Möjligheter och utmaningar för demand response i byggnader: En utvärdering av effektbesparingar kontra påverkan på inomhusklimatet i kontorsbyggnader

UPTEC STS21030

Examensarbete 30 hp Juni 2021

Möjligheter och utmaningar för demand response i byggnader

En utvärdering av effektbesparingar kontra

påverkan på inomhusklimatet i kontorsbyggnader

Lisbet Ersson

Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten

Besöksadress:

Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0

Postadress:

Box 536 751 21 Uppsala

Telefon:

018 – 471 30 03

Telefax:

018 – 471 30 00

Hemsida:

http://www.teknat.uu.se/student

Abstract

Possibilities and challenges for buildings to contribute with demand response

Lisbet Ersson

This thesis examines the possibilities and limitations of connecting

office buildings to demand response (DR) programs, with emphasis on the effect it has on indoor climate. Heating, ventilation and air

conditioning (AC) systems was used as sources to scale power, and thereby contribute with power to capacity markets related to the electrical grid. By simulations performed in MatLab, as well as live tests in one of Vasakronan’s buildings, this work contributes with

knowledge of DR in office buildings in the Swedish environment, which to date have been lacking in literature. All systems considered in this

report has potential to contribute with power to DR programs. Heating and AC systems has greater power saving potential than the ventilation system. However, ventilation also holds potential as a source of power savings and is applicable to a larger portion of the building stock.

Indoor air carbon dioxide level is affected to varying degrees depending on the extent of power reduction, where a reduction up to 90 % of ventilation is possible without exceeding approved limits. Reduction of ventilation caused the highest rise in carbon dioxide levels during mid- day and especially during the winter. Flexibility is key for the control system, especially when considering future climate challenges and trends. DR strategies should include control of all systems both during the active DR time but also when returning to normal activity to reduce the risk of compensation from other systems.

ISSN: 1650-8319, UPTEC STS21030 Examinator: Elísabet Andrésdóttir Ämnesgranskare: Rafael Waters

Handledare: Tobias Jonson och Oskar Häger

Popul¨ arvetenskaplig sammanfattning

Sverige har f¨oresatt som m˚al att n˚a noll nettoutstl¨app av v¨axthusgaser till ˚ar 2045. Det ¨ar ett ambiti¨ost m˚al som bland annat kommer att kr¨ava elektrifiering inom fossilintensiv industri, vilket i sin tur bidrar till den allt mer ¨okande elanv¨andningen. F¨or att klara av den ¨okande efterfr˚agan p˚a el bygger man ut f¨ornyelsebara intermittenta kraftk¨allor, det vill s¨aga kraftslag med variabel elproduktion. Det inneb¨ar en allt mer volatil eltillg˚ang d˚a produktionen blir mer stokastisk. Efterfr˚ageflexibilitet ¨ar en l¨osning p˚a konsumtionssidan f¨or att m¨ota variationen i produktionen, d¨ar tanken ¨ar att elkonsumenter ska anpassa sin elanv¨andning beroende p˚a effekttillg˚ang i eln¨atet. Enskilda konsumenters effektbidrag ¨ar n¨astan obefintlig i j¨amf¨orelse med behovet, men om flertalet elanv¨andares effekt aggregeras kan det tillsammans bidra med tillr¨ackligt h¨oga niv˚aer f¨or att g¨ora skillnad.

I andra delar av v¨arlden, fr¨amst varmare omr˚aden i USA och Kina, har man anv¨ant sig av ef- terfr˚ageflexibilitet under en l¨angre tid f¨or att spara p˚a elkostnaderna. D¨ar ¨okar industrier och bost¨ader sin konsumtion n¨ar elpriserna ¨ar l˚aga, och minskar den n¨ar elpriserna ¨ar h¨oga. Indu- strierna utnyttjar en flexibilitet att f¨orskjuta sin produktion av varor i tiden medan bost¨ader utnyttjar den termiska tr¨ogheten som byggnaden besitter. Elpriserna i v¨arlden ¨ar vanligtvis mer varierande ¨an i Sverige och systemen drar i regel mer el, vilket har bidragit till en st¨orre potential f¨or efterfr˚ageflexibilitet och d¨arav ocks˚a fler studier med den kontexten. Framf¨or allt kylsystem har unders¨okts i m˚anga studier d˚a varmare regioner har stora kylbehov och kylmaskiner har relativt l˚ag verkningsgrad och d¨arav kr¨aver stora m¨angder el. Utmaningarna i Sverige har inneburit att nya marknader tillkommit vilket bidragit till ekonomiska incita- ment f¨or olika akt¨orer att dra ner p˚a sin elkonsumtion under h¨oglasttider, d¨ar ¨aven mindre effektniv˚aer kan utnyttjas.

Efterfr˚ageflexibilitet ¨ar ett paraplybegrepp som inkluderar flera olika sorters tj¨anster, d¨ar de- mand response ¨ar en s˚adan. Demand response g˚ar ut p˚a att systemoperat¨orer ger incitament, vanligtvis ekonomiska, till sina kunder att ¨andra sitt konsumtionsm¨onster. Fram tills nu ¨ar det fr¨amst f¨oretag och bostadshus som unders¨okts som potentiella resurser f¨or demand response- program, d¨ar kontorsfastigheter inte f˚att samma intresse. I och med den oftast h¨oga digitala uppkopplingen samt stora termiska massa dessa byggnader besitter, utg¨or kontorsbyggnader en stor potentiell resurs f¨or demand response. Denna studie ¨amnar d¨arf¨or att vidare utre- da potentialen att utnyttja kontorslokaler till kapacitetsmarknader. M˚alet ¨ar att unders¨oka vilken potential det finns f¨or kontorslokaler att bidra med effekt f¨or flexibilitets¨andam˚al och samtidigt uppr¨atth˚alla ett godk¨ant inomhusklimat. Vasakronan, som ¨ar ett av Sveriges st¨orsta fastighetsbolag, har potential att bidra med effekt till aggregatorer genom att utnyttja ex- empelvis byggnadernas termiska tr¨oghet. F¨or f¨oretagets del ¨onskar man utvinna den st¨orsta m¨ojliga effekten utan att kraven p˚a inomhusklimatet ¨overskrids.

