Demand side management for city dis

Demand side management for city districts
Dirk Müller a, *, Antonello Monti b, Sebastian Stinner a, Tim Schlo€sser b, Thomas Schütz a,
Peter Matthes a, Henryk Wolisz a, Christoph Molitor b, Hassan Harb a, Rita Streblow a
a RWTH Aachen University, Institute for Energy Efﬁcient Buildings and Indoor Climate, Mathieustr. 10, 52074 Aachen, Germany
b RWTH Aachen University, Institute for Automation of Complex Power Systems, Mathieustr. 10, 52074 Aachen, Germany

a r t i c l e i n f o

Article history:
Received 5 January 2015 Received in revised form 23 March 2015
Accepted 24 March 2015
Available online 1 April 2015

Keywords:
Demand side management Renewable energy Optimization
City district simulation Thermal storages

a b s t r a c t

The increasing installation of volatile renewable energy sources like photovoltaics and wind enforces the need for ﬂexibility options to match the renewable generation with the demand. One of these options is Demand Side Management (DSM) in the context of building energy systems combined with thermal storage systems. This paper discusses such concepts for DSM. A method for analyzing the ﬂexibility that is needed to maintain the stability of the electrical grid is presented followed by the restrictions that are caused by meeting the heat demand and satisfying the comfort criteria of the residents. Approaches for simultaneously fulﬁlling these constraints as well as matching the ﬂexibility needs of the electrical grid and the ﬂexibility provided by the local building energy systems are discussed. To enhance the analysis options for the shown systems, a simulation platform that covers the electrical grid simulation, the building systems’ simulation and the control strategies is presented. This platform can be used to analyze different scenarios of building energy systems with different penetrations of renewable energy sources and different building types.

© 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

1. Introduction

It is widely accepted that emissions of greenhouse gases lead to climate change, carbon dioxide (CO2) being the primary reason for this process [1,2]. Therefore, the reduction of CO2 emissions emanating from burning fossil fuels and industrial processes is one of the goals set forth in international regulations. This goal can be reached by reducing the energy usage in general and by increasing the generation from renewable energy sources (RES) like biomass, wind and solar energy.
Currently, the demand of energy in industry, residential, trans- port and tertiary sectors is distributed as shown in Fig. 1. Transport and the residential sector are the largest consumers. In the resi- dential sector, the energy consumption predominantly occurs for electrical appliances and heating purposes, therefore buildings offer great potential for improvements of energy efﬁciency.
This potential has also been recognized in political regulations. The Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) [4] of the European Union for example deﬁnes limits for energy consumption of buildings. The related European standards are currently

transferred to national standards and laws. In Germany for example, the transition towards a renewable energy supply is known as ’Energiewende’. As a result of these regulations, Germany has currently approximately 83 GW of installed renewable elec- tricity generation capacity and in 2014 up to 30% of the generated electricity is expected to be renewable [5]. While this progress is in general very positive, the dynamic changes in the availability of solar and wind energy complicate the integration of RES into the power system. Already today, strong renewable generation in off peak demand phases results in local overloads of distribution grids and the requirement to curtail renewable generation.
Possible solutions to these emerging challenges in the energy generation and distribution are improvements of the existing electrical energy grid as well as the introduction of energy storage. While these measures help to secure the energy supply, they are very expensive if integrated into a centralized generation infrastructure.
Other solutions should therefore be available to generate ﬂexi- bility to always match the generation and demand of energy. Inexpensive central or decentral storage technologies for energy would be a favored solution. Decentralized power generation can serve as another option as it reduces the load on the transmission network and simultaneously reduces losses for conversion and transmission.

Fig. 1. Final Energy Demand and use in EU countries 2010 [3]. (Co: cooling, Ck: cooking, L: Lighting, EA: electrical appliances).

In light of the EU's plans to extend renewable energy generation to at least 55% by 2050 and an almost doubling share of electricity use [6], these difﬁculties will become a major problem and potentially a threat to the concept of the ’Energiewende’. To mini- mize the requirement for expensive back-up generation capacities and controversial extension of the power grid, it is necessary to develop concepts for matching electricity production and con- sumption. It is expected that Demand Side Management (DSM) will play a major role in the future energy system.
DSM is the concept of inﬂuencing consumers’ energy demand in respect to the consumed amount of energy in general and the time dependent consumption behavior, with the purpose of changing the load-shape according to the concurrent availability of electricity in the grid [7]. These measures yield at both, time pattern and magnitude of the load. The concept of DSM itself is not new, one of the classical applications in the energy sector has been to ensure constant operation of inﬂexible base load power plants. Typical DSM methods include reducing peak loads (peak clipping), shifting
load from on-peak to off-peak (load-shifting), increasing the ﬂexi-
bility of the load (ﬂexible load shape) and reducing energy con- sumption in general (strategic conservation) [7e9].

