Risposta alla domanda (DSR) nel teleriscaldamento
Scritto da Sonja Salo. Pubblicato in precedenza da Fourdeg Oy a Mon 10 Sep 2018 11:00:00 AM EEST
Questo articolo è stato precedentemente pubblicato su Kuntatekniikka (12/2016)
Dotare il sistema di riscaldamento degli edifici di dispositivi di controllo intelligenti può portare notevoli vantaggi economici e ambientali. Una volta che gli edifici sono collegati alla rete di teleriscaldamento locale delle città o dei comuni, non devono essere ottimizzati gli edifici singolarmente, ma l'intera rete di teleriscaldamento come sistema che ottimizza simultaneamente produzione, distribuzione e consumo.
Circa la metà delle case finlandesi è collegata al teleriscaldamento. Il consumo totale di energia nel 2015 è stato di circa 33 TWh, in calo del 5% rispetto all'anno precedente, a causa del clima caldo record.
Il teleriscaldamento è considerato il modo più economico per riscaldare gli edifici, soprattutto nelle aree urbane. La Finlandia, come altri Paesi nordici, possiede alcune delle reti di teleriscaldamento più complete al mondo. Tuttavia, le forme di riscaldamento alternative si stanno evolvendo rapidamente. La crescente concorrenza e i cambiamenti nella direzione della politica energetica stanno esercitando una forte pressione sulle aziende di teleriscaldamento affinché cambino.
Attualmente il teleriscaldamento viene prodotto direttamente per soddisfare la domanda dei consumatori e a prezzi piuttosto rigidi. Il consumo di teleriscaldamento varia sia stagionalmente che quotidianamente in base alla temperatura esterna e al comportamento dei consumatori. La flessibilità nella fornitura di energia è ottenuta principalmente attraverso cambiamenti nella produzione, l'utilizzo di grandi serbatoi d'acqua e l'ottimizzazione della rete di distribuzione. I picchi momentanei della domanda devono spesso essere sostituiti da combustibili fossili, perché sono adatti a rapidi cambiamenti nella produzione di calore.
Il calore viene immagazzinato nelle strutture
In alternativa, il consumo energetico dei singoli edifici potrebbe flettersi verso il basso durante i picchi di consumo momentanei. Lo scopo della gestione della domanda di teleriscaldamento è quello di trasferire nel tempo la giusta quantità di energia termica necessaria agli edifici, ottimizzando al contempo la domanda energetica totale della rete. Ad esempio, l'energia termica può essere fornita agli edifici alcune ore prima di un picco di domanda. L'energia fornita viene immagazzinata in serbatoi di acqua calda o nelle strutture degli edifici, riducendo così la domanda di energia degli edifici durante il picco di richiesta. In questo modo si evita l'avvio di una costosa centrale elettrica di riserva.
La gestione della domanda per il teleriscaldamento è simile a quella utilizzata per l'elettricità. A livello internazionale, Demand Side Management è inteso anche come risparmio energetico totale, mentre Demand Response nei sistemi elettrici si riferisce al trasferimento di energia nel tempo. A differenza dell'elettricità, il teleriscaldamento è costretto a essere prodotto localmente.
Il teleriscaldamento è anche più rigido come forma di energia, reagisce più lentamente ai cambiamenti e la flessibilità deve essere pianificata in anticipo. Con la termoregolazione intelligente, l'utente finale non si accorge della variazione momentanea del riscaldamento a causa della lentezza della risposta.
L'obiettivo finale della risposta alla domanda (DSR) è quello di ottenere risparmi sia sul consumo energetico che sui costi senza sacrificare la facilità d'uso. Pertanto, la gestione della domanda di acqua calda sanitaria e di teleriscaldamento ha solo possibilità limitate.
Batteria termica virtuale
Gli edifici collegati al teleriscaldamento possono far parte di un accumulatore di calore virtuale e distribuito con controllo intelligente. Questi piccoli accumulatori termici locali appaiono all'azienda di teleriscaldamento come una grande batteria termica virtuale, che può essere caricata e scaricata dall'operatore allo stesso modo di una grande batteria termica a serbatoio d'acqua.
Un sistema di accumulo termico distribuito funziona come una centrale elettrica virtuale nei sistemi elettrici. In questo modo, un'azienda di teleriscaldamento può aumentare la propria capacità di accumulo virtuale con un investimento relativamente contenuto, senza possedere alcun accumulo fisico.
Gli accumuli termici distribuiti possono essere gestiti da remoto con dispositivi connessi all'Internet of Things. I suoi vantaggi includono bassi costi di investimento, manutenzione predittiva e uso efficiente dello spazio. Un accumulo termico distribuito in un immobile teleriscaldato è un notevole accumulatore di calore.
L'accumulatore di calore si carica e si scarica nelle strutture in base alla variazione della temperatura dell'aria ambiente, consentendo un accumulo di calore a breve termine di circa qualche ora.
Quando i radiatori aumentano la potenza, l'aria della stanza si riscalda per prima a causa della minore capacità termica. Successivamente, l'energia termica viene lentamente trasferita alle strutture della stanza, come le pareti, il pavimento e il soffitto.
