITAs fjärrvärmenät. Utvärderingen har gjorts med hänsyn till driftoptimering av produktionsenheter i respektive fjärrvärmesystem. Studien har gjorts på uppdrag av Energy Opticon vars programvara Energy Optima 3 har använts för systemmodellering och driftoptimering.

Aktörerna Eon Malmö och Kraftringen har bidragit med insyn i sitt arbete med laststyrning i Malmö respektive Lund, den sistnämnde sammankopplad med EVITA. Denna studie utgår från respektive aktörs uppskattade installerad laststyrningskapacitet som anses vara möjlig inom en överskådlig framtid. Dessa har även bidragit till att formulera olika styrregler som begränsar laststyrningens funktion.

De implementerade styrreglerna begränsar tillgänglig effekt och energimängd samt utnyttjandetid för laststyrning. Andra begränsningar som konstant effekt och upprampning av effekt under bortstyrning har testats. Resultatet av denna studie visar på besparingspotential för samtliga utfall med laststyrning implementerat. Med uppskattad installerad laststyrningskapacitet visar resultatet på möjlig besparing upp till mellan 0,11 \% och 0,24 \% av total produktionskostnad, beroende på systemförutsättningar. Ingen entydig koppling till tillgänglig effekt och energimängd kan dock urskiljas.

Flera olika styrstrategierna har analyserats utifrån besparingspotential och utnyttjande. Genom att styra enligt en förenklad strategi med konstant effekt påverkas inte resultatet påtagligt, jämfört med fri laststyrning. Däremot visas att begränsning av tillåten periodlängd för laststyrning innebär större påverkan på kostnadsbesparing och utnyttjande av laststyrning.

Laststyrning utnyttjas både oftare och till större energimängd i en systemmodell med mindre initial balansförmåga. Under samma förutsättningar visas även en generellt sett större besparingspotential med laststyrning. Laststyrning är därmed en effektiv metod för att bidra till ytterligare flexibilitet i fjärrvärmenät. Vidare, mer komplexa system kan utnyttja relativt stor installerad laststyrningskapacitet. Regionalisering av flera fjärrvärmenät innebär exempelvis att laststyrning i en stad kan utnyttjas i andra städer genom ett sammankopplat nät.

Popular Abstract

Heat load is dependent on outside temperature and weather as well as consumer habits. This leads to a variation in heat load and consequently a more complicated production. This study investigated the potential of demand side management, using load shifting and utilizing buildings for thermal storage. The work focused on modelling and developing operating conditions as well as implementation in district heating system models of Eon Malmö and EVITA. This was evaluated by optimizing the operation of production units in both modelled systems. This study was made by request of Energy Opticon, whose software Energy Optima 3 was used for system modelling and optimization.

Local actors in district heating, Eon Malmö and Kraftringen, contributed with insight to previous work with demand side management in Malmö and Lund respectively. The latter system is connected to a larger network by EVITA. This study is based on soon estimated capacity available for demand side management. Operating conditions were also formulated with their insight.

The implemented operating conditions limit power and amount of heat energy available, as well as time limits, during load shifting. Other limitations such as constant and ramped up power was tested. The result from this study shows potential for cost reduction in all outcomes when a demand side management model was implemented. With estimated capacity applied, up to 0,11 \% and 0,24 \% savings on total cost was shown for Kraftringen and Eon Malmö respectively. No clear connection was found between cost reduction and available power and heat amount. On the other hand, it was shown that limiting the maximum time allowed for load shifting had the greatest impact on cost reduction.

Demand side management was used more frequently as well as utilizing a bigger amount of heat energy in the system model of Eon Malmö. A higher overall potential for cost reduction was also found here. This is likely due to less initial available capacity for heat accumulation and load balancing, compared to EVITA. On the other hand, a higher load shifting capacity could be utilized in Lund, relative to the size of its heat load. As Lund is connected to a larger network through EVITA, demand side management can here be utilized in other connected cities.

• author: Kjeang Funkqvist, Björn
• supervisor: Marcus Thern
• organization: Department of Energy Sciences
• alternative title: Analys av potentiella styrregler
• course: MVKM01 20192
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Laststyrning, Fjärrvärme, Driftoptimering
• report number: LUTMDN/TMHP-20/5450-SE
• ISSN: 0282-1990
• language: Swedish
• id: 9007431
• date added to LUP: 2020-04-06 09:18:08
• date last changed: 2020-04-06 09:18:08