POST-DOC ONDERZOEKER

Transcriptie

1

2 POST-DOC ONDERZOEKER

3 Overzicht Thermische opslag in context van energietransitie als technische oplossing met een duidelijk potentieel een warme toekomst?

4 Traditionele gebouwsimulatie en -ontwerp Gedetailleerde modellen Gebouwschil Verwarmings- en ventilatiesystemen Gebruikersgedrag Evaluatie Energiegebruik Energiekost Comfort Gebouwniveau {x} E e (t) T set (t) T sys (t,x) η sys (t,x) P sys (t,x) 0 W/m² 0 C 0 C 0 % 0 kw

5 Van analyse op gebouwniveau PWTCO r, keur HP-based heating (3) PV systems (2) Low-E building envelope (1) Enerzijds, Extra belasting op elektriciteitsnet, mogelijke congestie op distributieniveau (spanningskwaliteit, efficiëntieverliezen) E p, kwh/(m²a) Anderzijds, Hoge thermische massa, dus sterk potentieel voor vraagsturing wanneer verwarming slim gestuurd wordt. J. Van der Veken et al. (2013). Studie naar kostenoptimale niveaus van de minimumeisen inzake energieprestaties van gerenoveerde bestaande residentiële gebouwen.

6 Van analyse op gebouwniveau naar optimalisatie op wijkniveau grid-connected thus inter- and intraconnected heat pump-based heating system photovoltaic system low-energy building envelope and ventilation

7 Van analyse op gebouwniveau naar optimalisatie op wijkniveau grid-connected thus inter- and intraconnected heat pump-based heating system photovoltaic system

8 Voorbeeld Analyse van (n)zeb-wijk On externalities of heat-pump based low-energy dwellings at the low-voltage distribution grid, R. Baetens,

9 Voorbeeld Analyse van (n)zeb wijk Geïntegreerde wijksimulaties rond PV integratie in wijken (IDEAS Modelica) Vergelijking gerealiseerd nzeb-niveau ten opzichte van ontwerpwaarde R. Baetens, R. De Coninck, J. Van Roy, B. Verbruggen, J. Driesen, L. Helsen, D. Saelens, Assessing electrical bottlenecks at feeder level for residential net zero-energy buildings by integrated system simulation, Applied Energy, Volume 96, August 2012, Pages 74-83, ISSN , /j.apenergy

10 Smart Grid Opslag en vraagsturing als antwoord

11 Elektrische energieopslag euro/kwh Source: DG ENER Working Paper: The future role and challenges of Energy Storage Source: IEA-ETSAP and IRENA Technology Brief E17 January 2013 Thermische energieopslag euro/kwh Voelbare warmte euro/kwh

12 Relevantie residentieel gebouwbestand België 3.5 Miljoen woningen: 750 Mm² verwarmd Totale warmtevraag: GWh/a Thermische piekvraag: 40 GW (13 GW elektrisch) Totale opslag capaciteit: GWh Comfort marge van 1 C Afhankelijk van klimaat en gebruik Transport: lucht Transport: spoor 4% Transport: weg 22% Gebouwen: overige 2% Gebouwen: tertiair 10% ENERGIEGEBRUIK PER SECTOR Transport: 28% Transport: overige Gebouwen: 38% Industrie: 34% Gebouwen: residentieel 26% Industrie 34%

13 Thermische opslag Technologische oplossing

14 Slim sanitair warm water Elektrische boiler is een relatief eenvoudige technologie Slim door generieke interface die flexibiliteit aanbied onafhankelijk van interne controle Laden i.f.v. externe incentive VITO patent Real-life demonstratie 15 prototypes 18 maanden bij gezinnen thuis

15 Slim sanitair warm water Bevindingen testcampagne Geen week/weekend patroon Potentieel per gezien factor 10 hoger dan huishoudelijke toestellen Flexibiliteit is asymmetrisch Vooral positieve flexibiliteit Beste business case Wind balancing Markt Bestaand: 50 M boilers in EU Nieuw: 5.5 M nieuwe boilers per jaar in EU

16 Optimalisatie warmte en elektriciteit uit biomassa Gevalstudie Beneens Optimalisatie van hernieuwbare bron (biomassa) in kantoor-industrie toepassing Integratie van 100 kw el ORC voor lokale elektriciteit Optimale benutting thermische energie door warmtenet op 2 temperatuurniveaus Rol thermische energieopslag Balans vraag en aanbod Maximaliseren van zowel elektriciteitsproductie als restwarmte van ORC Opslag uitgerust met slimme laadtoestand algoritmes This project has received funding from the European Union s Horizon 2020 research and innovation programma under grant number No : Project STORY H2020-LCE

