Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Sådan kan bygninger fungere som batterier i en grøn omstilling af energisystemet

Danmark skal være klimaneutral i 2050. Det kræver store omlægninger af vores forsyningssektor, og her kommer især bygninger til at spille en væsentlig rolle. Tre ph.d.-studerende på Aarhus Universitet fortæller her om deres forskning, der skal hjælpe Danmark i mål med klimaplanerne.

19.11.2020 | Stine Rasmussen

”Danmark er helt i front inden for forskning i fjernvarme. Med vores projekter vil vi demonstrere, at Danmark kan være et af de første lande, der på en økonomisk fornuftig måde udnytter den eksisterende boligmasse i fjernvarmesystemer som varmelagre," siger ph.d.-studerende Virginia Amato (tv). På billedet ses også Thea Broholt (midt) og Louise Christensen (th). Foto: AU Foto.

Danskere elsker fjernvarme. Vi har haft den i over 100 år, vores fjernvarmenet er 60.000 kilometer langt – halvanden gang rundt om jorden – og 64 pct. af alle husstande i Danmark er i dag fjernvarmeforsynet.

Men fjernvarmen er i høj grad produceret af sorte energikilder. Blot ca. 52 pct. af varmen kommer i dag fra vedvarende energikilder som sol, vind og geotermi.

Opvarmning af bygninger står i dag for hele 40 pct. af Danmarks samlede energiforbrug.

Hvis Danmark skal i mål med regeringens klimahandlingsplan, hvor målet er klimaneutralitet i 2050 – altså en varmesektor udelukkende drevet af grøn energi, så spiller fjernvarmeforsyningen derfor en central rolle i udfasningen af fossile brændstoffer.

Tre ph.d.-projekter fra Aarhus Universitet kan spille en væsentlig rolle i regeringens klimaplan og i arbejdet med netop at løse denne problematik hos fjernvarmeværkerne.

”Ligesom man bruger batterier til at lagre overskudsenergi i elnettet, vil vi bruge den termiske masse i bygninger som et varmelager, der kan reguleres ved hjælp af et intelligent varmestyringssystem,” siger ph.d.-studerende Louise Christensen, som arbejder med brugeradfærd og -tilpasning i forhold til det nye system.

Bygninger som batteri

Varme kan lagres i bygningers konstruktioner samt møbler og endda i selve indeluften. Især tunge byggematerialer som beton og mursten har god varmekapacitet, så boligen kan fungere som et termisk batteri, der kan oplagre varme fra fjernvarmenettet.

Det er i såkaldte spidslastperioder, at energiforbruget overstiger produktionen af grøn energi, og her bliver man nødt til at tænde op i de ’sorte’ kedler. Hvis man kan lagre grøn energi til tidspunkter, hvor energiforbruget er højt, kan man derved undgå at bruge fossile energikilder.

Målet er derfor at varme bygningen en smule ekstra op inden spidslastperioderne, hvor rumopvarmningen dermed kan slukkes, så man undgår at bruge energi til opvarmning i den periode.

Louise Christensen er uddannet bygningsingeniør inden for energi og indeklima, ligesom sine to ph.d.-kolleger, Thea Broholt og Virginia Amato, der begge forsker i udvikling af et styringssystem til at opnå varmefleksible boliger.

Målet er at gøre fjernvarmenettets varmestyringssystem både intelligent, fleksibelt, miljøvenlig og prisdygtigt.

Som det er nu, regulerer forbrugere rumvarmetermostaten ud fra egne præferencer om, hvornår der skal være varme, og hvor varmt det skal være. Det betyder, at rumvarmeforbruget er nogenlunde konstant og lægger dermed en bund for de spidslaster, som f.eks. opstår om morgenen, hvor mange bruger varmt vand til bad.

Fleksibelt varmeforbrug

Men i fremtiden kan fjernevarmeværket ikke bruge fossile brændsler til at klare perioder med spidslaster. Derfor er varmeforbruget nødt til at være mere fleksibelt, så spidslasterne ikke opstår.