1.1. Domestic demand side management

The most present manifestation of domestic DSM is the smart control of white goods (e.g. washing machines or dishwashers) according to availability of renewable energy. While this DSM approach is often presented in the media and usually directly related to the term ’Smart Home’, it is still conceptual and can only be seen in demonstrator projects. Furthermore, only very limited amounts of energy and peak loads can be shifted through the control of domestic electrical appliances. Caused by this, the usage of thermal storage for DSM purposes offers a variety of options [10]. Heating devices, such as night storage heaters (NSH) and heat pumps (HP) are already operated according to external price or availability signals. While NSH usually have a static signal given by ﬁxed hours with a lower nighttime electricity tariff, HP often receive dynamic signals for up to two daily shut-off periods during peak consumption periods. Such control is already available. Therefore, in future the often discussed real time pricing should be connected to heating systems in addition to electric appliances [11]. Since heating systems do not only consume electricity, but can also provide power to the grid, as for example combined heat and power (CHP) units, supply systems can offer both, positive as well as negative demand response to the grid. Both HP and CHP are potentially supplemented by Heating Rods (HR). In addition to the compensation of ﬂuctuating electricity generation, supply systems can also react dynamically and even automatically to changes in voltage or frequency, thus stabilizing and protecting the power grid

from failures. All aforementioned HVAC systems (HR, HP, NSH and CHP) are in the following named as electrical-grid coupled heat generators (EHG) while the entire system consisting of the building physics, the heat generators, storages, the distribution systems and the occupant behavior is named as building energy system (BES).
The thermal demand of buildings, however, is usually not very ﬂexible itself and therefore requires thermal storages which allow for decoupling heat generation and demand [12]. In NSH, the storage is already integrated within the mass of ceramic bricks, while HP require water based buffer tanks to allow for ﬂexible operation. Another option which is being analyzed is the direct usage of the buildings thermal mass to store the thermal energy [13]. This is especially promising in combination with heating systems directly connected to the buildings mass, like ﬂoor heating or concrete core activation systems [14]. Besides thermal storage options, electricity required for heating purposes could be stored in batteries, being transformed to heat when the heating demand occurs. However, our analysis has shown that due to the very high costs of batteries in comparison with thermal storages the utiliza- tion of electric storages for heating purposes will not be economic in the upcoming years [12].

1.2. Concept of dual demand side management

Matching excess or missing generation of ﬂuctuating renewable electricity with the heat demand of buildings requires dynamic DSM control and interaction of thermal and electrical systems. Therefore, the typical DSM concept was extended towards the idea of Dual Demand Side Management (2DSM), a concept controlling electrical and thermal energy ﬂows on the local and on the city district level in a holistic way.
The 2DSM concept aims at exploiting the entire potential of thermal storage capacities on city district level to contribute con- sumption and generation ﬂexibility for the electrical grid. Furthermore, as opposed to currently implemented DSM ap- proaches, 2DSM will also account for the current condition of the local distribution grid. Thereby, the distribution grid is monitored to ensure that line

a r t i c l e i n f o

Article history:
Received 5 January 2015 Received in revised form 23 March 2015
Accepted 24 March 2015
Available online 1 April 2015

Keywords:
Demand side management Renewable energy Optimization
City district simulation Thermal storages
 
a b s t r a c t

The increasing installation of volatile renewable energy sources like photovoltaics and wind enforces the need for ﬂexibility options to match the renewable generation with the demand. One of these options is Demand Side Management (DSM) in the context of building energy systems combined with thermal storage systems. This paper discusses such concepts for DSM. A method for analyzing the ﬂexibility that is needed to maintain the stability of the electrical grid is presented followed by the restrictions that are caused by meeting the heat demand and satisfying the comfort criteria of the residents. Approaches for simultaneously fulﬁlling these constraints as well as matching the ﬂexibility needs of the electrical grid and the ﬂexibility provided by the local building energy systems are discussed. To enhance the analysis options for the shown systems, a simulation platform that covers the electrical grid simulation, the building systems’ simulation and the control strategies is presented. This platform can be used to analyze different scenarios of building energy systems with different penetrations of renewable energy sources and different building types.
 
