Søren PoulsenTeknologisk Institut, Køle- og Varmepumpetekniksop@teknologisk.dk

HPCOMFieldtest af varmepumpe

Konference om rammebetingelser for varmepumper og smart grid, 2016-06-15

• Hastigt voksende behov for fleksibilitet i elforbruget (vindkraft osv.)

• Individuelle varmepumper en del af løsningen, fordi varme kan oplagres i vandtanke og bygningens konstruktion

• Forudsætter at varmepumpen kan (fjern-)styres intelligent til at tilpasse sig aktuel elproduktion og dækning af elsystemets behov for stabilitet

• Behov for standarder og forskrifter for kommunikation og styring:• Protokoller• Hvilke styresignaler til varmepumpen?• Hvordan skal varmepumpen reagere på signalerne?

Baggrund

Fokus i fieldtesten

• At verificere observationer fra test af en (såkaldt) Smart-Grid-Readyvarmepumpe i laboratorium (SGO-projektet) i den virkelige verden

• At eftervise, at en aggregator kan sende specificerede styrekommandoer til varmepumpen, og at denne modtager og forstår disse

• At undersøge, om en aggregator kan styre driftstidspunkt og eleffektoptagi varmepumpen tilstrækkelig skarpt i forhold til elmarkedets strikse krav til hurtig op- og nedregulering

Formål

• Hvad vil det sige, at en varmepumpe er Smart Grid Ready?

• En gængs opfattelse:• En varmepumpe, der er forberedt på det intelligente elnet, hvor det

fra elleverandørens side er muligt at styre varmepumpen, hvis der er over- eller underskud af strøm i nettet

• - og set fra DSO’en, så er det en varmepumpe, han kan styre, så den bidrager til at stabilisere elnettet

• SG Ready-Label – en forskrift udarbejdet af den tyske varmepumpefabrikantforening

Teste – i forhold til hvad?

Figure 4 2-Bit combination for the 4 SG-Ready Modes. (SGO)

Via to signaler (2 bit) skal varmepumpen kunne styres mellem fire driftstilstande

SG-modes i hht. SG Ready forskriften

Kilde: Dimplex

SG Ready label - fire driftsmodesVia to signaler (2 bit) skal varmepumpen kunne styres mellem fire driftstilstande

Normal - Normal price – 0:0:

Heating: Business as usualHot water: Business as usual

Blocking of heat pump – 1:0:

Like todays tariff control

High - Low price – 0-1:

Heating: Offset + 1 (if room temperature sensor is used the set room temp. is changed + 1 K instead)Hot water: Only compressor but as high temperature as possible (to max condenser out temperature is reached)

Forced mode - Free electricity – 1-1:

Heating: Offset + 2 (if room temperature sensor is used the set room temp. is changed + 2 K instead)Hot water: "Luxury mode" (high temperature, immersion heater allowed)

Forventet respons (fabrikant)

• HPCOM fieldtesten bygger oven på laboratorietest udført i SGO-projektet

• Formålet i SGO: • At udvikle metoder for national overensstemmelsestest af

kommunikationsinterfaces for Smart Grid Ready-produkter og -tjenester

• Test af SG Ready varmepumper ved påtrykning af de fire forskellige SGR-styrekommandoer.

• Testet i TI’s teststand med simulering af simpel husmodel

Smart Grid Open - projektet

Smart Grid Open - projektet

Fig. 6. Recommended transitions between various SG-Ready Modes (SGO)