F¨or att besvara fr˚agest¨allningarna i arbetet genomf¨ordes dels simuleringar av demand re- sponse i tv˚a framtagna byggnadstyper i MatLab f¨or att unders¨oka effektreducering samt

p˚averkan p˚a inomhusklimatet. Dessa visade p˚a att demand response ¨ar m¨ojligt att bedriva i kontorsbyggnader med inomhusklimatet inom godk¨anda niv˚aer. Samtidigt visade simule- ringarna p˚a svagheter i modellen d¨ar det kan vara sv˚art att utnyttja modellen f¨or enskilda system. Ut¨over simuleringarna genomf¨ordes ett test d¨ar ventilationen reducerades i en av Va- sakronans byggnader under en och en halv timme f¨or att testa tekniken i verkligheten. Detta bekr¨aftade resultaten fr˚an simuleringarna d¨ar effekten reducerades utan att koldioxidhalter eller temperaturer ¨overskred gr¨anserna. D¨aremot visade testet p˚a sv˚arigheten att kvantifiera effektbesparingen utan en tydlig baseline, det vill s¨aga ett estimat av anv¨anda effekten utan demand response-inblandning. Resultaten i denna studie bekr¨aftar tidigare litteratur om att demand response i byggnader har potential att bidra med effekt p˚a olika sorters elmarknader.

Potentialen f¨or byggnader med effekt till kapacitetsmarknader beror delvis p˚a de tekniska systemen i byggnaden, den ekonomiska kompensationen fr˚an marknaden samt till vilken grad inomhusklimatet kan kompromissas. Komplexiteten i byggnader och dess system medf¨or stora m¨ojligheter till vidare studier p˚a ¨amnet f¨or att f˚a en st¨orre f¨orst˚aelse f¨or vilka system som ¨ar l¨ampliga att utnyttja och hur dessa b¨or styras mest effektivt.

F¨ orord

Det h¨ar examensarbetet har utf¨orts p˚a Uppsala universitet i samarbete med Vasakronan. Om- fattningen av arbetet ¨ar 30 h¨ogskolepo¨ang p˚a avancerad niv˚a och har utgjort den avslutande delen av civilingenj¨orsprogrammet i system i teknik och samh¨alle.

Jag vill rikta ett stort tack till mina tv˚a handledare Tobias Jonson och Oskar H¨ager p˚a Vasakronan. B˚ade f¨or hj¨alpen med examensarbetet men ocks˚a det varma mottagandet som jag f˚att hos Vasakronan. Detsamma g¨aller f¨or alla andra personer som jag har kommit i kontakt med under arbetets g˚ang och som tagit sig tid att hj¨alpa mig och bidra med sin kunskap. Dessutom vill jag tacka min ¨amnesgranskare Rafael Waters f¨or hans bidrag och st¨ottning i arbetet. Slutligen vill jag tacka mina f¨or¨aldrar som utgjort ett st¨od, inte bara i detta arbete, utan under hela min studietid.

