Pompa ciepła w inteligentnej sieci Smart Grid

Definicja inteligentnej sieci elektroenergetycznej Smart Grid

Pompy ciepła przystosowane do współpracy z siecią Smart Grid

Standard „SG Ready” i korzyści ze współpracy z siecią Smart Grid

Wydanie 1/2016

25.06.2016

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2

Standard „SG-Ready” dla pomp ciepła

Niektóre z oferowanych na rynku pomp ciepła

posiadają etykietę „SG-Ready”, która wskazuje na

istotne cechy urządzenia. Cechy te będą stawały się

coraz bardziej istotne na rynku, a wybór urządzenia

opatrzonego taką etykietą pozwoli jeśli nie od razu

to w bliskiej przyszłości na osiąganie korzystnych

kosztów eksploatacyjnych.

Wykaz pomp ciepła spełniających standard

„SG-Ready” jest dostępny na stronie BAFA

(Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle,

Federalny Urząd ds. Gospodarki i Nadzoru nad

Eksportem, www.bafa.de). Fakt posiadania etykiety

zaznaczono w oddzielnej kolumnie w tabeli

3

Czym jest standard „SG-Ready”…

Czym jest standard „SG-Ready”

Standard „SG-Ready”, a idea Smart-Grid

Jakie cechy spełnia urządzenie „SG-Ready”?

Jakie są korzyści dla użytkownika urządzenia?

4

Nierównomierność poboru energii elektrycznej

w budynku jednorodzinnym

DZIENNY profil zużycia energii

ROCZNY profil zużycia energii MIESIĘCZNY profil zużycia energii

Zużycie energii elektrycznej zarówno

w pojedynczym budynku, jak i w skali regionu,

czy kraju, cechuje się znaczną zmiennością.

Jest to uzależnione od przeznaczenia budynku,

jego wyposażenia, a także warunków

pogodowych i wielu innych.

Przykładowe profile zużycia energii dla

budynku jednorodzinnego z pompą ciepła typu

solanka/woda (dane z: Tauron eLicznik)

5

Nierównomierność poboru energii elektrycznej

w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym

Potrzeby energii elektrycznej w całym systemie KSE wskazują, że szczytowe potrzeby

występują w zależności od pory roku, w godzinach od 12 do 20. Maksymalne potrzeby rzędu

24000 MW występują około 13 godzin rocznie. Aby je pokryć, należało by zainwestować

w budowę nowych bloków energetycznych, które były by jednak krótko wykorzystywane...

Godziny

24000

22000

20000

18000

16000

14000

12000

10000

Za

po

trzeb

ow

an

ie e

ne

rgii

ele

ktr

yczn

ej (M

W)

Sezon zimowy (XI-II)

Sezon wiosenno-jesienny (III-IV, IX-X)

Sezon letni (V-VIII)

lato

zima

wiosna, jesień

Krzywe zbudowane w oparciu

o średniogodzinowe wartości potrzeb

energii w systemie KSE w latach 2010-2013

Źródło: „Pompy ciepła a rozwój systemów elektroenergetycznych”, Wojciech Lubczyński, PSE S.A., 2014

!

6

Współpraca dużej energetyki i lokalnego

obiorcy/producenta energii elektrycznej

Elektrownie, bądź elektrociepłownie cechują

się ograniczoną regulacyjnością. Nie mogą

ze względów technicznych i ekonomicznych

reagować szybko na zmienne potrzeby

energii. Zachodzi więc konieczność

ograniczania szczytowego zapotrzebowania

na energię oraz zagospodarowania jej

nadwyżek, aby móc dostarczyć ją w okresach

zwiększonego zapotrzebowania.

