Case studier, dataindsamling og simuleringer
Der blev fundet frem til en eksempelcase i en landsby i det nordvestlige Schleswig-Holstein. Landsbyen kunne fremvise vindenergi, et biogasanlæg og solcelleanlæg på private huse. Landsbyen sigtede mod at blive uafhængig af ekstern energiforsyning og var derfor et godt eksempel i vores undersøgelse. Partnerne installerede udstyr til dataindsamling 10 forskellige steder i landsbyen til indsamling af data i sekundintervaller. Disse data blev analyseret og indgik i simuleringerne.
Der blev fundet frem til et yderligere demonstrationssted i form af GreenTEC Campus. Her installerede vi en intelligent ladestation, hvor DIEM-teknologien blev brugt til at oplade elbiler. Derudover har vi foretaget analyser af brugen af en vognpark bestående af elbiler tilhørende en virksomhed i Kreis Ostholstein.
På dansk side analyserede vi forbruget på Ærø – en lille ø i Det Sydfynske Øhav. Ærø producerer mere energi, end øen selv forbruger. På trods af dette er Ærø nødsaget til at importere og eksportere energi, da indbyggernes forbrugsmønstre ikke matcher den energiproduktion, der opnås gennem de seks store vindmøller på øen.
Endelig har vi oprettet et demonstrationssted ved SDU i Sønderborg, der er udstyret med intelligente ladestationer til elbiler.
Dataindsamling
Vi har indsamlet data fra forskellige kilder. I Bordelum og på GreenTEC Campus indsamlede vi ved hjælp af forskellige intelligente målere (smart meter) data om varme- og elforbrug for private husholdninger, solcellesystemer, landbrug og ladestationer til elbiler. Disse data blev behandlet i databehandlingssystemet cbb Libra-Smart Metering*. Vi udviklede en sikker forbindelse til dataindsamling og -overførsel til partneren cbb og dataindsamlingsserveren. De indsamlede data kunne visualiseres og analyseres med brug af onlinemanagementportalen ”enwiso” fra cbb.
Andre steder – herunder på Ærø – udnyttede vi de data, som vi fik stillet til rådighed, og supplerede dem, hvis relevant, med de eksisterende officielle statistiske data. Originalteksterne (unter ’Publikationer’) indeholder en liste over de anvendte kilder.
OpenVPN Gateway for en sikker smart meter-forbindelse
Figuren til venstre viser en illustration af vores koncept for indsamlingen af data fra de enkelte målere. En integreret enkeltkortsdatamat (single board computer) baseret på ARM fungerede som hardwareplatform. Det anvendte drivsystem var et Debian Linux-system, idet dette allerede havde vist sig at være kompatibelt med målplatformen, nemlig cbb’s middelware opcsa. Vi installerede og konfigurerede en OpenVPN client som sikker kommunikation med cbb-dataserveren. De pågældende gates var genstand for en individuel konfiguration. Idriftsættelsen skete på stedet.
Illustration og analyse af data
Selvforsyning gennem integration og intelligent kontrol af energilagre
Landdistrikterne rummer et stort potentiale for at kunne anvende vedvarende energi. Lagringsteknologier vil kunne øge den selvforsyningsgrad, der vil kunne opnås. Det er grunden til, at vi har udviklet et simuleringsværktøj til undersøgelse af selvforsyningsgraden i mikronet. Enten el- eller varmesektoren eller også dem begge vil kunne behandles i denne simuleringsmodel. Der er blevet indsamlet og analyseret data for Bordelum (Nordfriesland, Tyskland) og øen Ærø i Danmark. I nogle tilfælde var det nødvendigt at supplere dataene med officielle statistiske datasæt. Casestudierne viser, at det er muligt at øge selvforsyningsgraden.