Lisbet Ersson Juni 2021

Ackronymer

HVAC Heating, Ventilation and Air Condition Svk Svenska kraftn¨at

DR Demand Response

LEED Leadership in Energy and Environmental Design AFS Arbetsplatsens utformning

CAV Constant Air Volume

VAV Variable Air Volume BBR Boverkets byggregler COP Coefficient of Performance

Inneh˚ allsf¨ orteckning

1 Introduktion 1

1.1 Forskningsm˚al . . . . 2

1.2 Avgr¨ansningar . . . . 3

2 Motivering till studie 4 3 Bakgrund 6 3.1 En system¨oversikt av det svenska eln¨atet . . . . 6

3.2 Kapacitetsmarknaden Sthlmflex . . . . 7

3.3 Smarta eln¨at och lastf¨orflyttning i byggnader . . . . 8

3.4 Ber¨akning av baseline . . . 10

3.5 Vasakronan som f¨oretag . . . 11

3.6 Inomhusklimatkrav f¨or arbetslokaler . . . 12

3.7 Om certifieringssystemet LEED . . . 12

4 Teori 13 4.1 Kundbeteende . . . 13

4.2 Modellerat apparatanv¨andande . . . 13

4.3 HVAC-modulen: fysisk inomhusmilj¨o . . . 14

4.4 Potentialen f¨or byggnadsfunktionerna . . . 16

4.4.1 Ventilation . . . 17

4.4.2 V¨armepump . . . 17

4.4.3 Kylmaskin . . . 18

5 Metod 19 5.1 Intervjuer . . . 19

5.2 Modellering och simulering . . . 19

5.2.1 F¨orenklingar och avgr¨ansningar i modellen . . . 19

5.2.2 DR-implementation i befintlig modell . . . 20

5.2.3 Utformning av byggnadstyper . . . 20

5.3 Utv¨ardering av resultat . . . 23

5.4 Statistik och data . . . 24

5.5 Val av simuleringstillf¨allen . . . 24

5.6 Test i byggnad . . . 24

5.6.1 Teknisk information om byggnaden . . . 25

6 Resultat 26 6.1 Simuleringar: v¨armepump . . . 26

6.1.1 Byggnadstyp 1 . . . 26

6.1.2 Byggnadstyp 2 . . . 27

6.2 Simulering: kylmaskin . . . 29

6.2.1 Byggnadstyp 1 . . . 29

6.2.2 Byggnadstyp 2 . . . 30

6.3 Simulering: ventilation . . . 32

6.3.1 Byggnadstyp 1 . . . 32

6.3.2 Byggnadstyp 2 . . . 33

6.3.3 K¨anslighetsanalys . . . 34

6.4 Test i byggnad . . . 36

6.4.1 Affinitetslagarna i verkligheten . . . 38

6.4.2 Utv¨ardering av effektbesparing . . . 38

6.4.3 Sammanfattning av observationer fr˚an testet i Vasakronans byggnad . . 39

7 Diskussion 40 7.1 Utv¨ardering av modell . . . 40

7.2 Skillnader mellan de tv˚a byggnadstyperna . . . 41

7.3 Byggnadsfunktionernas potential till effektreducering . . . 43

7.4 Effektreduceringens p˚averkan p˚a inomhusklimatet . . . 45

7.5 Effektivisering av systemutformning . . . 47

7.6 Framtidsutblick . . . 47

7.7 Vasakronans ramverksutformning . . . 48

7.8 Vidare studier . . . 49

8 Slutsats 51

Referenser 55

1 Introduktion

En ¨okande andel intermittenta kraftslag i elmixen, tillsammans med en stadigt ¨okande el- anv¨andning, st¨aller nya krav p˚a eln¨atet i Sverige. Kapacitetsbrist och effektbrist framh˚alls som tv˚a stora utmaningar i framtidens eln¨at (Svenska kraftn¨at 2019b). Transmissionsn¨atet har inte kapacitet att ¨overf¨ora den el som efterfr˚agas i flera omr˚aden, d¨ar de v¨arst drabba- de omr˚adena ¨ar Stockholm, Uppsala, Malm¨o samt M¨alardalen (ibid., p. 13-14). Redan nu har Svenska kraftn¨at (Svk) uppn˚att en niv˚a p˚a f¨orbrukningen som inneb¨ar att ytterligare uttag inte kan beviljas i det nuvarande n¨atet och ˚atg¨arderna inom enbart Stockholms Str¨om- programmet ¨ar inte tillr¨ackliga f¨or det framtida behovet (ibid., p. 84). Situationen har ¨oppnat upp m¨ojligheten f¨or nya l¨osningar och innovationer. Bland annat har Sthlmflex, ett pilot- projekt som inbegriper en kapacitetsmarknad i Stockholmsregionen, startats f¨or att testa p˚a m¨ojligheten f¨or en lokal flexibilitetsmarknad (Svenska kraftn¨at 2020). Sthlmflex ¨ar en mark- nad f¨or f¨oretag och aggregatorer som kan l¨agga bud p˚a att dra ner en viss procentuell effekt av sin verksamhet under en begr¨ansad tid f¨or att minska belastningen i eln¨atet, framf¨or allt under topplasttimmarna. F¨orhoppningen med projektet ¨ar att denna sorts marknad ska bli ett permanent komplement till nuvarande elmarknader och p˚a s˚a s¨att bidra till ett flexiblare eln¨at. (Lind´en 2020)

Pilotprojektet Sthlmflex handlar om det som kallas efterfr˚ageflexibilitet, vilket g˚ar ut p˚a att utnyttja slutanv¨andares m¨ojlighet att f¨or¨andra sin energianv¨andning beroende p˚a behov i eln¨atet. Huvudsyftet med efterfr˚ageflexibilitet ¨ar inte att reducera den totala elanv¨andningen eller att effektivisera elf¨orbrukningen. Ist¨allet ¨ar fokus p˚a att j¨amna ut lastkurvan f¨or att underl¨atta eln¨atets p˚afrestning under de tillf¨allen under dygnet n¨ar det ¨ar som mest belas- tat, det vill s¨aga f¨orflytta sin elanv¨andning i tiden. Efterfr˚ageflexibilitet har efterfr˚agats av bland annat Energimarknadsinspektionen (Jaakonantti och Rosenlind 2019), som menar att det bidrar till b˚ade en j¨amnare frekvensh˚allning med effektivare resursanv¨andning samt har potential att underl¨atta lokala effektbristsituationer. En enkel f¨orklaring av principen f¨or ef- terfr˚ageflexibilitet ¨ar att akt¨orer reagerar p˚a olika signaler, s˚asom att minska sin elanv¨adning n¨ar eln¨atet ¨ar h˚art belastat eller ¨oka sin elanv¨andning n¨ar priserna ¨ar l˚aga (ibid.). Demand response ¨ar en tj¨anst inom efterfr˚ageflexibilitet som handlar om att reducera sin elanv¨andning p˚a given signal.

Hittills ¨ar det fr¨amst industrier och sm˚ahus som lyfts fram som potentiella resurser f¨or demand response. Bland annat unders¨okte en studie i Texas m¨ojligheten f¨or sm˚ahus att bidra med demand response genom att ¨andra b¨orv¨arden f¨or inomhustemperatur i 40 hus under topplast- timmarna och d¨arigenom reducera effekten f¨or luftkonditionering. Studien visade att aggre- gerade hus har stor potential som tillskott till lastf¨orflyttning f¨or att underl¨atta f¨or eln¨atet (Perez, Baldea och Edgar 2016). F¨orfattarna menade ¨aven att det var f¨ordelaktigt att prim¨art unders¨oka luftkonditioneringen som resurs att bidra till DR, men att andra applikationer och funktioner kan vara viktiga i kallare regioner. I en annan dansk studie om DR i flerbostadshus

p˚apekade f¨orfattarna att demand response avkr¨aver en avv¨agning mellan flexibiliteten som kan utnyttjas, energieffektivitet och slutanv¨andarkomfort (Rotger-Griful et al., 2016). F¨orst˚aelsen f¨or hur demand response p˚averkar inomhusklimatet ¨ar av stor vikt f¨or hur applicerbart det ¨ar inom olika omr˚aden. Kommersiella fastigheter har f˚att betydligt mindre uppm¨arksamhet trots att dessa konsumerar stora m¨angder el samt har en stor inneboende termisk tr¨oghet. Kon- torslokaler st˚ar inf¨or andra sorters utmaningar ¨an sm˚ahus och industrier, bland annat eftersom Arbetsmilj¨overket och fastighets¨agarna st¨aller h¨oga krav p˚a inomhusklimatet och regleringen av elanv¨andning inte f˚ar komma p˚a bekostnad av ¨overskridandet av ¨onskad inomhuskomfort (Varg 2020a). F¨or fastighetsbolagens del ¨ar medverkan p˚a DR-marknader intressant dels f¨or att det kan ge po¨ang i milj¨ocertifieringsprogrammet LEED, vilket m¨ojligg¨or gr¨on finansie- ring, samt att medverkan kan vara ekonomiskt l¨onsamt. Vasakronan, som ¨ar ett av Sveriges st¨orsta fastighetsbolag, har m¨ojlighet att bidra med en aggregerad effekt om flertalet av deras byggnader kopplas till DR-program. Samtidigt st¨alls h¨oga krav p˚a inomhusklimatet och man

¨onskar inte kompromissa med en h¨og kvalitet p˚a inomhusklimatet.

D¨arf¨or ¨amnar detta arbete bidra med f¨orst˚aelse kring demand response i byggnader och balanseringen mellan effektbesparing och inomhusklimat. Inom omr˚adet efterfr˚ageflexibilitet i byggnader finns ¨aven en brist p˚a kunskap f¨or potentialen inom den svenska kontexten och klimatet, byggnadskonstruktionens betydelse f¨or potentialen f¨or DR samt hur styrningen av DR b¨or bedrivas. Denna rapport ¨amnar d¨arf¨or bidra med f¨orst˚aelse f¨or potentialen f¨or DR i byggnader men ¨aven styrningen av ett s˚adant digitalt system. F¨or Vasakronans del ¨ar det av vikt att ta fram ett ramverk och rekommendationer om hur DR systemet b¨or implementeras, vilka funktioner som kan utnyttjas samt vilken p˚averkan dessa har p˚a inomhusklimatet.

1.1 Forskningsm˚al

Detta examensarbete unders¨oker vilka funktioner i en fastighet som ¨ar l¨ampade att utnyttja f¨or demand response (DR) utan att bekv¨amligheten f¨or n¨arvarande i byggnaden underskrider Vasakronans uppsatta krav f¨or inomhusmilj¨o. Genom simuleringar av en byggnadsmodell samt verkliga test i en av Vasakronans byggnader, ¨amnar denna rapport att bidra med f¨orst˚aelse f¨or m¨ojligheter och utmaningar att utnyttja kontorsbyggnader f¨or DR. Ut¨over det ¨amnar arbetet att utv¨ardera modellsimuleringar f¨or enskilda byggnader och byggnadssystem som metod.