17 Optimalisatie warmte en electriciteit uit biomassa Gevalstudie Beneens This project has received funding from the European Union s Horizon 2020 research and innovation programma under grant number No : Project STORY H2020-LCE

18 Slimme warmtepompen Test set-up voor slimme sturing van warmtepompen Doel: toename zelf-consumptie lokaal geproduceerde energie Simulatie van Aanbod hernieuwbare energie uit PV of wind Warmtevraag voor ruimteverwarming Sanitair warm water Andere elektrische verbruikers Opslag in Opslagvat voor sanitair warm water Rechtstreeks in gebouwmassa (Opslagvat voor ruimteverwarming)

19 Potentieel slimme warmtepompen Wat is het potentieel voor actieve sturing van thermische opslag in het Belgische gebouwbestand? Impact op piekproductie Impact op CO 2 uitstoot Impact op integratie hernieuwbare Analyse op landelijk niveau Wat is het verband tussen het potentieel voor actieve vraagsturing en het gebouwontwerp? Analyse van theoretisch potentieel Opslagcapaciteit vs. opslagefficiëntie Analyse op gebouwniveau

20 Analyse op gebouwniveau Wat is potentieel aan energieflexibiliteit voor verschillende residentiële typologieën in het Belgische gebouwbestand?

21 Theoretische energieflexibiliteit INVLOED VAN GEBOUWEIGENSCHAPPEN

22 Theoretische energieflexibiliteit

23 Potentieel Belgisch gebouwbestand GEINTEGREERD OPERATIONEEL MODEL Optimal control problem Patteeuw D., Reynders G., Bruninx K., Protopapadaki C., Delarue E., D haeseleer W., Saelens D., Helsen L. (2015) CO 2 -abatement cost of residential heat pumps with active demand response: demand- and supply-side effects. Applied Energy 156,

24 Potentieel Belgisch gebouwbestand Uitgangspunten gebouwen worden voorzien van warmtepomp 36 verschillende types naar leeftijd, klasse, renovatiegraad Hernieuwbare productie: 30 % wind, 10 % PV (rest = gas) Niet-flexibele basislast = huidige elektriciteitsvraag, zonder warmtepompen Flexibele belasting = het extra elektriciteitsverbruik t.g.v. warmtepompen 2 scenario s: Warmtepompen zonder vraagsturing (no ADR) Warmtepompen met vraagsturing (ADR) Patteeuw D., Reynders G., Bruninx K., Protopapadaki C., Delarue E., D haeseleer W., Saelens D., Helsen L. (2015) CO 2 -abatement cost of residential heat pumps with active demand response: demand- and supply-side effects. Applied Energy 156,

25 Potentieel Belgisch gebouwbestand IMPACT VAN ACTIEVE VRAAGSTURING

26 Impact op reductie CO 2 -uitstoot

27 Conclusies actieve vraagsturing in gebouwen Impactstudie van het gebouwontwerp Vloerverwarming > Radiatoren Minimum aan isolatie nodig Beperken van opslagtijd Optimale controlestrategieën om comfort en passieve winsten te maximaliseren Impactstudie met geïntegreerd operationeel model Reductie van CO 2 uitstoot met gemiddeld 15% Verlaging pieklast tussen % Opslagverliezen leiden tot (lokaal) meerverbruik: 3.5 % % Patteeuw D., Reynders G., Bruninx K., Protopapadaki C., Delarue E., D haeseleer W., Saelens D., Helsen L. (2015) CO 2 -abatement cost of residential heat pumps with active demand response: demand- and supply-side effects. Applied Energy 156,

28 Overzicht Thermische opslag in context van energietransitie als technische oplossing met een duidelijk potentieel een warme toekomst?

29 Blik op de toekomst Staat streven naar energieflexibiliteit haaks op streven naar energieefficiëntie passief?

30 Blik op de toekomst Staat streven naar energieflexibiliteit haaks op streven naar energieefficiëntie en passiefbouw? Rol van energieflexibiliteit als bron voor CO 2 -besparing in historische kernen?

31 EFRO Project 936: Towards a sustainable energy supply in cities Starting date: 1/6/2015 (36 months) URL:

32