© 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

1. Introduction

It is widely accepted that emissions of greenhouse gases lead to climate change, carbon dioxide (CO2) being the primary reason for this process [1,2]. Therefore, the reduction of CO2 emissions emanating from burning fossil fuels and industrial processes is one of the goals set forth in international regulations. This goal can be reached by reducing the energy usage in general and by increasing the generation from renewable energy sources (RES) like biomass, wind and solar energy.
Currently, the demand of energy in industry, residential, trans- port and tertiary sectors is distributed as shown in Fig. 1. Transport and the residential sector are the largest consumers. In the resi- dential sector, the energy consumption predominantly occurs for electrical appliances and heating purposes, therefore buildings offer great potential for improvements of energy efﬁciency.
This potential has also been recognized in political regulations. The Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) [4] of the European Union for example deﬁnes limits for energy consumption of buildings. The related European standards are currently

transferred to national standards and laws. In Germany for example, the transition towards a renewable energy supply is known as ’Energiewende’. As a result of these regulations, Germany has currently approximately 83 GW of installed renewable elec- tricity generation capacity and in 2014 up to 30% of the generated electricity is expected to be renewable [5]. While this progress is in general very positive, the dynamic changes in the availability of solar and wind energy complicate the integration of RES into the power system. Already today, strong renewable generation in off peak demand phases results in local overloads of distribution grids and the requirement to curtail renewable generation.
Possible solutions to these emerging challenges in the energy generation and distribution are improvements of the existing electrical energy grid as well as the introduction of energy storage. While these measures help to secure the energy supply, they are very expensive if integrated into a centralized generation infrastructure.
Other solutions should therefore be available to generate ﬂexi- bility to always match the generation and demand of energy. Inexpensive central or decentral storage technologies for energy would be a favored solution. Decentralized power generation can serve as another option as it reduces the load on the transmission network and simultaneously reduces losses for conversion and transmission.

Fig. 1. Final Energy Demand and use in EU countries 2010 [3]. (Co: cooling, Ck: cooking, L: Lighting, EA: electrical appliances).

In light of the EU's plans to extend renewable energy generation to at least 55% by 2050 and an almost doubling share of electricity use [6], these difﬁculties will become a major problem and potentially a threat to the concept of the ’Energiewende’. To mini- mize the requirement for expensive back-up generation capacities and controversial extension of the power grid, it is necessary to develop concepts for matching electricity production and con- sumption. It is expected that Demand Side Management (DSM) will play a major role in the future energy system.
DSM is the concept of inﬂuencing consumers’ energy demand in respect to the consumed amount of energy in general and the time dependent consumption behavior, with the purpose of changing the load-shape according to the concurrent availability of electricity in the grid [7]. These measures yield at both, time pattern and magnitude of the load. The concept of DSM itself is not new, one of the classical applications in the energy sector has been to ensure constant operation of inﬂexible base load power plants. Typical DSM methods include reducing peak loads (peak clipping), shifting
load from on-peak to off-peak (load-shifting), increasing the ﬂexi-
bility of the load (ﬂexible load shape) and reducing energy con- sumption in general (strategic conservation) [7e9].

1.1. Domestic demand side management

The most present manifestation of domestic DSM is the smart control of white goods (e.g. washing machines or dishwashers) according to availability of renewable energy. While this DSM approach is often presented in the media and usually directly related to the term ’Smart Home’, it is still conceptual and can only be seen in demonstrator projects. Furthermore, only very limited amounts of energy and peak loads can be shifted through the control of domestic electrical appliances. Caused by this, the usage of thermal storage for DSM purposes offers a variety of options [10]. Heating devices, such as night storage heaters (NSH) and heat pumps (HP) are already operated according to external price or availability signals. While NSH usually have a static signal given by ﬁxed hours with a lower nighttime electricity tariff, HP often receive dynamic signals for up to two daily shut-off periods during peak consumption periods. Such control is already available. Therefore, in future the often discussed real time pricing should be connected to heating systems in addition to electric appliances [11]. Since heating systems do not only consume electricity, but can also provide power to the grid, as for example combined heat and power (CHP) units, supply systems can offer both, positive as well as negative demand response to the grid. Both HP and CHP are potentially supplemented by Heating Rods (HR). In addition to the compensation of ﬂuctuating electricity generation, supply systems can also react dynamically and even automatically to changes in voltage or frequency, thus stabilizing and protecting the power grid
 
from failures. All aforementioned HVAC systems (HR, HP, NSH and CHP) are in the following named as electrical-grid coupled heat generators (EHG) while the entire system consisting of the building physics, the heat generators, storages, the distribution systems and the occupant behavior is named as building energy system (BES).
The thermal demand of buildings, however, is usually not very ﬂexible itself and therefore requires thermal storages which allow for decoupling heat generation and demand [12]. In NSH, the storage is already integrated within the mass of ceramic bricks, while HP require water based buffer tanks to allow for ﬂexible operation. Another option which is being analyzed is the direct usage of the buildings thermal mass to store the thermal energy [13]. This is especially promising in combination with heating systems directly connected to the buildings mass, like ﬂoor heating or concrete core activation systems [14]. Besides thermal storage options, electricity required for heating purposes could be stored in batteries, being transformed to heat when the heating demand occurs. However, our analysis has shown that due to the very high costs of batteries in comparison with thermal storages the utiliza- tion of electric storages for heating purposes will not be economic in the upcoming years [12].

