Peak shaving, elbillading og utnyttelse av solstrøm

Plusshusbloggen med Tor Helge Dokka – 7

Innføring av effekttariffer også for boliger har gjort at hvordan og når man bruker strøm har blitt viktig for hvor stor energiregningen blir. I et hus med både elbillading og betydelig solstrømproduksjon blir dette en artig optimalisering for å holde effektbehovet og energiregningen så lav som mulig.

Effekttariffer og spotprisvariasjon

Det ble innført ny effekttariff 1 juli 2022 for abonnenter under 100 000 kWh per år, dvs. i praksis alle husholdninger. Ulike nettselskaper har innført til dels ulike effekttariffer, men grunnmodellen er ganske lik. Den er basert på el-hub målinger som er gjennomsnitteffekt over en time, og ikke momentaneffekten som kan være atskillig høyere. Effekttariffen regnes så ut fra snittet av de tre dagene med høyeste effektuttak i en måned. Dette er felles for alle nettselskaper, men ulike nettselskaper har ulike «effekttrapper» og kostnader for effektbruk. Tabellen under viser Glitre sin effekttrapp med tilhørende pris på effekt. Prisen er moderat opp til 10 kW, men gir da et hopp opp til 600 kr per måned. 

EffektuttakEffektpris
0 – 2 kW135 kr/mnd
2 – 5 kW170 kr/mnd
5 – 10 kW290 kr/mnd
10 – 15 kW600 kr/mnd
15 – 20 kW780 kr/mnd
20 – 25 kW980 kr/mnd
25 – 50 kW1520 kr/mnd
Tabell 1: Effekttrapp og effektpris for Glitre nett (april 2023).

Ofte blir effektprising, som vist i tabellen, blandet med døgnvariasjon i energipris hvis man har en spotprisavtale, som mange har i dag. Figur 1 viser døgnvariasjon i spotpris for Oslo/Østlandet en kald dag i januar, der maksprisen kl 17 er over 60 % høyere enn minimumsprisen på natta. Denne prisen blir satt ut fra tilbud og etterspørsel av kraft i markedet, og har typisk to topper på morgenen og ved middagstider der energibruken er høyest. Unngår man å bruke mye energi disse periodene vil man også få en lavere energiregning. Men effektprising gitt i tabellen over og spotpris på energi, vist i figur 1, er to uavhengige prismekanismer, men som begge kan påvirkes av de samme tiltakene.

Illustrasjon
Figur 1: Variasjon av spotpris en kald dag i januar (19 januar).  

Elbillading

Vi har kun en bil i husholdningen og det er en Tesla Model 3 fra 2019. Da vi flyttet inn i det nye huset tok vi med oss Tesla hjemmeladeren fra det gamle huset. Det er en lader på maks 16 A, som kan reguleres ned til 5 A enten i bilen eller via Tesla-appen. Vi har ett moderne 400 V-3 fas elektrisk system som da gir 11 kW som maks effekt og 3,5 kW som laveste ladeeffekt. I snitt kjører vi ca. 20 000 km per år, og over 95 % av dette lades via hjemmelader. I snitt bruker vi ca. 10,5 kWh per dag, men betydelig mer om vinteren (opp mot 15 kWh/dag) og mindre om sommeren (det er lagt inn en årsvariasjon på dette i simuleringsmodellen). Det betyr at selv med den laveste ladeeffekten på 3,5 kW tar det kun i snitt ca. 3 timer å lade opp dagsbehovet. Dvs. at det sjelden er behov for å bruke høyere effekt enn 3,5 kW. Men selv med kun 3,5 kW er dette ofte den helt dominerende effekten i effektbudsjettet til huset som vist under.

Tesla blir ladet om natten
Figur 2: Lading av elbil med 11 kW Tesla hjemmelader.   

Peak shaving

Peak-shaving er et uttrykk som også etterhvert brukes mye i Norge. Det kan kanskje best oversettes med lastforskyvning: For å redusere effekttoppene flytter man noen av effektlastene så de ikke kommer samtidig. I et tilfelle med en bolig som er direkte elektrisk oppvarmet, kan man tenke seg følgende scenario: I en kald dag i januar der man har hatt på nattsenking, kjører man på full oppvarmingseffekt fra kl 06.00 på varmeanlegget som er på 10 kW. Samtidig dusjes det mye på morgenen slik at den elektriske varmekolben på 3 kW slår inn. Frokost lages og induksjonsplatetoppen samme med annet kjøkkenutstyr drar 4 kW. Samtidig settes el-billader på 11 kW igang før folk drar på jobb/skole. Samlet kan da snitteffekten på morgenen komme opp i 27 kW, og med Glitre-tariffen kommer man da opp i en effektkostnad alene på 1560 kr. Med litt bevisst atferd og enkel effektstyring kan denne effekttoppen ganske lett reduseres til godt under 10 kW, selv i et lite energieffektivt hus.