Budynki mieszkalne, a także przemysłowe,

usługowe i inne cechują się zmiennymi

potrzebami energii. Coraz częściej stają się

także producentami energii elektrycznej

(prosument), co dodatkowo potęguje problem

optymalnego zarządzania produkcją energii

elektrycznej w dużej energetyce. Produkcja

energii w elektrowniach wiatrowych czy

instalacjach fotowoltaicznych jest mało

przewidywalna…

7

Konieczność wprowadzania inteligentnych

rozwiązań – Smart Grid

Aby rozwiązać problem współpracy dużej energetyki z rozproszonymi małymi odbiorcami

oraz producentami energii elektrycznej konieczne jest wprowadzanie inteligentnych

rozwiązań, jakim jest w szczególności idea Smart Grid.

Smart Grid (tłum. inteligentna sieć) to

inteligentna sieć elektroenergetyczna, gdzie

pomiędzy producentami i odbiorcami energii

elektrycznej zachodzi współpraca mająca

na celu obniżenie kosztów eksploatacyjnych,

zwiększenie efektywności energetycznej,

a także integrację rozproszonych źródeł

energii takich jak np. instalacje fotowoltaiczne,

elektrownie wiatrowe czy agregaty

kogeneracyjne (skojarzona produkcja ciepła

i energii elektrycznej). Budowa sieci Smart Grid

jest jednym z priorytetów UE, a największe

postępy poczyniono w krajach takich jak Niemcy,

Włochy, Wielka Brytania, Francji i Dania.

8

Przykład schematu sieci Smart Grid

1

2

3

6

5

4

1- instalacje fotowoltaiczne

2- elektrownie wiatrowe

3- agregaty kogeneracyjne

4- elektrownie szczytowo-pompowe

7

5- bloki energetyczne (konwencjonalne)

6- budynki indywidualne (odbiorcy energii)

7- sieć informatyczna – zarządzanie funkcjonowaniem sieci

9

Funkcjonowanie sieci Smart Grid

Dzięki sieci Smart Grid możliwe jest zarządzanie nie tylko

produkcją energii elektrycznej, ale także jej zużyciem.

Możliwe jest wpływanie na obniżenia zużycia energii

np. poprzez blokowanie pracy urządzeń domowego użytku

jak i wymuszanie pracy urządzeń, gdy w sieci występuje

nadmiar energii.

Do takich celów idealnie nadają się przede wszystkim

pompy ciepła. Bezwładność budynku jest na tyle duża, że

chwilowe ograniczenie pracy pompy ciepła nie będzie

zauważalne dla mieszkańców. Z kolei przy niskiej cenie

energii, można zmagazynować ciepło w zbiorniku

buforowym, w wodzie użytkowej, czy też bezpośrednio

w samym budynku poprzez system grzewczy.

Równie dobrym magazynem energii będzie samochód

elektryczny, z akumulatorami ładowanymi w okresie

występowania nadmiaru energii w sieci.

Wyposażenie domu w „inteligentny” sprzęt AGD pozwoli

je włączać w okresach niskiej ceny energii i tym samym

korzystać z nadmiaru taniej energii z sieci.

10

Etykieta „SG-Ready” dla pomp ciepła

Etykietę „SG-Ready” przyznaje się pompom

ciepła na rynku niemieckim od 2012 roku.

Inicjatywę podjęło stowarzyszenie BWP (Bundesverbandes Wärmepumpe e.V., tłum.

Niemieckie Stowarzyszenie na rzecz Pomp Ciepła)

Lista pomp ciepła z etykietą „SG-Ready”

jest zamieszczana na stronie BAFA,

a także na stronie stowarzyszenia BWP

( www.waermepumpe.de)

Warunkiem otrzymania etykiety jest

zdolność (gotowość) współpracy regulatora

pompy ciepłą z siecią elektroenergetyczną

Smart Grid („SG-Ready”).

11

Tryby współpracy pompy ciepła

z siecią elektroenergetyczną

Pompa ciepła

Operator OSD

Operator systemu dystrybucyjnego (OSD) zarządzający dystrybucją energii w podległej

sobie sieci elektroenergetycznej, wydaje dyspozycje – sygnały, które powodują określone

reakcje pompy ciepła.

Standard „SG-Ready” wymaga

(dla rynku niemieckiego), aby

pompa ciepła mogła przechodzić

w jeden z 4 trybów pracy

OSD, czyli np.:

Enea Operator Sp. z o.o.