Selvforsyning med el i Bordelum (sammenlign også poster af Malte Myrau i Publikationer)
I nogle kommuner ønsker indbyggerne at være uafhængige af deres energileverandør. Vi har simuleret, op til en hvilken grad og under hvilke betingelser det er muligt at opnå selvforsyning set over et år. Elforbruget, solenergiproduktionen, en vindmølle og et biogasanlæg i Bordelum spillede ind i forbindelse med simuleringen. Forbrugene kunne simuleres ved hjælp af en forbrugssimulator fra TU Chemnitz. Der blev i syv forskellige scenarier udført en undersøgelse af effekten af individuelle lagre eller et Redox-Flow-batteri, som skulle etableres centralt i landsbyen, samtidig med at lagerstørrelsen blev varieret. Derudover blev den heraf følgende belastning på nettet evalueret, idet en stigende spidsbelastning ville kunne føre til dyre netudvidelser.
Cases | |
I | Eksisterende solcelleanlæg på bygninger suppleret med et batterilager: 8-10 kWh. |
II-a | Bygninger, uden solceller, udstyres med 9,7 kWp-solcelleanlæg og 4,9 kWh-batterilager. |
II-b | Som II-a, dog med 9,7 kWh-batterilager. |
III | Redox Flow-batteri til et lokalt fordelingssystem 2200 kWh. |
IV | Vindmølle til det lokale fordelingssystem. |
V | Lille Redox Flow-batteri (560 kWh) kombineret med vindenergi. |
VI | Anvendelse af eksisterende biogasanlæg til strømforsyning (875 kWel). |
Som det fremgår af diagramet, skal biogasanlægget fungere som elleverandør for at kunne opnå fuldstændig selvforsyning. I andre tilfælde er det dog muligt næsten at opnå selvforsyning. Såfremt vi ser, at spidsbelastningen for det eksterne net bør minimeres, er case III det eneste scenarie, hvor spidsbelastningen nedbringes (grøn farve) og dermed er velegnet for systemet.
El- og varmeselvforsyningsgrad i Bordelum
Som det næste undersøgte vi både el- og varmeforsyningen. Vi modellerede varmeforsyningen med varmepumper, -stænger og -lagre og sammenlignede med den aktuelle status. Det viser sig, at det er muligt at opnå en høj grad af selvforsyning (99%) uden ekstra CO2 udledning i både el- og varmeforsyningen. Det kræver sektorkobling af varme og elektricitet, varmelagring samt el fra vedvarende energikilder. Lige som i det forudgående tilfælde er det en fordel at anvende en central enhed til varmelagring i landsbyen, og hvert hus skal have en varmepumpe. Hertil kommer enheden til central lagring af el (case III).
Alle simuleringer vedrører kun landsbyen Bordelum og tager ikke højde for påvirkningen på det eksterne elnet. Denne analyse er udarbejdet af EUF og gennemgås på side 12 ff.
Økonomiske aspekter indgik ikke i analysen.
Ærøs selvforsyningsgrad, simulering
I denne undersøgelse har vi analyseret den aktuelle elektriske og termiske energiforsyning på alle steder med fjernvarmenet på Ærø. Efterfølgende gennemførte vi en evaluering af elfærgens og et Redow Flow-batteris indvirkning på øens selvforsyning. På samme måde som i Bordelum ville det også her være en fordel i forhold til selvforsyningsgraden at oprette et centralt lager såsom et Redow Flow-batteri. I den forbindelse er det vigtigt at foretage en forsigtig dimensionering af størrelsen, da selvforsyningsgraden inden for 0 og 500 kWh stiger med omkring 0,48 %, mens den inden for 4500 og 5000 kWh stiger med kun 0,24 %.
Parameter | Including ferry | Without ferry | Difference |
Autarky (%) | 66,21 | 67,15 | -0,94 |
Self consumption part (%) | 52,96 | 50,98 | 1,98 |
Konklusioner
I casen med Bordelum har vi fundet frem til, at der opnås en høj selvforsyningsgrad (83%) og en nedbringelse af nettets spidsbelastning (-16 %), når der anvendes et Redox Flow-batteri inden for fordelingssystemet.
Under alle omstændigheder er det en god idé at anvende en central lagringsenhed i stedet for lagre hos de enkelte prosumere.
I de undersøgte cases var energiforbruget af den producerede energi ikke særlig høj. Både Bordelum og Ærø producerer mere strøm, end de selv forbruger.