F¨or att besvara syftet med detta arbete, st¨alls f¨oljade fr˚agst¨allning:

1. Vilket byggnadssystem maximerar elektrisk effektbesparing genom demand response?

2. Vilket byggnadssystem minimerar kundp˚averkan under demand response?

3. Hur kan styrsystemet f¨or demand response utformas f¨or att maximera effektbesparing och samtidigt minimera kundp˚averkan?

1.2 Avgr¨ansningar

Det finns ett flertal flexibilitetsmarknader som g˚ar att delta p˚a, d¨ar m¨ojligheterna kan variera mellan olika geografiska omr˚aden. Handeln f¨or dessa marknader sk¨ots av Svk. I denna rapport kommer endast deltagandet p˚a Sthlmflex att anv¨andas som utg˚angspunkt. Det ¨ar en enklare marknad i avseende p˚a att man budar ett dygn i f¨orv¨ag p˚a effektreduceringen och d¨armed kan f¨orbereda styrningen ett tag i f¨orv¨ag. Andra marknader kan st¨alla andra sorters krav p˚a systemen, flera frekvensmarknader har krav p˚a svarstider vilket kan handla om minuter eller sekunder. Detta st¨aller vissa krav p˚a systemen, s˚asom snabb reaktionstid vilket inte inkluderas i denna rapport.

Till skillnad fr˚an m˚anga tidigare studier inom ¨amnet demand response, kommer den h¨ar rap- porten att utg˚a ifr˚an det svenska klimatet och svenska f¨oruts¨attningar. Det handlar dels om modellen som anv¨ands f¨or simuleringar i rapporten framtagen f¨or att b¨ast beskriva nordeu- ropeiska f¨oruts¨attningar, d¨ar framf¨or allt Sverige ¨ar i ˚atanke. F¨orhoppningen ¨ar att denna rapport s˚aledes kommer att bidra med mer kunskap om demand response i kallare klimat, n˚agot som hittills inte unders¨okts i samma utstr¨ackning som DR i varmare regioner.

Den h¨ar rapporten unders¨oker ocks˚a endast eleffekt och inte termisk energi. V¨arme- och kylsystem som inkluderas i denna rapport antas vara eldrivna av v¨armepump eller kylmaskin med en snarlik verkningsgrad som en v¨armepump. Eftersom kapacitetsmarknaden som ¨ar i fokus f¨or denna rapport endast inkluderar elenergi ¨an s˚a l¨ange anses detta som en n¨odv¨andig avgr¨ansning. Det finns marknadsf¨ors¨ok f¨or ¨aven energi som d˚a kan inkludera best˚and drivna p˚a fj¨arrv¨arme och liknande, men det ligger utanf¨or fokus f¨or detta arbete.

2 Motivering till studie

Efterfr˚ageflexibilitet i byggnader ¨ar egentligen inte ett nytt omr˚ade inom energisektorn. Redan under 80- och 90-talen bedrevs unders¨okningar av lastf¨orflyttning i byggnader f¨or att minska elkonsumtionen, s¨arskilt under h¨oglasttimmarna. D¨aremot var ¨andam˚alet med testerna fr¨amst motiverade av besparings˚atg¨arder och kostnadsoptimering. Bland annat unders¨okte Braun (1990) hur en byggnads inneboende termiska lagringskapacitet kunde utnyttjas f¨or att minska elkostnader genom att bedriva kylning av byggnaden n¨ar elpriserna var l˚aga, vilket framf¨or allt intr¨affade under natten. Detta kallas ”dynamic building control” och Braun visade att det fanns god potential att minska elkostnader genom att utnyttja lastf¨orflyttningar av kylsyste- met. I en annan studie av Xu m. fl. (2004) unders¨oktes potentialen att reducera elanv¨andningen under h¨oglasttimmarna f¨or en medelstor kommersiell byggnad. En effektreduktion om 80 – 100

% mellan h¨oglasttimmarna 14:00 - 17:00 uppn˚addes. Detta genom att h˚alla temperaturen vid den undre bekv¨amlighetsgr¨ansen tills man n˚adde h¨oglasttimmarna och d˚a reducera kylnings- aggregaten och l˚ata temperaturerna n˚a upp till den ¨ovre bekv¨amlighetsniv˚an. Gemensamt f¨or studierna var att de hade sv˚art att fastst¨alla huruvida f¨orkylning var ett effektivt verktyg, dels var resultaten tvetydiga samt att elkostnaderna f¨or extrak¨orningen kunde bli h¨ogre ¨an besparingarna.

Studierna som gjorts av efterfr˚ageflexibilitet i olika till¨ampningar, har framf¨or allt varit i sm˚ahus (Perez, Baldea och Edgar 2016) och flerbostadshus (Cole m. fl. 2014), (Rotger- Griful m. fl. 2016), (Shengwei 2016). Bland de f¨orsta att unders¨oka kommersiella byggnaders m¨ojlighet att bidra till flexibilitetstj¨anster f¨or eln¨atet var Hao m. fl. (2012). De unders¨okte hur inneboende flexibilitet i HVAC-system i fastigheterna kunde utnyttjas till flexibilitets- tj¨anster. Potentialen f¨or kommersiella byggnader, menar de, ¨ar att det (1) redan finns styr- och m¨atsystem installerade i byggnaderna som underl¨attar implementeringen, (2) flertalet byggnader redan ¨ar uppkopplade till byggnadsautomationssystem som f¨orenklar kommuni- kationen till akt¨orerna som skickar signaler, samt (3) att kommersiella byggnader har stora termiska kapaciteter, d¨ar sm˚a f¨or¨andringar i massfl¨ode och temperatur endast leder till sm˚a f¨or¨andringar av inomhusklimatet. De drog slutsatsen att kommersiella byggnader, med dess rymliga storlek och d¨arav stora termiska kapacitet, har stor potential att dynamiskt f¨or¨andra sin effektkonsumtion och d¨arigenom bidra med effektresurser till reservtj¨anster utan att in- omhusklimatet p˚averkas drastiskt. De menade att en enkel fl¨akt p˚a 35 kW enkelt kan bidra med 5 kW till flexibilitetstj¨anster och att en aggregerad last har s¨arskilt stor potential att bidra med reserver till elsystemet.