1.2. Concept of dual demand side management

Matching excess or missing generation of ﬂuctuating renewable electricity with the heat demand of buildings requires dynamic DSM control and interaction of thermal and electrical systems. Therefore, the typical DSM concept was extended towards the idea of Dual Demand Side Management (2DSM), a concept controlling electrical and thermal energy ﬂows on the local and on the city district level in a holistic way.
The 2DSM concept aims at exploiting the entire potential of thermal storage capacities on city district level to contribute con- sumption and generation ﬂexibility for the electrical grid. Furthermore, as opposed to currently implemented DSM ap- proaches, 2DSM will also account for the current condition of the local distribution grid. Thereby, the distribution grid is monitored to ensure that line

0/5000

Từ: -

Sang: -

Kết quả (Việt) 1: [Sao chép]

Sao chép!

Demand side management for city districtsDirk Müller a, *, Antonello Monti b, Sebastian Stinner a, Tim Schlo€sser b, Thomas Schütz a,Peter Matthes a, Henryk Wolisz a, Christoph Molitor b, Hassan Harb a, Rita Streblow aa RWTH Aachen University, Institute for Energy Efﬁcient Buildings and Indoor Climate, Mathieustr. 10, 52074 Aachen, Germanyb RWTH Aachen University, Institute for Automation of Complex Power Systems, Mathieustr. 10, 52074 Aachen, Germany a r t i c l e i n f o Article history:Received 5 January 2015 Received in revised form 23 March 2015Accepted 24 March 2015Available online 1 April 2015Keywords:Demand side management Renewable energy OptimizationCity district simulation Thermal storages a b s t r a c t The increasing installation of volatile renewable energy sources like photovoltaics and wind enforces the need for ﬂexibility options to match the renewable generation with the demand. One of these options is Demand Side Management (DSM) in the context of building energy systems combined with thermal storage systems. This paper discusses such concepts for DSM. A method for analyzing the ﬂexibility that is needed to maintain the stability of the electrical grid is presented followed by the restrictions that are caused by meeting the heat demand and satisfying the comfort criteria of the residents. Approaches for simultaneously fulﬁlling these constraints as well as matching the ﬂexibility needs of the electrical grid and the ﬂexibility provided by the local building energy systems are discussed. To enhance the analysis options for the shown systems, a simulation platform that covers the electrical grid simulation, the building systems’ simulation and the control strategies is presented. This platform can be used to analyze different scenarios of building energy systems with different penetrations of renewable energy sources and different building types. © 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved. 1. IntroductionIt is widely accepted that emissions of greenhouse gases lead to climate change, carbon dioxide (CO2) being the primary reason for this process [1,2]. Therefore, the reduction of CO2 emissions emanating from burning fossil fuels and industrial processes is one of the goals set forth in international regulations. This goal can be reached by reducing the energy usage in general and by increasing the generation from renewable energy sources (RES) like biomass, wind and solar energy.Currently, the demand of energy in industry, residential, trans- port and tertiary sectors is distributed as shown in Fig. 1. Transport and the residential sector are the largest consumers. In the resi- dential sector, the energy consumption predominantly occurs for electrical appliances and heating purposes, therefore buildings offer great potential for improvements of energy efﬁciency.This potential has also been recognized in political regulations. The Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) [4] of the European Union for example deﬁnes limits for energy consumption of buildings. The related European standards are currently transferred to national standards and laws. In Germany for example, the transition towards a renewable energy supply is known as ’Energiewende’. As a result of these regulations, Germany has currently approximately 83 GW of installed renewable elec- tricity generation capacity and in 2014 up to 30% of the generated electricity is expected to be renewable [5]. While this progress is in general very positive, the dynamic changes in the availability of solar and wind energy complicate the integration of RES into the power system. Already today, strong renewable generation in off peak demand phases results in local overloads of distribution grids and the requirement to curtail renewable generation.Possible solutions to these emerging challenges in the energy generation and distribution are improvements of the existing electrical energy grid as well as the introduction of energy storage. While these measures help to secure the energy supply, they are very expensive if integrated into a centralized generation infrastructure.
Other solutions should therefore be available to generate ﬂexi- bility to always match the generation and demand of energy. Inexpensive central or decentral storage technologies for energy would be a favored solution. Decentralized power generation can serve as another option as it reduces the load on the transmission network and simultaneously reduces losses for conversion and transmission.

Fig. 1. Final Energy Demand and use in EU countries 2010 [3]. (Co: cooling, Ck: cooking, L: Lighting, EA: electrical appliances).