Di conseguenza, quando la potenza dei radiatori diminuisce, le strutture della stanza trasferiscono lentamente l'energia termica all'aria della stanza, mantenendo una temperatura costante.
La capacità di accumulo termico può essere aumentata
Il potenziale di accumulo delle strutture dipende in larga misura dalla capacità termica del materiale, dalla sua massa e dal gradiente termico a cui viene applicato l'accumulo. Gli edifici collegati alla gestione della domanda devono avere una struttura pesante e quindi un'elevata capacità termica.
La capacità di accumulo termico può essere aumentata aggiungendo l'accumulo di calore latente (LHS) al posto dell'accumulo di calore sensibile (SHS), che può essere realizzato sia con sistemi attivi sia integrando passivamente i materiali a cambiamento di fase nelle strutture.
L'equipaggiamento di un edificio con controlli intelligenti ne riduce il consumo energetico, poiché i controllori bilanciano la temperatura interna degli ambienti, abbassano la temperatura durante le assenze e imparano a conoscere la capacità termica individuale dell'edificio. Con il giusto controllo, l'edificio si ottimizza e risparmia energia.
Con la gestione della domanda, la temperatura interna di un edificio può aumentare momentaneamente, causando un aumento delle perdite di calore. L'edificio può quindi consumare più energia di quella che risparmia durante l'interruzione del calore. Tuttavia, questo aumento della domanda di energia è stato realizzato durante un periodo economicamente vantaggioso e il costo totale della produzione di energia può ancora diminuire.
La potenza può essere ridotta fino al 30%
Il potenziale di accumulo delle strutture dipende in larga misura dalla capacità termica del materiale, dalla sua massa e dal gradiente termico a cui viene applicato l'accumulo. Gli edifici legati all'elasticità della domanda sono il più pesanti possibile, cioè hanno una grande massa termica.
La capacità di accumulo termico può essere aumentata scegliendo l'accumulo di calore latente invece di quello sensibile, che può essere realizzato con sistemi attivi o integrando passivamente il materiale a cambiamento di fase nelle strutture.
La dotazione di dispositivi di controllo intelligenti riduce il consumo energetico dell'edificio, quando i controlli bilanciano la temperatura interna degli ambienti, abbassano la temperatura durante l'assenza e imparano a conoscere la resistenza termica individuale dell'edificio. Con il giusto controllo, l'edificio risparmia energia nel suo complesso.
Con l'elasticità della domanda, la temperatura interna dell'edificio può aumentare momentaneamente, facendo aumentare anche le perdite di calore. L'edificio può quindi consumare più energia quando risparmia calore durante un'interruzione di corrente. Tuttavia, questo aumento della domanda di energia è stato implementato in un momento economicamente vantaggioso e i costi di produzione totali possono quindi diminuire.
La potenza di picco può essere ridotta fino al 30%.
Per la flessibilità della domanda di teleriscaldamento sono state effettuate simulazioni specifiche per ogni stanza e per l'intera rete. La simulazione per ambiente ha mostrato che i punti più deboli dell'edificio si trovano nelle stanze d'angolo, che hanno una perdita di calore maggiore rispetto al resto dell'edificio. Pertanto, con un controllo del riscaldamento specifico per ogni stanza, è possibile utilizzare il potenziale di accumulo dell'intero edificio.
Secondo una ricerca condotta a Jyväskylä, è possibile ridurre la potenza del sistema di teleriscaldamento fino al 25-30%, il che significa che si può evitare l'uso di un centro di riscaldamento che funziona a olio combustibile, ad esempio.
La flessibilità della domanda di teleriscaldamento fa parte della rete di teleriscaldamento intelligente del futuro. In base alla simulazione della rete, un'azienda di teleriscaldamento può risparmiare circa il 5-10% dei costi variabili del teleriscaldamento utilizzando una batteria termica distribuita.
La quota dei costi variabili nei costi totali della produzione di teleriscaldamento varia in base, ad esempio, alla struttura di produzione, alle dimensioni e all'età della rete di teleriscaldamento. Nella simulazione si è tenuto conto della dipendenza dell'impianto di produzione combinata di elettricità e calore e della pompa di calore di grandi dimensioni dal prezzo spot dell'elettricità.
Un'azienda energetica può trovare un valore aggiunto al business esistente aprendo una conversazione con il cliente. Questo porta a una delle questioni centrali dell'elasticità della domanda: come possiamo attirare i consumatori a partecipare all'elasticità? Sebbene la tecnologia esista, i giusti incentivi economici e sociali sono ancora in fase di sviluppo.
Anche l'atteggiamento dei consumatori nei confronti dell'approvvigionamento energetico senza fine dovrebbe essere aggiornato. Il settore pubblico potrebbe fare da apripista per un teleriscaldamento più pulito, più intelligente e più efficiente.
Fonti:
Energiateollisuus (2015) Energiavuosi
Sonja Salo (2016) Predictive Demand-side Management in District Heating and Cooling Connected Buildings,
Kärkkäinen et al. (2004) La gestione della domanda dei sistemi di teleriscaldamento