Test-matrix - komplet

HP

kører

Ønsket

fremløbstemp,

niveau

Målt aktiv

effekt VP,

niveau

Fra mode Til mode VP

Ønsket

fremløbstemp,

niveau

Målt aktiv

effekt VP,

niveau

1 Ja Normal Normalt Normal Must Stop Stopper Ingen ændring Faldende til lav ok ok

2 Nej Normal Lavt Normal Must Stop Kører ikke Ingen ændring Ingen ændring ok

3 Ja Normal Højt Normal High Kører Stigning til High Stigende til høj ok

4 Nej Normal Lavt Normal High Starter Stigning til High Stigende til høj ok

5 Ja Normal Højt Normal Must Max Kører Stigning til Must Max Stigende til høj ok

6 Nej Normal Lavt Normal Must Max Starter Stigning til Must Max Stigende til høj ok

7 Nej Normal Lavt Must Stop Normal Starter Ingen ændring Stigende til høj ok

8 Nej Normal Lavt Must Stop High Starter Stigning til High Stigende til høj ok ok

9 Nej Normal Lavt Must Stop Must Max Starter Stigning til Must Max Stigende til høj ok

10 Ja Normal Normalt Must Stop Normal Kører ikke Ingen ændring Ingen ændring Irrelevant

11 Ja Normal Højt Must Stop High Kører ikke Stigning til High Ingen ændring Irrelevant

12 Ja Normal Højt Must Stop Must Max Kører ikke Stigning til Must Max Ingen ændring Irrelevant

13 Ja High Normalt High Normal Kører Falder til Normal Faldende til lav ok

14 Nej High Lavt High Normal Kører ikke Falder til Normal Faldende til lav

15 Ja High Højt High Must Max Kører Stigning til Must Max Stigende til høj

16 Nej High Lavt High Must Max Starter Stigning til Must Max Stigende til høj ok

17 Ja High Normalt High Must Stop Stopper Falder til Normal Faldende til lav ok

18 Nej High Lavt High Must Stop Kører ikke Falder til Normal Faldende til lav ok

19 Ja Must Max Normalt Must Max Normal Kører Falder til Normal Faldende til lav ok

20 Ja Must Max Højt Must Max High Kører Falder til High Faldende til lav ok

21 Ja Must Max Normalt Must Max Must Stop Stopper Falder til Normal Faldende til lav ok

22 Nej Must Max Lavt Must Max Normal Kører Falder til Normal Stigende til høj Irrelevant

23 Nej Must Max Lavt Must Max High Kører Falder til High Stigende til høj Irrelevant

24 Nej Must Max Lavt Must Max Must Stop Kører ikke Falder til Normal Ingen ændring Irrelevant

Test

nr. Field-test

udført

(HPCOM)

Før Aktion Forventet resultat Lab-

test

udført

(i SGO)

