Design of Distributed Energetics Solution Based on the Increasing of Direct Consumption of Electricity Generated from Wind and Solar Energy
Kokkuvõte
This doctoral thesis presents six original papers, which are used to demonstrate the design
possibilities for increasing the local renewable energy consumption of buildings equipped with
renewable energy production devices. The findings and visualisations can be used for
educational purposes as well as for the practical engineering of building based energy systems.
The findings from papers can be used to decrease the necessary grid connection capacity of
buildings.
It was found in the thesis that nominal or high power consumption and production occurs only
for a very small fraction of the time. This is evident from the output power data of large wind
parks as well as small wind turbines. On the basis of that it was proposed in the thesis that the
inverter size of small wind turbines can be reduced significantly, when the pre-inverter energy
is utilized for heating purposes.
High resolution and quality data is necessary for some the optimization processes. It was found
that the data from wind turbine nacelle anemometers is biased by the rotor and therefore
empirical correction factors were found during the studies. High resolution measurements
enable to apply demand side management in the near future. The demand side management can
decrease the standard deviation of the consumption curve which increases the locally consumed
renewable energy and decreases the energy exchange with the electrical grid. The application
of energy storage and the combination of different energy sources like wind- and solar energy
has similar effects.
In cases when the self-sufficiency is low, like in buildings with high energy demand (for
example in industries), and the supply and demand coincide then there is no need for demand
side management.
The increase of fR can vary to a big extent dependant on the applied method and the case. The
best case showed an increase of up to 36% in the renewable fraction. Antud doktoritöö käsitleb taastuvenergia tootmise ja kohapeal otsetarbimise osakaalu
suurendamise võimalusi hoonetes. Töö põhineb kuuel autori publikatsioonil, milles on leitud,
et taastuvenergia osakaalu tõstmise juures on oluline roll süsteemi ülesehituse sobitamisel
energiatarbimise ajastuse ning ilmastikuoludega.
Nii elektritarbimise kui ka taastuvenergia toodanguandmed näitavad, et täisvõimsusel või selle
lähedasel võimsusel tarbimist ja tootmist esineb ainult väga väikesel osal ajast . Näiteks
toodanguandmete puhul on selline seaduspära täheldatav nii suurte (2 MW) kui ka väikeste (10
kW) tuulegeneraatorite väljundvõimsuse andmetest. Selle tõttu on töös välja pakutud, et
väiketuulikute inverteri suurust võiks oluliselt vähendada, kui kasutada inverteri-eelset
elektrienergiat osaliselt tarbevee soojendamiseks, mis suurendab kohapeal tarbitava
taastuvenergia osakaalu. Tuuleparkidel jällegi aitab tipuenergia soojuseks kasutamine
vähendada energiatootmise prognoosiviga. Selleks, et optimeerida inverteri võimsust on vaja
kõrge resolutsiooniga andmeid. Leiti, et tuulikute anemomeetritelt pärinevate tuuleandmete
kasutamiseks ja õigeks tõlgendamiseks on vaja parandustegureid, mis leiti antud töö uuringute
käigus referentsmõõtmiste abil. Suure tihedusega mõõdetud andmed esitavad mõõte- ja
andmehõiveseadmetele suuremaid nõudmisi, kuid võimaldavad tulevikus rakendada
muuhulgas reaalajas elektritarbimise juhtimist elektrihinna järgi.
Tarbimise juhtimine võimaldab taastuvenergia tootmisseadmetega varustatud majapidamistes
vähendada elektritarbimise standardhälvet, mis suurendab samuti kohapeal tarbitud
taastuvenergia osakaalu ja väheneb energiavahetust elektrivõrguga. Sarnane mõju on ka
energiasalvestite kasutamisel ning erinevate energialiikide, nagu tuule- ja päikeseenergia
kombineerimisel.
Juhtudel, kui hoone tarbimisvõimsus on taastuvenergia tootmisvõimsusest oluliselt suurem
ning need langevad ajaliselt kokku, ei ole tarbimise juhtimise kasutamine otstarbekas. Selline
olukord võib esineda eelkõige suure energiatarbega hoonetel, nagu tööstusobjektid. Eesti Maaülikooli teadur Alo Allik pälvis oma doktoritöö eest Maailma Energeetikanõukogu 2016. aasta üliõpilastööde konkursi I preemia.