In light of the EU's plans to extend renewable energy generation to at least 55% by 2050 and an almost doubling share of electricity use [6], these difﬁculties will become a major problem and potentially a threat to the concept of the ’Energiewende’. To mini- mize the requirement for expensive back-up generation capacities and controversial extension of the power grid, it is necessary to develop concepts for matching electricity production and con- sumption. It is expected that Demand Side Management (DSM) will play a major role in the future energy system.
DSM is the concept of inﬂuencing consumers’ energy demand in respect to the consumed amount of energy in general and the time dependent consumption behavior, with the purpose of changing the load-shape according to the concurrent availability of electricity in the grid [7]. These measures yield at both, time pattern and magnitude of the load. The concept of DSM itself is not new, one of the classical applications in the energy sector has been to ensure constant operation of inﬂexible base load power plants. Typical DSM methods include reducing peak loads (peak clipping), shifting
load from on-peak to off-peak (load-shifting), increasing the ﬂexi-
bility of the load (ﬂexible load shape) and reducing energy con- sumption in general (strategic conservation) [7e9].

1.1. Domestic demand side management

The most present manifestation of domestic DSM is the smart control of white goods (e.g. washing machines or dishwashers) according to availability of renewable energy. While this DSM approach is often presented in the media and usually directly related to the term ’Smart Home’, it is still conceptual and can only be seen in demonstrator projects. Furthermore, only very limited amounts of energy and peak loads can be shifted through the control of domestic electrical appliances. Caused by this, the usage of thermal storage for DSM purposes offers a variety of options [10]. Heating devices, such as night storage heaters (NSH) and heat pumps (HP) are already operated according to external price or availability signals. While NSH usually have a static signal given by ﬁxed hours with a lower nighttime electricity tariff, HP often receive dynamic signals for up to two daily shut-off periods during peak consumption periods. Such control is already available. Therefore, in future the often discussed real time pricing should be connected to heating systems in addition to electric appliances [11]. Since heating systems do not only consume electricity, but can also provide power to the grid, as for example combined heat and power (CHP) units, supply systems can offer both, positive as well as negative demand response to the grid. Both HP and CHP are potentially supplemented by Heating Rods (HR). In addition to the compensation of ﬂuctuating electricity generation, supply systems can also react dynamically and even automatically to changes in voltage or frequency, thus stabilizing and protecting the power grid

from failures. All aforementioned HVAC systems (HR, HP, NSH and CHP) are in the following named as electrical-grid coupled heat generators (EHG) while the entire system consisting of the building physics, the heat generators, storages, the distribution systems and the occupant behavior is named as building energy system (BES).
The thermal demand of buildings, however, is usually not very ﬂexible itself and therefore requires thermal storages which allow for decoupling heat generation and demand [12]. In NSH, the storage is already integrated within the mass of ceramic bricks, while HP require water based buffer tanks to allow for ﬂexible operation. Another option which is being analyzed is the direct usage of the buildings thermal mass to store the thermal energy [13]. This is especially promising in combination with heating systems directly connected to the buildings mass, like ﬂoor heating or concrete core activation systems [14]. Besides thermal storage options, electricity required for heating purposes could be stored in batteries, being transformed to heat when the heating demand occurs. However, our analysis has shown that due to the very high costs of batteries in comparison with thermal storages the utiliza- tion of electric storages for heating purposes will not be economic in the upcoming years [12].

1.2. Concept of dual demand side management

Matching excess or missing generation of ﬂuctuating renewable electricity with the heat demand of buildings requires dynamic DSM control and interaction of thermal and electrical systems. Therefore, the typical DSM concept was extended towards the idea of Dual Demand Side Management (2DSM), a concept controlling electrical and thermal energy ﬂows on the local and on the city district level in a holistic way.
The 2DSM concept aims at exploiting the entire potential of thermal storage capacities on city district level to contribute con- sumption and generation ﬂexibility for the electrical grid. Furthermore, as opposed to currently implemented DSM ap- proaches, 2DSM will also account for the current condition of the local distribution grid. Thereby, the distribution grid is monitored to ensure that line

đang được dịch, vui lòng đợi..

Kết quả (Việt) 2:[Sao chép]

Sao chép!