Figur 3 viser effektbehovet til vårt hus en kald dag i januar, og figur 4 viser utetemperaturen over døgnet. Store deler av dagen driftes huset med under 2 kW, og det er når varmepumpa er i varmemodus og vi bruker litt til lys og utstyr (hvite- og brunevarer). Varmepumpa kjører en tappevannssyklus ca. kl 12, som gjør at effektbehovet øker til ca. 3 kW. Men det er først når vi setter på elbillading (7 A/4,8 kW) fra kl 17-20 effektforbruket får en kraftig økning, med en effekttopp ca. kl 19 med over 6 kW.  I sånne kalde perioder med utetemperatur under – 15 ºC vil det være vanskelig å ikke gå over 5 kW. Når man samtidig skal lade bilen med minimum 3,5 kW, har man kun 1,5 kW til å varme huset og bruke til andre formål. Mens i de andre månedene, som vanligvis ikke er så kalde, vil man relativt enkelt kunne greie seg med en makseffekt på mellom 2-5 kW (nest laveste trinn, se tabell 1). Og i sommerhalvåret kanskje også under 2 kW.      

Figur 3: Elektrisk effektforbruk 21 januar 2023.   
 
Figur 4: Utetemperatur 21 januar 2023.

Optimalisering av solstrøm

I perioder med signifikant solstrømproduksjon, i praksis fra mars og ut oktober, vil denne i teorien kunne dekke en betydelig del av effektbehovet og dermed kutte effektkostnader signifikant.  Figur 5 viser målt solproduksjon, elektrisk behov (lading + hus) og kjøpt energi (effekt) over døgnet 2 april i år. Dette var en relativt kald, men solrik dag. Det er signifikant solproduksjon fra før kl 09 til kl 20 på kvelden. Effektbehovet til bygget før kl 08 og etter 20 ligger hele tiden under 1 kW. Elbillading settes på ca. kl 16 og står på til ca. 20 med laveste trinn (5 A/3,5 kW). Totalt effektbehov blir da litt over 4 kW.

Siden vi da enda har mye solproduksjon vil det meste av dette behovet dekkes av sol, og kun 0,5 kW kjøpes fra nettet.  Dette indikerer at vi i mange måneder kan greie oss med meget lavt behov for effekt (under 2 kW) og dermed kun betale 135 kr per måned i effektpris (se tabell 1).  Eksemplet viser også at det er to måter å optimalisere på for å redusere kjøpt effekt og effektkostnader, samt å maksimere egenbruk av solstrømmen:

  1. Ved å lade når det er mye solstrømproduksjon
  2. Ved å tilpasse ladeeffekt til produsert solstrøm, dvs. ikke lade med mer effekt enn sola produserer  

De to henger i sammen, og kan litt forenklet beskrives som å tilpasse ladekurven til solproduksjonskurven.  For å gjøre dette optimalt kreves det en prediktiv simulering basert på værvarseldata for dagen, samt ladestatus og ønske om hvor raskt bilen skal lades. Metoder og verktøy for dette jobbes det med i forskingsprosjektene Smarttune og Synhouse. Disse vil bli omtalt i et senere blogginnlegg.    

Figur 5: Effektbalanse over døgnet 2 april i år, som var en solrik dag.

Energibruk uke 11 og 12

Figur 6a og 6b viser formålsdelt energibruk for uke 11 og 12. Trenden disse ukene er som tidligere i vinter at energibruken til varmepumpa er lavere enn simulert. Energibruk til el-spesifikt forbruk (lys og utstyr) og elbillading er ganske nære de som ligger i simuleringsmodellen. I uke 11 og 12 var utetemperaturen nær normalen for mars (+ 0,4 ºC), litt under i uke 11 og litt over i uke 12.

Figur 6a: Formålsdelt energi i uke 11, fordelt på elektrisitet brukt til varmepumpa, el-spesifikt forbruk til lys, utstyr og vifter, samt elbillading. Blått er målt ytelse, mens grønt er simulert ytelse.
Figur 6b: Formålsdelt energi i uke 12, fordelt på elektrisitet brukt til varmepumpa, el-spesifikt forbruk til lys, utstyr og vifter, samt elbillading. Blått er målt ytelse mens grønt er simulert ytelse.

Når vi går over til overordnet energiflyt i figur 7a og 7b, så er denne fortsatt kraftig påvirket at deler av solcellene fortsatt ligger under snødekke. Det gjør at solproduksjonen er betydelig lavere enn simulert, særlig i uke 11 der det nesten ikke er produksjon. Produksjonen tar seg noe opp i uke 12, men er fortsatt godt under halvparten av forventet produksjon. Dette betyr at eksportert og egenbrukt solstrøm også er betydelig mindre enn det som er simulert for disse to ukene. Netto levert energi for bygget (uten lading) og netto levert inkludert lading blir derfor også høyere enn simulert, selv om energibruken til bygget er lavere enn simulert disse to ukene.   

Figur 7a: Overordnet energiflyt for bygget i uke 8 med produsert solstrøm, kjøpt energi, solgt energi, egenbruk solstrøm og netto levert energi. Blått er målt ytelse mens grønt er simulert ytelse.
Figur 7b: Overordnet energiflyt for bygget i uke 11 med produsert solstrøm, kjøpt energi, solgt energi, egenbruk solstrøm og netto levert energi. Blått er målt ytelse mens grønt er simulert ytelse.
 

I neste blogginnlegg vil jeg skrive om valgt ventilasjonsløsning for huset og se på energibruk i uke 13.

Til bloggpost 6 og energibruk uke 8, 9 og 10