Sedan starten p˚a studier kring demand response, har f¨or¨andringar p˚a elmarknaden och i samh¨allet inneburit ¨andrade f¨oruts¨attningarna f¨or flexibilitetsteknik. Dels handlar det, som i fallet Sverige, om ett f¨or˚aldrat eln¨at med upprustningsbehov, h¨ogre integrering av inter- mittenta energik¨allor samt en ¨okad elkonsumtion. ¨Aven h˚allbarhetsutvecklingen och klimat- medvetenhetens utbredning i samh¨allet spelar in, vilket har ¨okat utvecklingen av tj¨anster

och tekniker inom energibranschen som ¨amnar bidra till effektivare och flexiblare energisy- stem ut¨over kostnadsoptimering (Bengtsson 2021). Dessa faktorer har bidragit till att nya tj¨anster och marknader tillkommit som st¨aller nya krav p˚a tekniken, men ¨oppnar ocks˚a upp f¨or nya m¨ojligheter. De nya marknaderna inneb¨ar att tekniken inte endast beh¨over inriktas p˚a att kostnadsoptimera elpriset utan ocks˚a kan erbjudas f¨or andra tj¨anster, som att bidra med flexibilitet i eln¨atet. Det finns studier som har riktat in sig p˚a DR f¨or eln¨atstj¨anster, s˚asom frekvensreglering, exempelvis Eto m. fl. (2007). De nya appliceringsomr˚adena inneb¨ar att till¨ampningar som exempelvis f¨orkylning, som var sv˚armotiverat ur ett kostnadsoptime- ringsperspektiv, ¨ar relevant att unders¨okas ur ett perspektiv som syftar till att maximera tillf¨allig effektreduceringen som ett bidrag till olika eln¨atstj¨anster. D¨ar pilotmarknadsprojekt s˚asom Coordinet i Uppsala samt Sthlmflex erbjuder en ny inkomstk¨alla f¨or de akt¨orer som kan bidra med kapacitet till n¨atet.

Vidare har majoriteten av forskningen hittills inom ¨amnet demand response bedrivits i l¨ander med annat klimat ¨an de nordiska l¨anderna, vilket inneb¨ar att resultaten inte n¨odv¨andigtvis

¨

ar applicerbara h¨ar. I en dansk studie (Rotger-Griful m. fl. 2016) pekar f¨orfattarna p˚a att, till skillnad fr˚an USA som har en h¨og andel HVAC-system uppkopplade till demand response- program i kommersiella och industriella byggnader, ser situationen n˚agot annorlunda ut i nor- diska l¨ander. Anledningen ¨ar bland annat att kylsystem (luftkonditionering) inte har n˚agon utbredning i nordiska l¨ander d˚a klimatet ¨ar betydligt kallare och att uppv¨armning fr¨amst g¨ors genom andra k¨allor ¨an el, exempelvis fj¨arrv¨arme, i kontrast till USA som b˚ade har en h¨og andel luftkonditionering/kylsystem och eluppv¨armning. Det inneb¨ar att potentialen f¨or flexi- bilitet i norden ¨ar mindre, vilket i sin tur har lett till att f¨arre studier har bedrivits i l¨ander med dessa karakt¨arsdrag. Studien av Rotger-Griful m. fl. (ibid.) ¨amnade unders¨oka demand response-potential f¨or ventilationsfl¨aktar i flerbostadshus. S¨arskilt fokus lades p˚a svarstid och uth˚allighet med h¨ansyn till inomhusklimat och byggnadsreglering. Studien visade att ett en- skilt system kan bidra med demand response p˚a 4,5 kW f¨or effekt¨okning och 1,0 kW f¨or effektreducering, utan att kompromissa med inomhusklimatet. F¨orfattarna fastslog ¨aven att automatiserad demand response f¨or ventilationssystem kan utnyttjas b˚ade f¨or reservtj¨anster och lastf¨orflyttningar utan att riskera inomhusklimatet. De menade ocks˚a att en marknads- utveckling som m¨ojliggjorde mindre bidrag ¨an nuvarande effektkrav kunde m¨ojligg¨ora att fler kan bidra p˚a marknaden. Fast¨an effektbidragen fr˚an HVAC-system tycks vara mindre i nor- diska l¨ander, finns potential f¨or efterfr˚ageflexibilitet d˚a nya marknader vuxit fram samtidigt som en stor teknikutveckling skett, framf¨or allt kopplat till digitalisering av byggnader och m¨at-/styrsystem. Det motiverar vidare unders¨okningar av potentialen f¨or demand response i byggnader i nordiska l¨ander.

Det finns ett behov av vidare unders¨okningar av demand response i byggnader. Dels finns brister i litteraturen g¨allande DR i de f˚a studier som gjorts med h¨ansyn f¨or det nordiska klimatet. S¨arskilt saknas studier p˚a kommersiella fastigheter, s˚asom kontorslokalers potential.

Detta arbete ¨amnar s˚aledes bidra med kunskap som saknas i nuvarande litteratur.

3 Bakgrund

I denna del av rapporten ges f¨orst en ¨oversikt av det svenska eln¨atet f¨or att ge en bakgrund till varf¨or det finns ett behov av efterfr˚ageflexibilitet i Sverige. Sedan f¨oljer en beskrivning av vad smarta n¨at och demand response inneb¨ar, f¨oljt av en bakgrund till Vasakronans intresse f¨or demand response.

3.1 En system¨oversikt av det svenska eln¨atet

Stommen i Sveriges eln¨at ¨ar ¨over 100 ˚ar gammalt och uppbyggt p˚a principen att det finns f˚a genererande elproducenter samt transmissionsledningar som ¨overf¨or effekten till slutkon- sumenterna. Standard f¨or ¨overf¨oring av el har varit Alternating Current (AC). I Sverige ¨ar det Svenska kraftn¨at som har balansansvar, det vill s¨aga uppr¨atth˚allandet av den kortsiktiga balansen mellan produktion och f¨orbrukning av el. Frekvensen ¨ar ett m˚att p˚a hur v¨al balan- sen h˚alls, om den f¨orblir stabil ¨ar eln¨atet i balans. I Sverige ligger frekvensen i n¨atet p˚a 50 Hz (Svenska kraftn¨at 2019a). Eln¨at delas vanligtvis in i transmissions- och distributionsn¨at, d¨ar transmissionsn¨atet har en sp¨anningsniv˚a ¨over 220 kV och distributionsn¨atet ligger p˚a sp¨anningsniv˚aer under detta. I Sverige delas distributionsn¨atet vanligtvis in i ytterligare regi- onn¨at, som ligger mellan 30-220 kV i sp¨anningsniv˚aer, och lokaln¨at som i sin tur ligger mellan 0,23 kV och 30 kV. (Svenska kraftn¨at 2021)