Tauron Dystrybucja S.A.

Energa-Operator S.A.

12

Tryb 1 – blokowanie pracy pompy ciepła

Tryb 1 – BLOKADA. Zablokowanie przez OSD pracy pompy ciepła na przyjęty

standardowo okres – zwykle 2 godzin, o stałych porach dnia. Blokowanie pracy pompy

ciepła odbywa się w godzinach szczytowego zapotrzebowania na energię w sieci. Zwykle

pokrywa się to także z okresem, gdy energia elektryczna jest najdroższa w ciągu doby

i ograniczenie jej zużycia ma celu obniżenie

kosztów eksploatacyjnych

pompy ciepła.

Pompa ciepła

OFF

np. 3 2 h

Wysoka cena energii !

! temp. Przerwa w pracy może

wpływać na obniżenie

temperatury wewnątrz

pomieszczeń

Nakaz

wyłączenia

Operator OSD

13

Tryb 2 – normalny tryb pracy pompy ciepła

Tryb 2 – NORMALNY. Tryb pracy pompy ciepła, w którym powinien być także ładowany

zbiornik buforowy na czas kolejnego przymusowego wyłączenia pompy ciepła (w trybie 1)

(normalna cena prądu). Pompa ciepła włącza się i wyłącza w zależności od potrzeb

cieplnych budynku i wody użytkowej. Dobór mocy grzewczej pompy ciepła musi

uwzględniać łączny czas zablokowanej

pracy pompy ciepła (w trybie 1).

Pompa ciepła

ON/OFF

temp. Temperatura pomieszczeń

zależy jedynie od nastaw

regulatora pompy ciepła

Normalna cena energii

Swobodna praca

(włącz/wyłącz wg potrzeb)

Operator OSD

14

Tryb 3 – możliwość wydłużenia pracy

pompy ciepła

Tryb 3 – PODWYŻSZONY. Tryb możliwej wydłużonej pracy pompy ciepła w celu

wykorzystania niskiej ceny energii elektrycznej. Pompa ciepła może pracować w zakresie

określonym w nastawach regulatora, np. dopuszczającym temperaturę wewnątrz budynku

wyższą o 1oC od wymaganej normalnie (wg krzywej grzewczej). Możliwe jest także

podwyższenie temperatury wody użytkowej

w podgrzewaczu lub wody basenowej

dla zmagazynowania ciepła

wytworzonego najniższym

kosztem.

Pompa ciepła

temp. Temperatura pomieszczeń

może być podwyższona

w stosunku do potrzeb

cieplnych budynku

Niska cena energii

ON/OFF

Możliwość pracy

(włącz/wyłącz)

Operator OSD

15

Tryb 4 – wymagane wydłużenie pracy

pompy ciepła

Tryb 4 – PODWYŻSZONY i WYMUSZAJĄCY PRACĘ. Tryb nakazujący wydłużenie pracy

pompy ciepła stosowany przez Operatora OSD w celu odbioru nadwyżek energii z sieci.

Możliwe jest dopuszczenie do pracy samej sprężarki lub sprężarki wraz z innymi

urządzeniami elektrycznymi (np. grzałka w podgrzewaczy wody). Praca odbywa się do

zakresu dopuszczonego przez regulator.

Konieczne jest zdefiniowanie

w regulatorze taryf na zakup

energii elektrycznej oraz

dopuszczalnych zakresów

pracy.

Pompa ciepła

temp. Temperatura pomieszczeń

może być podwyższona

w stosunku do potrzeb

cieplnych budynku

Niska cena energii

ON Nakaz

włączenia

Operator OSD

16

Przykłady pompy ciepła z etykietą „SG-Ready”

Vaillant

flexoCOMPACT exclusiv

5,3 do 11,2 kW (B0/W35)

lub 6,2 do 11,5 kW (A2/W35)

Vaillant

flexoTHERM exclusiv

5,3 do 19,7 kW (B0/W35)

lub 6,2 do 19,8 kW (A2/W35)