Quản lý phía cầu cho các huyện thành phố
Dirk Müller một, *, Antonello Monti b, Sebastian Stinner một, Tim Schlo € sser b, Thomas Schutz một,
Peter Matthes một, Henryk Wolisz một, Christoph Molitor b, Hassan Harb một, Rita Streblow một
một Đại học Aachen RWTH, Viện Năng lượng Ef fi cient Nhà cửa, nhà khí hậu, Mathieustr. 10, 52.074 Aachen, Đức
b RWTH Aachen Đại học, Viện Tự động hóa hệ thống điện phức tạp, Mathieustr. 10, 52.074 Aachen, Đức một rticleinfo lịch sử Article: Nhận 05 tháng 1 năm 2015 đã nhận trong sửa đổi hình thức ngày 23 tháng 3 2015 Accepted ngày 24 tháng ba năm 2015 hiện có sẵn trực tuyến 01 tháng 4 năm 2015 Từ khóa: quản lý bên Demand Tối ưu hóa năng lượng tái tạo thành phố mô phỏng huyện kho nhiệt một bstract Việc cài đặt ngày càng tăng của nguồn năng lượng tái tạo dễ bay hơi như quang điện và gió để thi hành các nhu cầu cho các tùy chọn fl exibility để phù hợp với hệ tái tạo với nhu cầu. Một trong số đó là nhu cầu quản lý Side (DSM) trong bối cảnh xây dựng hệ thống năng lượng kết hợp với các hệ thống lưu trữ nhiệt. Bài viết này thảo luận về các khái niệm như vậy cho DSM. Một phương pháp để phân tích các exibility fl đó là cần thiết để duy trì sự ổn định của lưới điện được trình bày theo sau bởi các hạn chế mà là do đáp ứng nhu cầu nhiệt và đáp ứng các tiêu chuẩn tiện nghi của các cư dân. Phương pháp tiếp cận cho fi đồng thời ful lling những khó khăn cũng như phù hợp với nhu cầu fl exibility của lưới điện và các exibility fl được cung cấp bởi các hệ thống năng lượng xây dựng địa phương được thảo luận. Để tăng cường các tùy chọn phân tích cho hệ thống hiển thị, một nền tảng mô phỏng bao gồm các mô phỏng lưới điện, mô phỏng các hệ thống xây dựng và các chiến lược kiểm soát được trình bày. Nền tảng này có thể được sử dụng để phân tích các kịch bản khác nhau của việc xây dựng các hệ thống năng lượng với thâm nhập khác nhau của các nguồn năng lượng tái tạo và các loại nhà khác nhau. © 2015 Elsevier Ltd Tất cả các quyền. 1. Giới thiệu Nó được chấp nhận rộng rãi rằng phát thải khí nhà kính dẫn đến biến đổi khí hậu, carbon dioxide (CO2) là lý do chính cho quá trình này [1,2]. Vì vậy, việc giảm lượng khí thải CO2 phát ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch và các quá trình công nghiệp là một trong những mục tiêu đặt ra trong quy định quốc tế. Mục tiêu này có thể đạt được bằng cách giảm sử dụng năng lượng nói chung và bằng cách tăng các thế hệ từ các nguồn năng lượng tái tạo (RES) như sinh khối, năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Hiện nay, nhu cầu năng lượng trong công nghiệp, khu dân cư, cổng chuyển và các ngành đại học là phân phối như hình. Khu vực dân cư 1. Giao thông vận tải và những người tiêu dùng lớn nhất. Trong lĩnh vực dential cư dân, tiêu thụ năng lượng chủ yếu xảy ra đối với các thiết bị điện và các mục đích sưởi ấm, do đó nhà cung cấp tiềm năng lớn cho các cải tiến của ef năng lượng fi ciency. Tiềm năng này cũng đã được ghi nhận trong các quy định về chính trị. Hiệu suất năng lượng của tòa nhà thị (EPBD) [4] của Liên minh châu Âu ví dụ de fi nes giới hạn cho mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà. Các tiêu chuẩn Châu Âu liên quan hiện đang chuyển sang tiêu chuẩn quốc gia và pháp luật. Ở Đức chẳng hạn, quá trình chuyển đổi hướng tới một nguồn cung cấp năng lượng tái tạo được gọi là 'Energiewende'. Như một kết quả của các quy định này, Đức hiện có khoảng 83 GW công suất hệ thống điện năng lượng tái tạo được cài đặt tricity và trong năm 2014 lên đến 30% điện năng tạo ra được dự kiến sẽ được tái tạo [5]. Trong khi sự tiến bộ này nói chung rất tích cực, thay đổi năng động trong sự sẵn có của năng lượng mặt trời và gió làm phức tạp sự tích hợp của RES vào hệ thống điện. Đã ngày hôm nay, thế hệ tái tạo mạnh mẽ trong ngoài giờ cao điểm nhu cầu giai đoạn kết quả trong quá tải cục bộ của lưới điện phân phối và các yêu cầu để ngăn chặn thế hệ tái tạo. Giải pháp cho những thách thức đang nổi lên trong thế hệ và phân phối năng lượng được cải tiến của lưới điện năng lượng điện hiện có cũng như các giới thiệu lưu trữ năng lượng. Trong khi các biện pháp giúp đỡ để đảm bảo việc cung cấp năng lượng, chúng rất tốn kém nếu tích hợp vào cơ sở hạ tầng hệ tập trung. Do đó các giải pháp khác nên có sẵn để tạo ra fl exi- trách để luôn phù hợp với nhu cầu của thế hệ và năng lượng. Công nghệ lưu trữ trung ương hoặc decentral rẻ tiền cho năng lượng sẽ là một giải pháp được ưa chuộng. Điện phân cấp có thể phục vụ như là một lựa chọn khác là nó làm giảm tải trên các mạng truyền tải và đồng thời làm giảm thiệt hại cho việc chuyển đổi và truyền dẫn. Fig. 1. Nhu cầu năng lượng cuối cùng và sử dụng ở các nước EU năm 2010 [3]. (Co: làm mát, Ck: nấu ăn, L: Ánh sáng, EA: thiết bị điện). Trong ánh sáng của những kế hoạch của EU để mở rộng sản xuất năng lượng tái tạo để ít nhất là 55% vào năm 2050 và một phần gần như tăng gấp đôi sử dụng điện [6], các những khó khăn fi sẽ trở