Svenska kraftn¨at har identifierat tv˚a drivkrafter som, tillsammans med ett ˚aldrande transmis- sionsn¨at, kommer att inneb¨ara stora utmaningar f¨or det svenska eln¨atet i framtiden. Det hand- lar dels om en ¨okande variation i elproduktionen som beror av en allt h¨ogre andel f¨ornybar och intermittent kraftslag i energimixen, samtidigt som tillf¨orlitlig elproduktion f¨orsvinner i och med k¨arnkraftens avveckling. Den andra faktorn ¨ar en ¨okande elkonsumtion, d¨ar drivkrafterna till den h¨ogre elf¨orbrukningen identifierats som nya industrier och till¨ampningar s˚asom ser- verhallar och batterifabriker, samt elektrifiering av industri och transport. (Svenska kraftn¨at 2019b, s. 28) Sammantaget tyder b˚ada trenderna p˚a att eln¨atet kommer att bli allt sv˚arare att balansera mellan produktion och konsumtion. L¨osningen, menar Svk, inneh˚aller b˚ade en f¨orb¨attring av balanseringsprocessen samt elmarknadsutveckling f¨or att ge f¨oruts¨attningar f¨or l˚angsiktig effekttillr¨acklighet. (ibid., s. 10) Drivkrafter och f¨oruts¨attningar f¨or utveckling av den nordiska balanseringen har inte f¨or¨andrats n¨amnv¨art de senaste ˚aren. D¨aremot har kost- nader f¨or st¨odtj¨anster ¨okat, framf¨or allt automatiska reserver, vilket tyder p˚a ett behov av nya typer av leverant¨orer av st¨odtj¨anster. (ibid., s. 57) Svenska kraftn¨at har de senaste ˚aren ar- betat f¨or att f¨orb¨attra f¨oruts¨attningarna f¨or f¨orbrukningsflexibilitet att delta i balanseringen (ibid., s. 64). Arbetet med balanseringsprocessen som Svk arbetar med beh¨over ta h¨ansyn till trender och drivkrafter som man menar p˚averkar kraftsystemet v¨asentligt fram¨over. Det f¨orsta inbegriper f¨or¨andrade klimatm˚al, vilket f¨or¨andrar m¨onstret f¨or produktion och f¨orbrukning av elenergi. Det andra handlar om det politiska m˚alet att n˚a en gemensam europeisk energi- och balansmarknad. Den tredje och sista trenden ¨ar teknikutveckling som m¨ojligg¨or automatise-

ring samt b¨attre styrning och ¨overvakning av kraftsystemet. (Svenska kraftn¨at 2019b, s. 58).

F¨or att f¨orb¨attra balanseringen, utvecklar man marknaderna och processerna kopplade till frekvens˚aterst¨allningsreserverna (FRR), vilka inbegriper b˚ade automatisk aktivering (aFRR) samt manuell (mFRR) (Svenska kraftn¨at, 2019a, p. 59). Den framtida FRR-marknaden best˚ar av tv˚a delar – en kapacitetsmarknad och en energimarknad per produkt (ibid., s. 61).

Ett ytterligare problem f¨or det svenska eln¨atet ¨ar den kapacitetsbrist som r˚ader i landet.

Sverige har ¨overskott p˚a elenergi som produceras ˚arligen medan effektbalansen, det vill s¨aga tillg˚angen p˚a eleffekt, har minskat under de fem senaste ˚aren. Skillnaden p˚a effektbrist och ka- pacitetsbrist ¨ar att effektbrist inneb¨ar att det r˚ader underskott av producerad el under en viss tid medan kapacitetsbrist syftar p˚a tillf¨allen n¨ar det finns tillr¨ackligt med el i n¨atet men det inte kan transporteras till efterfr˚agad m¨angd till vissa omr˚aden p˚a grund av att n¨atstrukturen

¨

ar otillr¨acklig. (ibid., s. 16) Man f¨ors¨oker l¨osa problemen med kapacitetsbrist genom bland an- nat ledningsutbyggnad och ledningsf¨ornyelse, men ocks˚a genom att ¨oka f¨orbrukningsflexibilitet och energilagring som kan h¨oja effekttillg˚angen. Fr˚agan om efterfr˚ageflexibilitet ¨ar aktuellt i m˚anga sammanhang. Det har till stor del p˚askyndats av kapacitetsbristen som r˚ader i flera svenska regioner, framf¨or allt i storstadsomr˚aden. Energimarknadsinspektionen tog p˚a upp- drag av regeringen fram ˚atg¨arder f¨or att m¨ojligg¨ora efterfr˚ageflexibilitet i Sverige. Man menar att kunden ¨ar den viktigast pusselbiten som beh¨over tj¨anster och avtal som g¨or det m¨ojligt att bidra med effekt. (Energimarknadsinspektionen 2016, s. 3) Svk handlar upp en effektreserv p˚a 1000 MW f¨or att undvika effektbrist som inneb¨ar en kostnad f¨or samh¨allet, Energimarknads- inspektionen menar d¨aremot att denna kan undvikas genom att utnyttja efterfr˚ageflexibilitet ist¨allet. Det skulle bidra till att effektivisera resursanv¨andningen, d˚a en j¨amn elf¨orbrukning inneb¨ar att eln¨atet inte beh¨over ¨overdimensioneras och kostnaderna f¨or olika resurser h˚alls nere. (ibid., s. 9) D¨arf¨or utvecklar Svk m¨ojligheterna f¨or akt¨orer att bidra med st¨odtj¨anster men att tillhandah˚alla flexibilitet och produktionskapacitet ligger p˚a andra akt¨orer (Svenska kraftn¨at 2019b, s. 79). En del av arbetet f¨or ett effektivt eln¨at handlar dessutom om att bygga IT-system som underl¨attar och f¨orb¨attrar underh˚all och m¨atning av eln¨atet. Det ¨ar ett arbete som kr¨aver stora investeringar och st¨aller ocks˚a krav p˚a datahantering.

3.2 Kapacitetsmarknaden Sthlmflex

F¨or att unders¨oka potentialen f¨or en lokal flexibilitetsmarknad, gick Ellevio, Svenska kraftn¨at och Vattenfall Eldistribution ihop f¨or ett forskningsprojekt i Stockholmsomr˚adet. Tanken med projektet ¨ar att motverka kapacitetsbrist i eln¨atet inom region Stockholm. Till skillnad fr˚an Coordinet, som ¨ar ett liknande EU-drivet projekt i Uppsala, ¨ar Sthlmflex inte p˚a uppdrag av EU utan ett marknadsbaserat projekt som drivs av de tre angivna parterna. F¨orhoppningen

¨ar att forskningsprojektet ska forts¨atta ¨aven efter forskningstiden. (Svenska kraftn¨at, 2020) M˚alet med projektet ¨ar att flexibla elanv¨andare kan minska kapacitetsbristen i Stockholm.

