| dc.description.abstract | Det forventes en betydelig økning i elektrisitetsforbruket i Norge innen 2050 og en mulig kraftmangel i nær fremtid. Byggesektoren er identifisert som et område med betydelig potensial for å redusere strømforbruket i topper ved å bruke elektrisitet fleksibelt. I tillegg gir solenergi en mulighet til å møte fremtidige krav til elektrisitet samtidig som man oppfyller Norges mål om utslippsreduksjon. En lovende løsning innebærer å kombinere solenergi med varmtvannsberedere for å optimalisere energiforbruket, redusere driftskostnader og belastningen på strømnettet. Denne
studien undersøker den tekniske gjennomførbarheten og lønnsomheten av disse teknologiene.
For å kvantifisere og vurdere fordelen med optimal styring av elektriske varmtvannsberedere og solcellepaneler, er det utviklet en lineær optimaliseringsmodell for å analysere oppvarmingsstrategien for varmtvann og evaluere lønnsomheten. Modellen vurderer scenarier med og uten lokal solenergiproduksjon og en inelastisk for å evaluere ulike scenarier. Modellen tar hensyn til elektrisitetsforbruksdata samlet inn i GreenCharge-prosjektet, samt simulerte data for varmtvannsforbruk og solcellepanelers kraftgenerasjon.
Resultatene indikerer at smart styring av elektriske varmtvannsberedere kan redusere driftskostnader og import av strøm under strømtopper. Optimeringsanalysen viser mulige kostnadsbesparelser på 6,7% gjennom driftsoptimalisering og opp til 26,4% ved å senke varmtvannstemperaturen. Videre bidrar solenergiproduksjon til økt fleksibilitet i varmtvannsberederne, noe som gir ytterligere kostnadsbesparelser p å 12,5% til 38%, avhengig av varmtvannstemperaturen og inkluderingen av en inelastisk last. Disse besparelsene skyldes primært redusert effekttariff. Det bør imidlertid bemerkes at modellen antar perfekt informasjon, noe som kanskje ikke er oppnåelig i praksis og kan p åvirke de oppnåelige besparelsene.
I tillegg til kostnadsreduksjon, undersøker studien potensialet for å redusere importen av strøm under effekttopper. Reduksjonen i import av strøm under strømtopper er et resultat av den kostnadsoptimale løsningen som tar hensyn til effekttariffen. Resultatene viser en betydelig reduksjon i importen av strøm under strømtopper, som varierer fra 15% til 64% når kun varmtvannsberedere vurderes isolert. Ved å inkludere solenergiproduksjon og en inelastisk last blir potensialet for å redusere effekttoppene enda høyrere. Varmtvannsberederen kan slås helt av under timer med høy inelastisk import av strøm, noe som reduserer varmtvannsberederens bidrag til effekttoppen med 100%. Analysen forklarer kompleksiteten i oppvarmingsstrategier, som er sterkt avhengig av spesifikke scenarier og tilgangen til nøyaktig informasjon. Simple strategier kan føre til økte kostnader og bruk av strøm under strømtopper. Derfor er det avgjørende å tilpasse oppvarmingsmetoden til brukeren.
Ved vurdering av lønnsomheten til teknologiene blir det tydelig at det er større potensial for kostnadsbesparelser gjennom investering i solcellepaneler enn med smart styring av varmtvannsberedere. Studien viser maksimale besparelser på 25 000 NOK per år (4,3% av den totale strømregningen) gjennom optimal styring, inkludert en reduksjon i varmtvannstemperaturen. Denne inntekten er også svært usikker og avhenger av perfekt informasjon. Til sammenligning kan solenergiinvesteringer uten optimering gi besparelser på opptil 36 000 NOK per år med høyere grad av sikkerhet. Lønnsomheten av solenergiinvesteringen avhenger av høyt selvforbruk som oppnås ved virtuell strømdeling. Ved lavt selvforbruk blir solenergi ikke lønnsomhet med de antatte spotprisene, tariffene og investeringskostnad.
Resultatene viser mulige fordeler med optimal styring av varmtvannsberedere og integrasjon av solenergi i det norske kraftmarkedet. Resultatene understreker viktigheten av å vurdere spesifikk bruk og tilgjengelig informasjon ved utformingen av oppvarmingsstrategier. Selv om det er noe kostnadsreduksjon ved å styre varmtvannsberederne best mulig, så kommer mesteparten av besparelsen fra reduksjon i effekttariffen, som er avhengig av den perfekte informasjonen om månedlig maks effekt. | |
| dc.description.abstract | Norway is projected to experience a substantial increase in electricity consumption by 2050, along with a potential peak power capacity deficit in the near future. The building sector is identified to have significant potential for reducing the peak power by using electricity flexibly. In addition, solar power presents an opportunity to meet future electricity demands while aligning with Norway’s emission reduction goals. One promising solution involves combining solar power with water heaters to optimize energy consumption, reducing the operating cost as well as the stress on the grid. This study investigates the technical viability and profitability of this solution within the Norwegian power market context.
To quantify and assess the benefit of optimal electric water heater (EWH) control and solar panels, a linear optimization model was developed to analyze the heating strategy of hot water and evaluate its profitability. The model considered scenarios with and without local solar power production to evaluate the benefits of integrating these technologies. The model considers electricity consumption data gathered in the GreenCharge project, as well as simulated hot water consumption and solar panel power generation profiles.
The results indicate that smart control of EWHs can effectively reduce operational costs and peak power imports. The optimization analysis reveals potential cost savings of 6.7% through operational optimization and 26.4% by lowering the hot water temperature. Furthermore, the incorporation of solar power generation enhances the flexibility of the water heaters, leading to additional cost savings of 12.5% to 38%, depending on the hot water temperature and the presence of a fixed load. These savings primarily arise from reduced peak power tariffs rather than operational costs. However, it should be noted that the model assumes perfect information, which may not be attainable in practice, affecting the achievable savings.
In addition to cost reduction, the study also examines the potential for reducing peak power im- ports. The peak power import reduction is a result of the cost-optimal solution which considers the peak power tariff. The results demonstrate a significant decrease in peak power imports, ranging from 15% to 64% when considering EWHs in isolation. Incorporating solar power generation and a fixed load further enhances the reduction potential. The water heater can be completely turned off during peak fixed power import hours, thus reducing its contribution to the peak by 100%. The analysis highlights the complexity of heating strategies, which are highly dependent on specific scenarios and access to accurate information. Naive strategies can lead to increased costs and peak power usage. Therefore, it is crucial to tailor the heating approach to the unique circumstances of each case.
When evaluating the profitability of the technologies, it becomes evident that there is greater potential for cost savings through solar power integration than through smart control of EWHs alone. The study shows maximum savings of 25,000 NOK per year (4.3% of the total power bill) through optimal control, including a reduction in hot water temperature. This revenue is also highly uncertain and relies on perfect information. Contrary, solar power investments can yield savings of up to 36,000 NOK per year with higher certainty. The profitability of solar power investment is dependent on the ability to increase self-consumption rates by virtually sharing power. At low self-consumption rates, solar power investment may not be financially viable, considering the assumed spot prices, tariffs, and investment costs.
Overall, the findings emphasize the potential benefits of optimal control of EWHs and the integration of solar power in the Norwegian power market. The results underscore the importance of considering specific use cases and available information when designing heating strategies. Moreover, while cost reduction in operation is feasible, the majority of savings are derived from reduced peak power tariffs which depend on the perfect knowledge about the monthly peak load. This study provides insights into the technological and economic aspects of solar power and smart water heater control. | |