thành một vấn đề lớn và có khả năng đe dọa đến khái niệm "Energiewende '. Để mini đa hóa các yêu cầu về năng lực hệ back-up đắt tiền và mở rộng tranh cãi của lưới điện, nó là cần thiết để phát triển các khái niệm cho phù hợp với sản xuất điện và sự chứa nước con-. Dự kiến nhu cầu quản lý Side (DSM) sẽ đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống năng lượng trong tương lai. DSM là khái niệm trong fl uencing nhu cầu năng lượng của người tiêu dùng đối với lượng tiêu thụ năng lượng nói chung và thời gian hành vi tiêu dùng phụ thuộc, với mục đích thay đổi tải hình dạng theo sự sẵn có đồng thời điện trong lưới điện [7]. Những biện pháp này mang lại ở cả hai, thời gian mô hình và độ lớn của tải. Khái niệm về DSM tự nó không phải là mới, một trong những ứng dụng cổ điển trong ngành năng lượng đã được để đảm bảo hoạt động liên tục của các nhà máy điện tải cơ sở linh hoạt fl. Phương pháp DSM điển hình bao gồm việc giảm tải cao điểm (clipping cao điểm), chuyển tải từ trên đỉnh cao điểm (load-chuyển), tăng fl exi- trách của tải (hình dạng tải fl linh hoạt) và giảm con- năng lượng sự chứa nước nói chung ( bảo tồn chiến lược) [7e9]. 1.1. Nước quản lý phía cầu Biểu hiện nay hầu hết các DSM trong nước là điều khiển thông minh của hàng trắng (ví dụ như máy giặt hay máy rửa bát) theo sẵn có của năng lượng tái tạo. Trong khi cách tiếp cận DSM này thường được trình bày trong các phương tiện truyền thông và thường liên quan trực tiếp tới hai từ "Smart Home ', nó vẫn còn là khái niệm và chỉ có thể được nhìn thấy trong các dự án người biểu tình. Hơn nữa, chỉ một số lượng rất hạn chế về tải năng lượng và cao điểm có thể được chuyển thông qua sự kiểm soát của các thiết bị điện trong nước. Do này, việc sử dụng lưu trữ nhiệt cho các mục đích DSM cung cấp một loạt các tùy chọn [10]. Thiết bị sưởi ấm, như lò sưởi lưu trữ đêm (NSH) và máy bơm nhiệt (HP) đang hoạt động theo giá hoặc sẵn có tín hiệu bên ngoài. Trong khi NSH thường có một tín hiệu tĩnh được đưa ra bởi fi cố định giờ với giá điện thấp hơn ban đêm, HP thường xuyên nhận được các tín hiệu năng động cho đến hai giai đoạn shut-off hàng ngày trong thời gian tiêu thụ cao điểm. Kiểm soát như vậy là đã có sẵn. Vì vậy, trong tương lai thường thảo luận giá thời gian thực nên được kết nối với hệ thống sưởi ấm, thêm vào các thiết bị điện [11]. Kể từ khi hệ thống sưởi ấm không chỉ tiêu thụ điện năng, nhưng cũng có thể cung cấp điện cho lưới điện, ví dụ như kết hợp nhiệt và điện (CHP) đơn vị, hệ thống cung cấp có thể cung cấp cả hai, tích cực cũng như tiêu cực như đáp ứng nhu cầu cho lưới điện. Cả HP và CHP đang có khả năng bổ sung bằng Sưởi Rods (HR). Ngoài việc bồi thường của thế hệ điện fl uctuating, hệ thống cung cấp cũng có thể phản ứng tự động và thậm chí tự động để thay đổi điện áp và tần, do đó ổn định và bảo vệ lưới điện từ thất bại. Tất cả các hệ thống HVAC nói trên (HR, HP, NSH và CHP) là trong những điều sau đây được đặt tên như điện lưới cùng máy phát điện nhiệt (EHG) trong khi toàn bộ hệ thống bao gồm các vật lý xây dựng, máy phát điện nhiệt, kho tàng, hệ thống phân phối và người cư ngụ hành vi được đặt tên như xây dựng hệ thống năng lượng (BES). Nhu cầu nhiệt của tòa nhà, tuy nhiên, thường không phải là rất fl linh hoạt chính nó và do đó đòi hỏi kho nhiệt, cho phép tách tạo nhiệt và nhu cầu [12]. Trong NSH, lưu trữ đã được tích hợp trong khối lượng của gạch gốm, trong khi HP yêu cầu xe tăng đệm nước dựa để cho phép hoạt động linh hoạt fl. Một tùy chọn khác đang được phân tích là việc sử dụng trực tiếp trong những tòa nhà khối nhiệt để lưu trữ năng lượng nhiệt [13]. Điều này đặc biệt đầy hứa hẹn trong sự kết hợp với các hệ thống sưởi ấm được kết nối trực tiếp vào khối tòa nhà, như sưởi ấm fl oor hoặc bê tông hệ thống kích hoạt lõi [14]. Bên cạnh các tùy chọn lưu trữ nhiệt, điện cần thiết cho mục đích sưởi ấm có thể được lưu trữ trong pin, được biến đổi thành nhiệt khi nhu cầu sưởi ấm xảy ra. Tuy nhiên, phân tích của chúng tôi đã chỉ ra rằng do chi phí rất cao của pin so với kho nhiệt tion utiliza- kho điện cho mục đích sưởi ấm sẽ không kinh tế trong những năm sắp tới [12]. 1.2. Khái niệm của hai bên cầu quản lý dư thừa Matching hay thế hệ còn thiếu của fl uctuating điện tái tạo với nhu cầu nhiệt của tòa yêu cầu điều khiển DSM năng động và tương tác của các hệ thống nhiệt và điện. Do đó, khái niệm DSM điển hình đã được mở rộng đối với các ý tưởng của Demand kép Side Management (2DSM), một khái niệm kiểm soát năng lượng điện và nhiệt fl OWS trên các địa phương và trên cấp huyện thành phố một cách toàn diện. Các khái niệm 2DSM nhằm mục đích khai thác toàn bộ tiềm năng của năng lực lưu trữ nhiệt ở cấp huyện thành phố để đóng góp sự chứa nước dựng và hệ fl exibility cho lưới điện. Hơn nữa, như trái ngược với hiện thực hiện DSM cách trên, 2DSM cũng sẽ chiếm điều kiện hiện tại của lưới điện phân phối địa phương. Qua đó, lưới điện phân phối được giám sát để đảm bảo rằng dòng