Elektrifieringen i samh¨allet inneb¨ar en ¨okande efterfr˚agan p˚a el vilket kr¨aver en utbyggnad av eln¨atet men innan utbyggnaden ¨ar f¨ardig kan kapaciteten i eln¨atet sl˚a i taket om inte

flexibilitet byggs in f¨or att underl¨atta p˚afrestningen. (Vattenfall 2021) Sj¨alva systemet g˚ar ut p˚a att olika akt¨orer kan erbjuda lastf¨orflyttning eller lastreduktion f¨or topplasttimmarna i n¨atet och f˚a ers¨attning f¨or det. Entelios ¨ar en aggregator som handlar p˚a Sthlmflex, det vill s¨aga en akt¨or som samlar ihop effekt fr˚an flertalet mindre f¨oretag som tillsammans kan bidra med en st¨orre aggregerad summa effekt att s¨alja till kapacitetsmarknaden (Entelios 2020).

Projektm˚alet f¨or Sthlmflex ¨ar att skapa en marknad f¨or effektflexibilitet i Stockholmsregi- onen f¨or flaskhalshantering. Kortsiktigt vill man m¨ojligg¨ora stadsutveckling samt avhj¨alpa befintlig stress p˚a eln¨atet. Det handlar om att frig¨ora kapacitet med hj¨alp av nya verktyg, nya processer samt samverkan mellan olika eln¨atsakt¨orer (stam-, region- och lokaln¨at). Ge- nom programmet ¨onskar man ¨aven att skapa f¨oruts¨attningar f¨or ett effektivt anv¨andande av eln¨atet och energisystemet. Ur ett l˚angsiktigt perspektiv handlar det om att skapa en kost- nadseffektiv eldistribution vilket kan ses som en del av ¨overg˚angen fr˚an ett statiskt till en dynamiskt s¨att att arbeta med elf¨ors¨orjning. Sthlmflex-buden r¨aknas som mFRR-bud som kan vara aggregerade ¨over 0,5 MW. F¨or Sthlmflex g¨aller att k¨oparna avropar mest dagen f¨ore, buden och baseline ska vara inl¨amnade 08:55 dagen f¨ore. Flexibiliteten som man handlar med kommer att ha en baseline f¨or verifiering. Flexleverant¨orer beh¨over ha ett avtal med sin balansansvarig. Datum f¨or testperioden var f¨orst satt fr˚an 2 december 2020 till 31 mars 2021.

(Lind´en 2020) Det beslutades sedan att testperioden skulle f¨orl¨angas med ytterligare tv˚a vint- rar, vilket bland annat motiverades med att man ville ¨oka incitamenten f¨or fler akt¨orer att bidra till marknaden (Svenska kraftn¨at 2021).

3.3 Smarta eln¨at och lastf¨orflyttning i byggnader

Ett smart eln¨at inneb¨ar ett eln¨at som ¨ar designat f¨or effektiv transport, konvertering och dis- tribution av effekt fr˚an producent till konsument och som samtidigt interagerar och kommuni- cerar med informationsteknologi (Yi-Vhang och Hong 2014). Smarta n¨at bidrar till m¨ojligheter att kapitalisera p˚a balansbehovet, d¨ar demand response (DR) ¨ar en s˚adan tj¨anst och d¨armed en nyckelkomponent f¨or smarta n¨at (ibid.). DR g˚ar ut p˚a att systemoperat¨orer ger incita- ment, exempelvis ekonomiska, till kunderna att ¨andra deras konsumtionsm¨onster, antingen genom att skifta sin energianv¨andning eller reducera den, och p˚a s˚a s¨att kan en aggregerad minskning av efterfr˚agan uppn˚as om fler kunder v¨aljer att genomf¨ora reduceringen samti- digt (Mathieu och Kiliccote 2011). DR bem¨oter energioptimeringsproblemet, det vill s¨aga problemen kopplade till en oj¨amn lastkurva, men ¨ar inte n¨odv¨andigtvis det energisn˚alaste alternativet. Anv¨andandet av DR-tj¨anster kan s˚aledes leda till l¨agre energieffektivisering och h¨ogre energikonsumtion, samtidigt som det kan plana ut efterfr˚agekurvan och p˚a s˚a s¨att underl¨atta en h¨ogre grad av integrering av f¨ornybara energik¨allor i energimixen. (Chen m. fl.

2018) Lastf¨orflyttningar eller lastreduktioner kan reducera toppefterfr˚agan i n¨atet och d¨armed hj¨alpa till att minska risken f¨or potentiella st¨orningar, undvika ytterligare kostnader f¨or kraft- verk, transmissions- och distributionsinfrastruktur, samt att undvika att anv¨anda dyrare och mindre effektiva kraftslag (Yi-Vhang och Hong 2014). Elkonsumtionen i byggnadsverksamhe-

ter st˚ar f¨or n¨ara 55 % av den totala globala elanv¨andningen (Global Alliance for Buildings and Construction, 2020). Det ¨ar en h¨og andel och antyder en stor potential f¨or DR i byggnader att effektivisera b˚ade elsystemet samt ekonomisk effektivitet (Yi-Vhang och Hong 2014).

Med hj¨alp av investeringar som gjorts i smarta eln¨at under senare tid, har m¨ojligheten ¨okat f¨or byggnader att f˚a en st¨orre och aktivare roll som integrerad och kontrollerbar n¨atresurs.

Det finns olika s¨att att ¨oka flexibiliteten i n¨atinteraktiva byggnader men DR ¨ar dominerande.

(Mathieu och Kiliccote 2011) Den st¨orsta andelen av energikonsumtionen i byggnader orsakas av v¨arme- och kylsystemen. Vanligtvis delas efterfr˚ageflexibla resurser in i antingen termosta- tiska laster (luftkonditionering, element m.m.) eller icke-termostatiska laster (ex. ljusk¨allor, stickkontakter.). Niv˚aer av energiflexibilitet som byggnader besitter beror dels p˚a byggna- dens egenskaper, s˚asom byggnadens termiska massa, energitillg˚ang och energiefterfr˚agesidor, men ¨aven krav p˚a komfortniv˚aer hos kunderna ¨ar viktigt f¨or att s¨atta upp en strategi f¨or ett DR-program. (Chen et al., 2018)

F¨or att kontrollera DR-styrningen kr¨avs det att byggnaderna ¨ar uppkopplade till digitala system som kan ta emot och skicka signaler. Somliga studier har diskuterat m¨ojligheter till applikationer som optimerar bidraget till DR-tj¨anster. En robust optimeringsalgoritm, menar Chen m. fl. (2018), b¨or balansera energikonsumtionsminskning f¨or milj¨on med energikostna- der f¨or medverkare av DR. Optimeringsalgoritmen ¨ar vanligtvis olika f¨or olika byggnadstyper och energisystem. Ber¨akningstiden m˚aste samtidigt vara rimlig f¨or att s¨akerhetsst¨alla att den genomf¨ors i tid till att effektreduceringen ska genomf¨oras. Huvudfunktionerna f¨or ett DR-program ¨ar lokal elproduktion fr˚an f¨ornybar energi, lagringssystem samt HVAC (hea- ting, ventilation, air condition) system. F¨or automerade DR-program finns det ett centralt programmerat kontrollsystem som koordinerar olika signaler. (ibid.)

