Kysynnänjouston ja energiavaraston demonstrointi arkkupakastimella

Abstract

Tässä kandidaatin työssä kerrotaan Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa digitaali- ja säätötekniikan laboratoriossa rakennetun älykkään arkkupakastimen suunnittelusta, rakentamisesta ja toiminnasta. Projekti toteutettiin vuonna 2015 kesätyöprojektina.

Projektin lähtökohtana oli toteuttaa arkkupakastin, jonka toimintaa voidaan ohjata tavallisten lämpötilarajojen lisäksi sähköenergian tuntitason Spot-hinnan perusteella. Näin pakastin toimisi sähköenergian hinnan suhteen kysynnänjouston välineenä. Energiavarastona pakastinta testattiin lisäämällä pakastimen sisälle 40-prosenttista glykoliseosta puskuriliuokseksi, joka sulamislämmöllään hidastaa pakastimen lämpötilan nousua.

Projektin tuloksena saatiin toteutettua tavalliselle arkkupakastimelle ohjausyksikkö, joka Internet-yhteyden avulla pystyy seuraamaan sähköenergian hinnan kehittymistä ja näiden tietojen avulla ajamaan pakastimen kompressoria kalliita sähköenergian hintoja vältellen. Lisäksi pakastimeen lisättiin puskuriliuos, jonka havaittiin vaikuttavan pakastimen toimintaan sen lämpenemistä hidastaen.

Verrattuna tavallisen arkkupakastimen toimintaan, Spot-hinnan perusteella ohjattu versio on keskikulutukseltaan muutaman prosentin kalliimpi johtuen ohjausyksikön energian kulutuksesta. Kalliimpi hinta ei ollut toivottu asia, mutta pakastimen ohjaus toimii muuten halutusti ja pakastin pyrkii välttämään kompressorin käyttöä kalliiden tuntien aikana. Vastaavaa ohjausta voitaisiin käyttää myös suuremman mittaluokan kylmälaitteissa tai esimerkiksi lämminvesivaraajissa, joissa rahallisia säästöjä voitaisiin saavuttaa. Spot-hinnan perusteella ohjattujen laitteiden yleistyminen voisi johtaa tasaisemmin jakautuneisiin sähköenergian hintoihin sekä sähköverkon tasaisempaan rasitukseen.

This bachelor’s thesis is about the design, construction and operation of the intelligent chest freezer built in the laboratory of Control Engineering and Digital systems at Lappeenranta University of Technology. The project was implemented in 2015 as a summer job project.

The project was based on the implementation of a chest freezer, which operation can be controlled based on the Spot price of electricity in addition to the normal temperature limits. This way the freezer would demonstrate its capability to demand response based on the hourly Spot price of electricity. Energy storage capability of the freezer was approached by adding 40% glycol mixture within the freezer as a buffer solution. Buffer solution’s melting heat would slow down the freezer’s temperature rise.

As the result of the project, a standard chest freezer was equipped with a control unit, which with the help of Internet connection was able to track the development of the hourly Spot prices, and with this information to drive freezer’s compressor avoiding the expensive electricity prices. In addition, a buffer solution was added to the freezer which was found to slow down the freezer’s temperature rise.

When compared to the standard chest freezer, the smart version is a few percent more expensive due to the energy consumption of the control unit. The more expensive price was not a desirable outcome, but the freezer operates otherwise as planned and tries to avoid the use of the compressor during the expensive hours. Similar control could also be used in refrigerators of a larger scale or, for example, hot water heaters where savings could be achieved. The widespread use of the electricity Spot price-controlled equipment could lead to a more evenly distributed electricity prices and a more even burden on the electricity grid.