Asuinkerrostalojen maalämpöjärjestelmien potentiaali sähkön kysyntäjoustossa

Abstract

Euroopassa tavoitellaan ilmastohiilineutraaliutta vuoteen 2050 mennessä. Tavoitteiden saavuttamiseksi energiantuotannossa lisätään uusiutuvien energialähteiden käyttöä ja rakennusten lämmitystä sähköistetään lämpöpumpputeknologialla. Osana muutoksia sähkön tuotannosta tulee vaikeammin ennustettavaa ja tuotannon sääriippuvaisuus lisäntyy. Samaan aikaan sähkön kysyntä kasvaa, kun asuinrakennuksien lämmöntuotantojärjestelmiä vaihdetaan lämpöpumpputeknologiaan. Muutoksien vuoksi sähköjärjestelmä tarvitsee sähkön käytön ja tehotasapainon hallintaan lisää joustokapasiteettia. Asuinkerrostalon maalämpöjärjestelmän kysyntäjouston avulla lisätään joustokapasiteettia sähkömarkkinoille.

Diplomityön tavoite oli selvittää asuinkerrostalon maalämpöjärjestelmän kysyntäjouston potentiaalia Suomessa sekä miten kysyntäjousto vaikuttaa asuinkerrostalon energiankulutukseen ja sisäolosuhteisiin. Vaikutuksia tutkittiin mallintamalla case-asuinkerrostalo simulointiohjelmaan, minkä avulla simuloitiin kysyntäjouston vaikutuksia ja verrattiin tuloksia tilanteeseen ilman kysyntäjoustoa.

Asuinkerrostalojen maalämpöjärjestelmät soveltuvat kysyntäjouston toteuttamiseen, kun lämmöntuotannon ohjaustapaa muutetaan perinteisestä ohjaustavasta. Kysyntäjoustolla ei ole vaikutusta asuintilojen sisäolosuhteisiin, kun reunaehdot kysyntäjouston toteutukselle selvitetään etukäteen. Lämmitystehoa leikkaamalla ja siirtämällä toiseen ajankohtaan kysyntäjousto ei lisää rakennuksen energian kulutusta. Yhdistämällä useampi asuinkerrostalon maalämpöjärjestelmä yhdeksi isommaksi kokonaisuudeksi saadaan sähkömarkkinoille huomattavasti lisää joustopotentiaalia.

Europe is aiming for climate carbon neutrality by 2050. As part of this goal, the EU is planning on increasing the use of renewable energy sources in energy production and the heating of residential buildings is electrified with heat pump technology. As a result, forecasting electricity production becomes more difficult via increased dependence on weather factors. Simultaneously, the demand for electricity will increase as heat production systems of residential buildings switch to ground source heat pump (GSHP) technology. Due to the changes, electricity systems need more flexibility in their capacity to manage electricity usage and power balance. The demand response (DR) of residential building’s GSHP systems increases capacity flexibility for electricity markets.

The goal of the Master’s Thesis was to find out the DR potential of a residential apartment building’s GSHP system in Finland and how DR affects the energy consumption and indoor conditions of apartment buildings. With the help of the simulation program, a case residential apartment building was modeled in which the effect of DR was simulated and compared to results without DR.

GSHP systems are suitable for DR in residential apartment buildings when the heat production control method is changed from a traditional one. DR has no effect on indoor temperature of residential apartment buildings if the preconditions for the implementation of DR are clarified in advance. By decreasing the heating power and redistributing it over a more optimized period of time (load shedding), DR does not increase the energy consumption of a residential building. There is considerable potential for increasing capacity flexibility in electricity markets e.g., by combining several residential apartment buildings GSHP systems with DR into larger entities.