P˚a efterfr˚agesidan av flexibilitet kan laster delas upp i antingen kontrollerbara eller icke- kontrollerbara apparater. Vanligtvis inkluderar icke-kontrollerbara laster ljusk¨allor, TV, mikro och kyl, vilket inneb¨ar laster som inte ¨ar enkla att p˚averka utan att det st¨or kundernas komfort.

Det st˚ar i kontrast till andra funktioner som ¨ar enklare att kontrollera, exempelvis diskmaskin, luftkonditioneringssystem och v¨armetankar eftersom det existerar ett anv¨andar-tidsf¨onster f¨or dessa apparater. (ibid.)

Det finns fyra prim¨ara bidragsfunktioner i en byggnads potentiella flexibilitet. Den f¨orsta

¨

ar elgenerering fr˚an sj¨alva byggnaden, exempelvis lokala solceller eller vindgeneratorer. Den andra ¨ar byggnadens termiska massa, d.v.s. f¨orm˚agan att absorbera och sl¨appa ut v¨arme n¨ar omkringliggande temperaturen f¨or¨andras. Den tredje bidragsfaktorn ¨ar energilagring, vilket inkluderar batterier, elbilar m.m., som med optimerad laddning- och urladdningsstrategier kan skifta effektefterfr˚agan fr˚an topp till dal i efterfr˚agekurvan. Den sista bidragsfaktorn ¨ar applikationer som, inom tidsf¨onstret, kan f¨orflyttas i tid eller helt reduceras f¨or att bidra till effektreduceringen. Ut¨over dessa fyra bidrag har kundernas beteende och energipriser en p˚averkan p˚a dessa fyra bidrag. (ibid.)

Eftersom byggnader har ett stort behov av v¨arme, kyla och ventilation, ¨ar HVAC effektiva funktioner att utnyttja f¨or flexibilitet i byggnader. Det inkluderar ˚atg¨arder s˚asom globa- la ˚aterst¨allningar av termisk zontemperatur, f¨orv¨armning, f¨orkylning, statisk tryckkontroll (kontroll av infl¨odet av luft), l¨agre vattentemperaturkontroll och liknande. Inom interval- let f¨or komfort, exempelvis f¨or temperatur och ventilation, ¨ar elektriska anv¨andningen av HVAC-system flexibla i h¨og grad. F¨ordelarna att utnyttja HVAC som flexibilitetsresurser

¨ar bland annat att HVAC st˚ar f¨or en stor del av den elektriska konsumtionen i byggnader, b˚ade sommar- och vintertid (d˚a byggnaden b˚ade beh¨over v¨armas och kylas). Den termiska tr¨ogheten i byggnaderna, b˚ade i sj¨alva fastighetsstrukturen och intern massa s˚asom m¨obler, m¨ojligg¨or f¨or HVAC-system att tempor¨art avlastas eller f¨orladdas. Dessutom kan HVAC- system enkelt integreras med smarta energistyrningssystem. (Chen m. fl. 2018) HVAC-system har en inneboende f¨orm˚aga att f¨orse kortsiktig flexibilitet utan att kr¨ava stora f¨or¨andringar och nya investeringar. Temperatur˚aterst¨allning, f¨orkylning och f¨oruppv¨armning ¨ar effektiva metoder f¨or att ¨oka en byggnads flexibilitet. Ut¨over temperatur-d¨odbandet, ¨ar andra para- metrar som termisk massa, intern last och klimat som karakteriserar byggnaden ocks˚a viktiga.

Det kr¨avs en balansering mellan nyttan att minska topplasten och komforten hos kunderna under drifttiden. (ibid.)

3.4 Ber¨akning av baseline

En av utmaningarna n¨ar det g¨aller DR ¨ar att det kr¨avs ett estimat av den normala elanv¨andningen som utg˚angspunkt f¨or ber¨akning av flexibilitetsm¨ojligheter, en s˚a kallad baseline. M˚attet p˚a DR-potential tas fram genom att subtrahera en ber¨aknad baseline fr˚an den verkliga elkon- sumtionen i byggnaden. (Mathieu och Kiliccote 2011) Baseline-lasten ¨ar s˚aledes en viktig faktor f¨or flexibilitetskvantifiering (Chen m. fl. 2018). DR-parametrar kan inneh˚alla variabili- tet till f¨oljd av modellfel i baseline samt reella variationer i fastighetens svar. Felen inkluderar omodellerade lastvariationer, eller baseline-modellfel, vilket inneb¨ar lastvariationer som inte uppfattas av baseline-modeller och inte beror av en DR-signal. Detta fel g˚ar att visualisera genom att plotta den verkliga elf¨orbrukningen och j¨amf¨ora med grafen f¨or baseline-scenariot.

Detta visas i figur 3.1, till h¨oger i bilden. Det andra felet utg¨ors av riktiga DR-variationer, vilket handlar om byggnadens svar p˚a DR-signalen. Det inneb¨ar att byggnadsf¨orest˚andarna eller kunderna ¨overskrider den f¨orprogrammerade och tillt¨ankta minskningen av elkonsum- tion. Baseline utg¨or allts˚a en prediktion om vad lasten skulle ha varit i vanliga fall, utan svar p˚a en DR-signal. Denna anv¨ands f¨or att kvantifiera effekten som reduceras. Variabiliteten som uppst˚ar till f¨oljd av de tv˚a feltyperna, utg¨or skillnaden mellan baseline-scenariot och den verkliga f¨orbrukningen. Det ¨ar viktigt att ha f¨orst˚aelse f¨or dessa fel d˚a stora variationer s¨ager hur tillf¨orlitliga reserverna ¨ar. Tillf¨orlitligheten i byggnadens svar p˚a DR-signalen ¨ar viktigt d˚a stora variationer i respons kan kr¨ava extraresurser eller i v¨arsta fall leda till frekvensavvikelser i n¨atet. (Mathieu och Kiliccote 2011)