Przykłady pomp ciepła przeznaczonych do ogrzewania budynków i/lub podgrzewania

ciepłej wody użytkowej, posiadających etykietę „SG-Ready”:

Vaillant

aroSTOR VWL BM 290/4

1,65 kW (dla wody 45 oC)

Vaillant

aroTHERM VWL

8,1 do 14,6 kW (A7/W35)

17

Zaawansowane sterowanie pracą pompy

ciepła dla optymalizacji kosztów eksploatacji

Dla optymalizacji pracy pompy ciepła ważne jest zdefiniowanie kosztów zakupu energii

elektrycznej w poszczególnych taryfach czy trybach pracy

Funkcja triVAI® regulatora pracy układu hybrydowego Vaillant CalorMATIC 470 pozwala

zdefiniować ceny paliw, również w podziale na taryfy czasowe w przypadku taryfy

2-strefowej dla energii elektrycznej. W ten sposób regulator wybiera do pracy to źródło

ciepła, które w określonych warunkach zapewni najniższe koszty eksploatacyjne.

18

Korzyści z zastosowania pomp ciepła

z etykietą „SG-Ready”

Korzyści dla użytkownika

pompy ciepła

Korzyści dla Operatora

OSD i dużej energetyki

Możliwość podjęcia (od razu lub w przyszłości)

aktywnej współpracy z Operatorem OSD

Korzystanie z okresowych atrakcyjnych cen

zakupu energii elektrycznej

W niektórych krajach, otrzymanie dotacji do

zakupu pompy ciepła z etykietą „SG-Ready”

Możliwość „spłaszczenia” krzywej zużycia

energii elektrycznej, likwidacja tzw. peaków (pik)

szczytowego zapotrzebowania na energię

Niższe koszty inwestycyjne w budowę nowych

mocy (bloków energetycznych itd.)

Wykorzystanie lokalnych odbiorców jako

magazynu dla nadwyżek energii

Wybór pompy ciepła posiadającej standard „SG-Ready” jest korzystny nawet gdy lokalny

Operator OSD nie zarządza jeszcze inteligentną siecią Smart Grid. Pozwala to bowiem na

skorzystanie w przyszłości z możliwości aktywnej współpracy siecią Smart Grid i czerpanie

korzyści przede wszystkim przynoszących obniżenie kosztów ogrzewania domu.

19

Programy pilotażowe w Polsce

Również w Polsce prowadzone są programy pilotażowe współpracy Operatorów OSD

z klientami indywidualnymi. Projekty prowadzono między innymi przez PSE Polskie Sieci

Elektroenergetyczne S.A. oraz TAURON Polska Energia S.A.

Projekt przewidywał 2 rodzaje algorytmów:

DSM – zmiana zachowania klientów (przeniesienie zużycia energii na inne godziny)

DSR – redukcja zużycia energii przez klientów (w tym także odłączenie energii)

W pilotażu udział wzięło 650 klientów w wariantach:

EKO-REDUKCJA – 5 wezwań rocznie z czasowym wyłączeniem zasilania

EKO-SYGNAŁ – 10 wezwań rocznie do ograniczenia zużycia energii z gratyfikacją (bony)

WIRTUALNY CENNIK – taryfa wielostrefowa (2-3 krotnie wyższa w godzinach szczytu)

Średnia redukcja zużycia energii wyniosła w wariantach:

EKO-REDUKCJA – 24% (maks. 61%)

EKO-SYGNAŁ – 4% (52%)

WIRTUALNY CENNIK – 1% (maks. 20%)

Projekt miał na celu ocenę potencjału we współpracy z klientami indywidualnymi

Źródło: „Zarządzanie popytem na energię elektryczną w oparciu o innowacyjne taryfy redukcyjne”,

Konrad Kula, TAURON Sprzedaż sp. z o.o., 2016

Chłodzenie

Ogrzewanie

Energia odnawialna

Kotły gazowe

Kotły olejowe

Pompy ciepła

Kolektory słoneczne

Systemy wentylacji

www.eko-blog.pl www.vaillant.pl