đang được dịch, vui lòng đợi..

Kết quả (Việt) 3:[Sao chép]

Sao chép!

đang được dịch, vui lòng đợi..

Các ngôn ngữ khác

Hỗ trợ công cụ dịch thuật: Albania, Amharic, Anh, Armenia, Azerbaijan, Ba Lan, Ba Tư, Bantu, Basque, Belarus, Bengal, Bosnia, Bulgaria, Bồ Đào Nha, Catalan, Cebuano, Chichewa, Corsi, Creole (Haiti), Croatia, Do Thái, Estonia, Filipino, Frisia, Gael Scotland, Galicia, George, Gujarat, Hausa, Hawaii, Hindi, Hmong, Hungary, Hy Lạp, Hà Lan, Hà Lan (Nam Phi), Hàn, Iceland, Igbo, Ireland, Java, Kannada, Kazakh, Khmer, Kinyarwanda, Klingon, Kurd, Kyrgyz, Latinh, Latvia, Litva, Luxembourg, Lào, Macedonia, Malagasy, Malayalam, Malta, Maori, Marathi, Myanmar, Mã Lai, Mông Cổ, Na Uy, Nepal, Nga, Nhật, Odia (Oriya), Pashto, Pháp, Phát hiện ngôn ngữ, Phần Lan, Punjab, Quốc tế ngữ, Rumani, Samoa, Serbia, Sesotho, Shona, Sindhi, Sinhala, Slovak, Slovenia, Somali, Sunda, Swahili, Séc, Tajik, Tamil, Tatar, Telugu, Thái, Thổ Nhĩ Kỳ, Thụy Điển, Tiếng Indonesia, Tiếng Ý, Trung, Trung (Phồn thể), Turkmen, Tây Ban Nha, Ukraina, Urdu, Uyghur, Uzbek, Việt, Xứ Wales, Yiddish, Yoruba, Zulu, Đan Mạch, Đức, Ả Rập, dịch ngôn ngữ.