Liike-, toimisto- ja koulurakennuksien sähkökuormat kysynnän jouston reserveinä
Luoma, Jaakko (2015)
2015
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2015-04-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201503241160
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201503241160
Tiivistelmä
Uusiutuvan energiantuotannon yleistyminen sekä sähkön tuotannon ja kulutuksen vaihtelut lisäävät tarvetta sähkövoimajärjestelmän joustolle. Kulutuksen mukautuminen eri kuormitustilanteissa mahdollistaisi taloudellisen vaihtoehdon lisätä järjestelmän joustavuutta. Sähkökuormien ohjaamista tässä tarkoituksessa kutsutaan kysynnän joustoksi. Työssä selvitettiin ilmanvaihdon ja valaistuksen soveltuvuutta kysynnän joustoon. Keskeisimpinä tutkimuskysymyksinä oli selvittää liike-, toimisto- ja koulurakennuksien kiinteistökuormien soveltuvuutta kysynnän joustoon sekä millaisia ohjaustapoja ja -järjestelmiä voitaisiin hyödyntää kysynnänjouston toteutuksessa näissä kiinteistöissä.
Työn soveltavassa osassa kuormien soveltuvuutta kysynnän joustoon tutkittiin käytännön kenttäkokein käytössä olevassa koulurakennuksessa. Ilmanvaihdon soveltuvuutta tutkittiin pudottamalla ilmanvaihdon tehoa hetkellisesti sekä mittaamalla tilojen ilmanlaadun olosuhteita. Säädettävän valaistuksen tasoa pudotettiin valaistusohjausjärjestelmän avulla ja ohjauksen vaikutuksia arvioitiin mittaamalla tilojen valaistusvoimakkuuksia sekä käyttäjäkyselyllä.
Tulokset osoittavat, että molemmat järjestelmät soveltuvan kysynnän joustoon. Ilmanvaihtokoneiden ilmamäärä pystyttiin pudottamaan noin 40 %:iin normaalista ilmamäärästä, jolloin saavutettu tehopudotus oli noin 75 %, ilman merkittävää haittaa tilojen olosuhteisiin. Kuuden ilmanvaihtokoneen pudottaminen osailmamäärälle mahdollisti käyttöaikana noin 18 – 20 kW ohjauspotentiaalin. Tehopudotus oli mahdollista toteuttaa ohjaushetkestä nopeimmillaan noin 10 – 15 sekunnissa. Suhteutettuna tämä koko rakennusosan bruttoalaan se tarkoittaa noin 2,5 – 3 W/m². Valaistuksen pudottamisen 30 % normaalista valaistustasosta havaitsi vain neljännes koeryhmästä eikä muutoksia pidetty kuin hieman häiritsevinä. Säädettävän sisävalaistuksen joustopotentiaalia koko rakennusosassa arvioitiin olevan käyttöaikana arviolta noin 3 – 6 kW, mikä olisi mahdollista toteuttaa huomaamattomasti noin 30 sekunnissa ohjauskäskystä. Bruttopinta-alaan suhteutettuna tämä tarkoittaa noin 0,5 – 1,0 W/m².
Tutkimuksen perusteella liike-, toimisto- ja koulurakennuksien ilmanvaihto ja valaistusjärjestelmien sähkökuormia voitaisiin hyödyntää kysynnän jouston reservimarkkinoilla kiinteistöautomaatiojärjestelmien ohjaamana. Nykyiset talotekniset järjestelmät mahdollistaisivat kiinteistökuormien käyttöönoton kysynnän joustoon jo tällä hetkellä, mutta perinteiset toteutusratkaisut eivät huomioi kysynnän jouston näkökulmaa. Jotta kyseiset rakennustyypit saataisiin osallistumaan kysynnän joustoon, tulisi siihen kuuluvista toiminnallisuuksista ja käytännön ratkaisuista toteuttaa selkeät ja yksinkertaiset suositukset suunnitteluun ja järjestelmien toteutukseen.
Työn soveltavassa osassa kuormien soveltuvuutta kysynnän joustoon tutkittiin käytännön kenttäkokein käytössä olevassa koulurakennuksessa. Ilmanvaihdon soveltuvuutta tutkittiin pudottamalla ilmanvaihdon tehoa hetkellisesti sekä mittaamalla tilojen ilmanlaadun olosuhteita. Säädettävän valaistuksen tasoa pudotettiin valaistusohjausjärjestelmän avulla ja ohjauksen vaikutuksia arvioitiin mittaamalla tilojen valaistusvoimakkuuksia sekä käyttäjäkyselyllä.
Tulokset osoittavat, että molemmat järjestelmät soveltuvan kysynnän joustoon. Ilmanvaihtokoneiden ilmamäärä pystyttiin pudottamaan noin 40 %:iin normaalista ilmamäärästä, jolloin saavutettu tehopudotus oli noin 75 %, ilman merkittävää haittaa tilojen olosuhteisiin. Kuuden ilmanvaihtokoneen pudottaminen osailmamäärälle mahdollisti käyttöaikana noin 18 – 20 kW ohjauspotentiaalin. Tehopudotus oli mahdollista toteuttaa ohjaushetkestä nopeimmillaan noin 10 – 15 sekunnissa. Suhteutettuna tämä koko rakennusosan bruttoalaan se tarkoittaa noin 2,5 – 3 W/m². Valaistuksen pudottamisen 30 % normaalista valaistustasosta havaitsi vain neljännes koeryhmästä eikä muutoksia pidetty kuin hieman häiritsevinä. Säädettävän sisävalaistuksen joustopotentiaalia koko rakennusosassa arvioitiin olevan käyttöaikana arviolta noin 3 – 6 kW, mikä olisi mahdollista toteuttaa huomaamattomasti noin 30 sekunnissa ohjauskäskystä. Bruttopinta-alaan suhteutettuna tämä tarkoittaa noin 0,5 – 1,0 W/m².
Tutkimuksen perusteella liike-, toimisto- ja koulurakennuksien ilmanvaihto ja valaistusjärjestelmien sähkökuormia voitaisiin hyödyntää kysynnän jouston reservimarkkinoilla kiinteistöautomaatiojärjestelmien ohjaamana. Nykyiset talotekniset järjestelmät mahdollistaisivat kiinteistökuormien käyttöönoton kysynnän joustoon jo tällä hetkellä, mutta perinteiset toteutusratkaisut eivät huomioi kysynnän jouston näkökulmaa. Jotta kyseiset rakennustyypit saataisiin osallistumaan kysynnän joustoon, tulisi siihen kuuluvista toiminnallisuuksista ja käytännön ratkaisuista toteuttaa selkeät ja yksinkertaiset suositukset suunnitteluun ja järjestelmien toteutukseen.