| dc.description.abstract | Med en økning i energieffektive men effektkrevende apparater, i tillegg til elektrifisering av bilparken, står det norske kraftsystemet ovenfor nye utfordringer. Disse utfordringene kan ikke lenger håndteres kun ved utbygging eller oppgradering av nett, da det vil være kostbart og lite samfunnsøkonomisk lønnsomt. Ny teknologi og digitalisering av kraftsystemet åpner for utnyttelse av fleksibilitet fra forbrukssiden fra lasttilbydere i mindre skala enn før. Forbrukerfleksibilitet kan redusere maksimalbelastningen i nettet, som gir reduserte tapskostnader og potensielt utsatte investeringer i nettet. Mindre investeringer i nettet betyr i det lange løp lavere nettleie til forbrukerne.
Fra 2019 vil alle norske målepunkt ha installert smarte målere, og kunden vil ikke lenger bare være et passivt uttak av strøm, men en aktiv deltager i et mer dynamisk kraftsystem. En aktiv forbruksside som responderer på prisendringer vil kunne bidra til en mer effektiv drift av nettet, med høyere forsyningssikkerhet, lavere prisvariasjoner og dempet markedsmakt.
Hovedformålet med oppgaven har vært å utforme modeller for styring av fleksibiliteten i varmtvannsberedere. Varmtvannsberedere er en last med gode egenskaper for fleksibilitet; den innehar god termisk treghet og en utkobling for en begrenset periode vil i liten grad påvirke forbrukerens komfort. I arbeidet med oppgaven ble det ble utviklet to modeller med fokus på flytting av vannoppvarmingen til timene på natten, hvor totalforbruket er lavere. De to modellene fikk navnene forhåndsoppvarmingsmodellen og nattoppvarmingsmodellen.
Forhåndsoppvarmingsmodellen benytter seg av varmelagringsevnen i varmtvannsberederen, og forhåndsoppvarmer varmtvannet til en høyere temperatur før morgenlasttoppen. Med en høyere temperatur i vannet vil det ta lenger tid før varmtvannsberederen må aktivere varmeelementet, og man får redusert effektbelastningen i morgentimene. Nattoppvarmingsmodellen utsetter oppvarmingen til natten ved å slå av strømmen til varmtvannsberederen ved et gitt tidspunkt. Den vil da være av helt frem til et gitt innkoblingstidspunkt på natten, eller til temperaturen på varmtvannet er under en kritisk grense.
De to modellene har blitt testet med to tariffer; spotpris og tidssonetariffen Time of Use. Resultatene viste at dersom det innføres ToU-tariff for alle forbrukere, vil de som ikke utnytter fleksibiliteten sin tape penger, mens de som utnytter den vil spare rundt 200 kr per år. Ved å gå fra spotpris til ToU med fleksibilitet vil forbrukeren spare litt over 100 kr per år. I tillegg til disse besparelsene kommer en eventuell langsiktig reduksjon i nettleie til kunden som resultat av utsatte nettinvesteringer for netteier.
Det ble utført stasjonære lastflytanalyser i analyse- og simuleringsprogrammet PSS®E for et lavspentnett fra NTE Nett, for å påvise nytteverdien av fleksibilitet for spenningsforbedringer. Det ble gjennomført tre caser, case 1 som basecase, og case 2 og 3 hvor motstanden i nettet var doblet for å simulere lengre linjer og et svakere nett. Dette førte til at to noder falt under spenningsgrensen på ±10%. I case 2 ble det brukt generell fleksibilitet fra varmtvannsberedere for å demonstrere nytteverdien av fleksibiliteten, og heve spenningen. En tunglasttime fra NTE Nett ble brukt som referanseforbruk. Resultatet viste at i timer med høyt potensial for fleksibilitet kunne spenningen i kritiske noder bli hevet med over 8V. I kun en av de 13 timene som ble simulert klarte ikke fleksibiliteten å heve spenningen til en tilfredsstillende verdi, fordi timen hadde lavt potensial for fleksibilitet, og fleksibiliteten ble ikke utløst nært nok de utsatte nodene.
I case 3 ble påvirkningen fra de to modellene simulert i tre forskjellige timer hver; timen med høyest potensial for fleksibilitet, timen med høyest behov for fleksibilitet, samt timen med høyest innkobling fra de to modellene. Simuleringene ble gjort årets mest energikrevende dag. Case 3 viste at spenningen i nettet ikke tålte maksinnkoblingen av varmtvannsberederne i dette tilfellet. Selv om case 3 ikke ga ønskede resultater, ble det fortsatt vist at forbrukerfleksibilitet har en nytteverdi for både kapasitetsutnyttelse og spenningsforbedring. Modellene vil ha en bedre nytteverdi dersom formålet med de to modellene er kapasitetsreduksjon. Innkoblingen av varmtvannsberederne trenger ikke føre til kapasitetsproblemer i nettet, da modellen kan fordele innkoblingen jevnt for å unngå å overskride den opprinnelige forbrukstoppen. Komplikasjoner ved innkobling vil derfor stort sett forekomme i små nett med lokale spenningsproblemer.
Til slutt ble det gjort en grov kvantifisering for å vise potensialet for effektreduksjon ved innføring av de to presenterte modellene. Ved å anta at det er 2 millioner varmtvannsberedere i installert i Norge, og at halvparten styres av en av disse modellene, kan man estimere effektreduksjonen på nasjonalt nivå. I timen med størst potensial ga dette en reduksjon på 680 MW nasjonalt. | |
