Energioptimalisering og mikrogrid, Granåsen skisenter

Abstract

Granåsen (ca 1 - 1,3 GWh/år for de siste 5 år) står ovenfor store endringer årene fremover. En rekke utbyggingsfaser er under planlegging, og første utbyggingsfase pågår allerede. Utbygningene vil bidra til et høyere energiforbruk (estimert til >6,1 GWh/år) med oftere og høyere effekttopper. Utbygningene skal følge Trondheims kommunedelplan for energi og klima for perioden 2017-2030. Kartlegging av laster, installasjon av effektloggere, andre målinger vedrørende anlegget og litteraturstudie, er utført for å undersøke potensialet for mikrogrid i Granåsen fra et energi- og økonomisk perspektiv. Et modellerings- og simuleringsverktøy (HOMER Pro) har blitt brukt til å lage forenklede modeller av Granåsen som mikrogrid.

Resultater fra installerte effektloggere fremstilles i rapporten. De målte lastene inkluderer lys for langrennsløyper, snøproduksjon, og flomlys ved langrenn og hoppstadion. Måledataen og vurdering av resultatene har ført til konkrete forslag for energioptimalisering. Mer spesifikt, erstatte eldre teknologi til smart styring av LED flomlys og mer automatisk snøproduksjon er blitt anbefalt. Automatisk snøproduksjon vil bidra til å gi større fleksibilitet, redusere timer som blir brukt på forhåndsarbeid og oppstart av snøproduksjonsenhetene. Loggeutstyr ble installert i Toppidrettsenteret (en bygning), som bidrar til Granåsen totale energiforbruk på grunn av oppvarming (størst energisektor).

Flere forenklede modeller er blitt implementert i HOMER Pro. En referansemodell for anleggets nåværende situasjonen, samt scenarioer med batteri, solcellepanelmodeller eller kombinasjoner. Modellene inkluderer produksjonen (solcellepaneler) og energilagring (batterier), da disse er mulige tiltak for Granåsen. Tidligere undersøkelser og planlegging viser at solcellepaneler kan installeres en rekke steder. Det er usikkerheter tilknyttet simuleringsresultatene fordi modellene er bygd ved hjelp av parametere, som for eksempel dagens priser for solcellepaneler og batterier.

Mikrogridmodellen med sol og batteri (NPC: 16 461 810 kr) førte til en høyere livsløpskostnad sammenlignet med dagens referansemodell (NPC: 9 779 497 kr), men mikrogridmodellen reduserte energi og effektleddet. Modellen med solcellepaneler og batterilagring kan gi en kostnadsbesparelse på 9,77 % for energileddet per år og 14,18 % for effektleddet per år. Ifølge simuleringene kan solcellepanelene levere ca. 115 118 kWh/år. Et fremtidig energibehov ble estimert. Mikrogridmodellen med fremtidig energibehov (NPC: 88 009 640 kr) førte fortsatt til en høyere livsløpskostnad sammenlignet med fremtidig referansemodell (NPC: 33 811 020 kr), men mikrogridmodellen reduserte energi og effektleddet. Modellen med solcellepaneler og batterilagring for fremtidig behov kan gi en kostnadsbesparelse for energileddet på 16,12 % og effektleddet med 9,95 % per år. Fra simuleringene kan solcellepanelene levere ca. 1 604 984 kWh/år.

Disse simuleringene inkluderer ikke økonomisk støtte, og modellene er også ulønnsomme. Investeringene i de ulike modellene er høye. Kraftprisene er lavere om sommeren når solenergi er mest effektiv. Lavere teknologikostnader, samt økte energikostnader, er nødvendig for å gjøre solenergi og batterier mer konkurransedyktig i Norge. Mikrogrid i Granåsen bør vurdere andre tiltak for å redusere energiforbruket, samt bruk av solcellepaneler og mobile batterisystemer.

Granåsen ski facility (approx. 1 - 1.3 GWh/year for the last 5 years) is facing major changes in the years to come. Several development phases are planned, and the first phase is currently in development. The development will contribute to higher energy consumption (estimated at >6.1 GWh/year) and increased frequency and magnitude of peak power. The development of Granåsen ski facility is a part of Trondheim municipal’s plans regarding energy and climate for the period 2017-2030. Mapping of loads, installation of power meters, other measurements regarding the facility and literature study, has been carried out to investigate the potential of a microgrid in Granåsen from an energy and economic perspective. A modelling and simulation tool (HOMER Pro) have been used to create simplified models of Granåsen as a microgrid.

Results from installed power meters are presented in this work. The measured loads include light for cross-country trails, snow production, as well as floodlights for cross-country and ski jump stadiums. The measurement and assessment of the results have led to concrete proposals for energy optimization. Specifically, replace older technology with smart control of LED floodlights and more automatic snow production is advised. Automatic snow production will help to provide greater flexibility, reducing hours spent on pre-work and start-up of the snow production units. Measurement equipment was installed in Toppidrettsenteret (a building), which contributes to Granåsen’s total energy consumption due to heating (greatest energy sector).

Several simplified models have been implemented in HOMER Pro. One reference model of the current situation, as well as scenarios with battery, solar panel models or combinations. The models include the production (solar panels) and energy storage (batteries) as these are realistic measures for Granåsen. Previous surveys and planning show that solar panels can be installed in a variety of locations. There are uncertainties associated with the simulation results because the models are built using parameters, such like current prices for solar panels and batteries.

The microgrid model with solar and battery (NPC: 16 461 810 kr) led to a higher life-cycle cost compared to today’s reference model (NPC: 9 779 497 kr), but the microgrid model reduced energy and demand charge. The model with solar panels and battery storage can provide a cost saving of 9.77 % for the energy charge per year and 14.18 % saving for the demand charge per year. According to the simulations, the solar panels can deliver approximately 115 118 kWh/year. Future energy demand was estimated. The microgrid model with future energy demand (NPC: 88 009 640 kr) still led to a higher life-cycle cost compared to the future reference model (NPC: 33 811 020 kr), but the microgrid model reduced energy and demand charge. The model with solar panels and battery storage for future demand can provide a cost saving for the energy charge of 16.12 % and the demand charge by 9.95 % per year. From the simulation, the solar panels could deliver approximately 1 604 984 kWh/year.

These simulations do not include financial support, and the models are also unprofitable. The initial investments in the various models are high. Power prices are lower in the summer when solar power is most effective. Lower technology costs, as well as increased energy costs, are needed to make solar and battery more competitive in Norway. A microgrid in Granåsen should consider other measures to reduce power consumption as well as the use of solar panels and mobile battery systems.