Smart Grid Open - projektet

Fieldtest - setup

Fieldtest – udført i HPCOM

HP

kører

Ønsket

fremløbstemp,

niveau

Målt aktiv

effekt VP,

niveau

Fra mode Til mode VP

Ønsket

fremløbstemp,

niveau

Målt aktiv

effekt VP,

niveau

1 Ja Normal Normalt Normal Must Stop Stopper Ingen ændring Faldende til lav ok ok

2 Nej Normal Lavt Normal Must Stop Kører ikke Ingen ændring Ingen ændring ok

3 Ja Normal Højt Normal High Kører Stigning til High Stigende til høj ok

4 Nej Normal Lavt Normal High Starter Stigning til High Stigende til høj ok

5 Ja Normal Højt Normal Must Max Kører Stigning til Must Max Stigende til høj ok

6 Nej Normal Lavt Normal Must Max Starter Stigning til Must Max Stigende til høj ok

7 Nej Normal Lavt Must Stop Normal Starter Ingen ændring Stigende til høj ok

8 Nej Normal Lavt Must Stop High Starter Stigning til High Stigende til høj ok ok

9 Nej Normal Lavt Must Stop Must Max Starter Stigning til Must Max Stigende til høj ok

10 Ja Normal Normalt Must Stop Normal Kører ikke Ingen ændring Ingen ændring Irrelevant

11 Ja Normal Højt Must Stop High Kører ikke Stigning til High Ingen ændring Irrelevant

12 Ja Normal Højt Must Stop Must Max Kører ikke Stigning til Must Max Ingen ændring Irrelevant

13 Ja High Normalt High Normal Kører Falder til Normal Faldende til lav ok

14 Nej High Lavt High Normal Kører ikke Falder til Normal Faldende til lav

15 Ja High Højt High Must Max Kører Stigning til Must Max Stigende til høj

16 Nej High Lavt High Must Max Starter Stigning til Must Max Stigende til høj ok

17 Ja High Normalt High Must Stop Stopper Falder til Normal Faldende til lav ok

18 Nej High Lavt High Must Stop Kører ikke Falder til Normal Faldende til lav ok

19 Ja Must Max Normalt Must Max Normal Kører Falder til Normal Faldende til lav ok

20 Ja Must Max Højt Must Max High Kører Falder til High Faldende til lav ok

21 Ja Must Max Normalt Must Max Must Stop Stopper Falder til Normal Faldende til lav ok

22 Nej Must Max Lavt Must Max Normal Kører Falder til Normal Stigende til høj Irrelevant

23 Nej Must Max Lavt Must Max High Kører Falder til High Stigende til høj Irrelevant

24 Nej Must Max Lavt Must Max Must Stop Kører ikke Falder til Normal Ingen ændring Irrelevant

Test

nr. Field-test

udført

(HPCOM)

Før Aktion Forventet resultat Lab-

test

udført

(i SGO)

Fieldtest – eksempel 11. april

UseCase

Aggregator ønsker at kunne bestemme VP’ens driftstidspunkt og eleffektoptag, så elmarkedets krav til op- og nedregulering kan honoreres

ForventningAt få en højere sikkerhed for, at VP’en starter, når diftsformerne High og Must Max vælges.

Observation• Vælges ‘Blokering’, standser VP’en. Vælges derefter ‘Normal’, starter VP’en

forudsat spærretiden er udløbet, og der er varmebehov (udtrykt ved et beregnet integrale: gradminuttallet)

• Ved de nye driftsformer, ‘High’ og ‘Forced’, hæves setpunktet for fremløbet internt, og i det sidste tilfælde produceres der også af og til varme til varmt brugsvand. Men så længe bygning eller brugsvandstank ikke kalder på varme, så kører VP’en ikke

Set fra en aggregators vinkel

Konklusion

• Hvorvidt den forventede adfærd reelt også er den UseCase som varmepumpe producenten har implementeret, er usikkert.

• Hvis de to modes ’High’ og ’Forced’ betyder, at at varmepumpen over en periode ville køre mere / forbruge mere effekt, end hvis den kørte i normal mode, så er det muligt dette vil kunne opnås med at hæve fremløbstemperaturen.

• Men, hvis der også er installeret termostater i bygningen, der begrænser bygningens varmeoptag, så vil det heller ikke have en effekt.

• I forhold til den beskrevne use-case herover, reagerer varmepumpen ikke som forventet på de to nye styresignaler ’High’ og ’Forced’ og giver derfor ikke aggregatoren en højere sikkerhed for at varmepumpen reelt starter, og kører i en længere periode.

Set fra en aggregators vinkel (fortsat)

• Det er vist, at der kan laves test• Det er vist, at det giver mening at teste, fordi varmepumperne ikke reagerer ens på de

forskellige styresignaler• Vanskeligt at styre kompressoren i den enkelte varmepumpe:

• Spærretid før genstart (on/off VP)• Varmebehov påkrævet (varmelagre kan være fyldte, radiatortermostater der lukker ...)

• En større pulje af varmepumper bør statistisk set kunne bringes til at reagere forudsigeligt i en eller anden grad

• En aggregator kan have nytte af High og Blokering, fx opbygning af varmelager i High og Blokering i kogespids (lav hhv høj elpris)

• En DSO vil kunne bruge Max til netstabilisering, fx ved aktivering af elpatron• El-måling. Hvordan fås feed-back om, hvor meget energi varmepumpen har brugt i de enkelte

driftsmodes? (tidsopløsning)• Time-up (max varighed af styrekommando ved ikke-Normal drift):

• Ifølge SG Ready label 2 timer ved Blokering. Var ikke sat i de testede varmepumper• Bør kunne stilles både i Blokering, High og Max i tilfælde af et hængende styresignal.

• Ikke urealistisk at SG Ready konstruktionen med 2 bit (4 styrekommandoer) kan benyttes også ved elbiler og solcelleanlæg, men også her kun ved styring af en pulje

Konklusion og perspektiver

Til slut det store spørgsmål:• Knap 1.000 varmepumper SG Ready-godkendt, men anvendes denne styring

overhovedet i nogen varmepumper???