Formålet med et nyt varmestyringssystem er derfor at flade disse belastninger ud, og her er planen at lade et automatisk system styre varmeforbruget for forbrugerne.

I dette system skal borgerne blot definere deres personlige komforttemperaturinterval, og så vil det intelligente styringssystem sørge for, at man altid har en komfortabel temperatur med det mest bæredygtige energiforbrug.

”Vi er vant til at sætte termostaten i en fast position, der giver komfort, men fremadrettet vil det være oplagt at lade et intelligent system styre temperaturen inden for et ønsket komfortinterval. Ved at tillade det kan vi ved hjælp af store mængder data om individuelt varmebehov, indetemperaturer, vejrlig og prissignaler give fjernvarmeværkerne viden om, hvordan en given bolig skal styres for at flytte energibehovet væk fra spidslastperioder,” siger Thea Broholt, som gennem sin forskning udvikler og programmerer styringssystemet.

En smart styring af energiforbruget vil i sidste ende sænke priserne for forbrugerne, for fjernvarmeværket kommer til at regulere sine priser efter effektiviteten af fjernvarmesystemet som helhed.

”Den intelligente varmestyring minimerer varmeomkostningen for forbrugeren ved at tilføje ekstra varme til bygninger, når prisen for varmeproduktion er lav, således at den lagrede varme i konstruktionen kan holde indeklimaet behageligt uden at bruge energi, mens priserne er høje,” siger Thea.

Danmark i forskningsfront

Inden for de seneste 10 år er der sket et skred i forskningen i lagring af termisk varme i bygninger – men mest på teoretisk niveau. Som noget nyt skal de tre ph.d.-studerende forske i, hvordan man realiserer det teoretiske potentiale i praksis, og der er behov for konkrete forskningsresultater, så systemerne kan blive udviklet, testet og sidenhen medvirke til den grønne omstilling.

”Danmark er helt i front inden for forskning i fjernvarme. Med vores projekter vil vi demonstrere, at Danmark kan være et af de første lande, der på en økonomisk fornuftig måde udnytter den eksisterende boligmasse i fjernvarmesystemer som varmelagre, der muliggør en øget integration af mere bæredygtige varmekilder,” siger Virginia Amato. 

Den forskningsbaserede demonstration er dog stadig i den tidlige fase, men det forventes, at vores projekter vil medvirke til, at vi hurtigere kan få smart styringsteknologi implementeret i stor skala, forklarer Virginia.

Et fuldt integreret, intelligent styringssystem kræver mange undersøgelser på forskellige fronter. Ud over den smarte styringsteknologi er det også vigtigt at sikre tilfredse og komfortable brugere.

”Vi skal tage højde for brugerens komfortpræferencer og adfærd for at få det smarte styringssystemet til at fungere. Vi forventer faktisk, at brugerne af det smarte styringssystem enten ikke vil lægge mærke til det eller vil opleve en øget termisk komfort. Det kræver dog nogle eksperimentelle undersøgelser ude i folks boliger for at eftervise dette, og det er vi i fuld gang med,” siger Louise.


Fakta

Louise Christensens projekt, ’The effect of building occupant preferences and behavior on model predictive control of space heating‘, hører under Flexible Energy Denmark og er sponsoreret af Innovationsfonden.

Thea Broholts projekt, ’Model Predictive Control of Residential Heating Systems in Practice’, hører under projektet Heat 4.0 og er sponsoreret af Innovationsfonden.

Virginia Amatos project, ‘Model Predictive control of residential space heating systems’, er en del af projektet PreHeat, der er delvist financieret af EUDP, og som sker i samarbejde med den private virksomhed ReMoni.

 

Ph.d.-projekterne bliver afsluttet i 2022. 


Kontakt

Jesper Bruun
Kommunikationspartner
Mail: Bruun@eng.au.dk
Tel.: +45 42404140

AU Engineering, Institut for Byggeri og bygningsdesign