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Methode zur Lastverschiebung von elektrischen Warmwasserspeichern durch die Nutzung intelligenter Stromzähler

Load shifting method for domestic hot water heaters using smart electricity meters

  • Durch den vermehrten Ausbau dezentraler Energieerzeugungsanlagen gewinnt verbraucherseitiges Lastmanagement für die Netzbetreiber immer mehr an Bedeutung. Neue Möglichkeiten zur Laststeuerung bei Haushalten ergeben sich durch den Einsatz von intelligenten Stromzählern, sogenannten Smart Metern, da sie über eine Kommunikationsschnittstelle mit fernparametrierbarem Schaltrelais verfügen und den Stromverbrauch im Viertelstundenraster aufzeichnen können. Diese Masterarbeit untersucht eine Methode, mit der Lastverschiebungsmaßnahmen bei elektrischen Warmwasserspeichern durchgeführt werden können. Die Lastverschiebung wird lediglich durch die Funktionalitäten eines Smart Meter bewerkstelligt. Dabei ist das Ziel, eine Lastverschiebungsmethode zu finden, die vom Netzbetreiber simpel implementiert werden kann und mindestens den gleichen Komfortansprüchen genügt, die eine traditionelle Nachttarifschaltung aufweist. Die Schwierigkeit liegt hierbei in der Einschränkung, dass der Netzbetreiber vom Stromverbrauch der Speicher auf den Warmwasserbedarf der Kunden schließen muss. Mit Hilfe eines thermodynamischen Modells werden verschiedene Lastverschiebungsszenarien bei mehreren Haushalten angewendet. Über die Simulation des Temperaturverlaufs wird ferner auf die Qualität der Warmwasserbereitung geschlossen und mit jener der klassischen Nachttarifsteuerung verglichen. Liegt die Temperatur häufiger unter einem bestimmten Mindestniveau als jene bei der Nachttarifschaltung, gilt die Qualität als nicht ausreichend. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass mit der vorgestellten Methode für jeden Haushalt eine Lastverschiebung gefunden werden kann, die für den Netzbetreiber Vorteile bringt und die Mindestanforderungen an den Kundenkomfort erfüllt oder teilweise sogar verbessert. Es konnte festgestellt werden, dass mit der vorgestellten Methode der Großteil der Heizenergie (mindestens 60% bei allen Haushalten) in der ersten Tageshälfte zur Verfügung gestellt werden muss. Zusätzlich ergeben sich Energieeinsparungen, da die Beheizung des Speichers und der Warmwasserbedarf besser aufeinander abgestimmt werden. Mit der gezeigten Methode könnten Lastverschiebungsmaßnahmen schnell und einfach vom Netzbetreiber eingeführt werden, jedoch gilt es davor Einschränkungen wie die Legionellen-Problematik und Kundenkommunikation oder -akzeptanz zu klären.
  • With decentralised power generation being steadily on the rise, the need for load shifting measures is increasing as well. A new possibility for efficient and intelligent demand side management (DSM) is offered through the use smart electricity meters. These meters provide a two-way communication interface with a configurable switching relay and measure energy consumption with 15-minute frequency, which creates new opportunities of DSM for grid operators. This master thesis studies a method using smart meters to deploy load shifting on domestic hot water heaters (DHWH). This approach focuses on the goal of providing a load shifting scenario that can easily and quickly be implemented by grid operators and nevertheless meets the requirements of water heating in the same way as a night rate controlled DHWH would. One major restriction is the fact that a grid operator has no information about the costumer's hot water demand. The only way to estimate the hot water demand is through studying the electricity demand of the DHWH. As the basis of the method, a simple iterative simulation of a thermodynamic model is applied where the temperature profiles of different load shifting strategies are analysed. Furthermore, the temperature profile of the load shifting approach is compared to the profile of the night rate controlled DHWH. The load shifting measures are successful if the temperature levels with DSM are less likely to undercut a certain minimum than the ones of the night rate controlled DHWH. It appeared that for each one of the studied households a successful load shifting strategy can be found. In addition, the simulation has shown that, using the suggested method, most of the water heating energy has to be provided in the first part of the day (at least 60% of the total daily power demand). What is more, energy savings can be generated by aligning the heating power more closely with the hot water demand. In conclusion it can be stated that with the suggested method it is possible for grid operators to simply implement successful load shifting measures. However, crucial restrictions to its applicability like hygienic conditions or customer acceptance have to be solved first.

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Metadaten
Author:Angelika Fresacher
DOI:https://doi.org/10.25924/opus-2768
Advisor:Gerhard Huber
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Year of publication:2018
Publishing Institution:FH Vorarlberg
Granting Institution:FH Vorarlberg
Release Date:2019/12/11
Tag:Demand Side Management; Smart Meter; Warmwasserspeicher
Number og pages:VII, 50
DDC classes:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Open Access?:ja
Course of Studies:Energietechnik und Energiewirtschaft
Licence (German):License LogoUrhG - The Austrian Copyright Act applies - Es gilt das österr. Urheberrechtsgesetz