Studerende vil gøre frostkyllinger til del af smart grid

Supermarkeder og kølehuse kan blive en aktiv del af fremtidens smart grid, hvor elforbruget øges, når elprisen er lav. Studerende på Aalborg Universitet har netop gennemført de første praktiske forsøg.

Når du i fremtiden står over for skinker, frostkyllinger og mælken i det lokale supermarkeds kølediske, står du samtidig ansigt til ansigt med det smart grid, som skal sørge for at integrere elektriciteten fra vedvarende energikilder i vores elforsyning.

Det er et fremtidsscenarie, som der tidligere har været talt om, og nu har studerende fra Aalborg Universitet gennemført de første forsøg, som skal gøre billedet til virkelighed.

»Så vidt vi og vores vejledere har kunnet set, er der ikke lavet nogen praktiske forsøg, der har afprøvet muligheden for at integrere supermarkeder og kølehuse i et smart grid ved så at sige at lagre energi i dem på udvalgte tidspunkter,« fortæller ingeniørstuderende Rasmus Pedersen om projektet.

Forsøgsopstillingen på Aalborg Universitet.

Lagringen sker ved at sænke temperaturen i kølediske og -rum på tidspunkter, hvor der er en overproduktion af el.

De første resultater har vist sig lovende, og ifølge en af vejlederne, professor Jakob Stoustrup, er der på sigt et stort potentiale for at integrere kølediske i et smart grid.

»Vi har omkring 4.500 supermarkeder herhjemme, der tilsammen bruger cirka 540.000 MWh om året på at holde dagligvarer kolde,« siger han.

»Det, de studerende har vist, er, at kølediskene i et smart grid-system øjensynligt kan fungere som både en sikkerhedsventil, der kan give stabilitet i systemet, og som et batteri for den overskydende produktion af energi, der til tider vil være.«

Vand erstatter skinken

I første omgang har Rasmus Pedersen og hans medstuderende ikke kastet sig over kølediskene i Irma, men i stedet undersøgt, om teknologien virker, under mere rolige forhold i et laboratorium på Aalborg Universitet.

Her har en 60 liters vandtank med køle- og varmesystem fungeret som lagringsmodul af energien fra strøm.

Et af problemerne med en fremtidig energiproduktion baseret på vedvarende energi er, at der til tider kan være meget store udsving i produktionen. For eksempel kan der være meget blæst en formiddag, som så resulterer i en overproduktion af strøm fra vindmøller. Om eftermiddagen aftager vinden måske, og så er der en underproduktion.

Princippet er så, at en del af den overproduktion vil kunne lagres i kølediske og kølehuse ved at sænke temperaturen på de tidspunkter, hvor der er en overproduktion af vedvarende energi.

»Du kan selvfølgelig ikke drage en 100 procent parallel mellem vores køletank i laboratoriet og kølediskene, men der er gode muligheder for at lagre energi i for eksempel kød eller mælk, som også kan tåle rimelig store temperaturudsving. Grøntsager er ikke særligt gode til at tåle temperaturudsving, så der vil der være mindre idé i at integrere systemet,« vurderer Rasmus Pedersen.

Ved hjælp af en selvbygget kontrolenhed har de kunnet regulere temperaturen i vandtanken og simulere en række scenarier med udsving i energiproduktionen, der skal gemmes som køling.

Der var tale om test af to overordnede principper i form af indirekte og direkte regulering. I indirekte regulering overvåger controlleren prisen på el, og når den når under et vist niveau på grund af overproduktion, bliver kølediskene automatisk aktiveret og køler ekstra ned.

Ved direkte regulering er det en controller udefra, der bestemmer, hvornår der skal køles ekstra. Her er det som regel ikke prisen, men nettets stabilitet, der er i højsædet.

De studerende har testet mulighederne for begge typer regulering, og resultaterne har været gode.

»Resultaterne af forsøgene har vist, dels at det er teknisk muligt at få et kølesystem til at følge en effekt-reference med ret høj præcision, dels at man kan lagre energi i et supermarked uden at gå på kompromis med fødevarekvaliteten,« fortæller Jakob Stoustrup.

Menneskelige faktorer mangler

Da der er tale om de første praktiske forsøg, er der ikke taget højde for en række faktorer, der kan tænkes at have indflydelse på, hvor effektiv lagring af overskydende energiproduktion i supermarkeder kan være.

»I en rigtig køledisk vil det være luften omkring varerne, som køles, og derfra overføres energien til for eksempel mælken. Det kan så variere, hvor ofte der stilles ny, varm mælk ned i køledisken, og hvornår det bliver gjort,« forklarer Rasmus Pedersen.

Det er en af flere faktorer, der endnu ikke er taget højde for, hvorfor det endnu er for tidligt at lave konkrete beregninger på, hvor meget energi der kan lagres i et konkret supermarked.

På sigt er det ifølge Rasmus Pedersen oplagt at teste det udviklede system i et rigtigt supermarked, men der er ikke nogen konkrete planer om at gennemføre en sådan test.

Det næste skridt i projektet bliver at foretage en virtuel sammenkobling mellem kølesystemet i Aalborg og Risøs smart grid. Der vil så blive sendt målinger af kølesystemets strømforbrug til Risø, som vil kontrollerede, hvornår det kan bruges til at lagre en simuleret overproduktion af energi.

Ud over lagringsfunktionen mener Jakob Skoustrup, at systemet på sigt kan være med til at sænke supermarkedernes energiforbrug.

»For eksempel er det langt mere effektivt at sænke temperaturen sidst på formiddagen i stedet for i middagsheden. Her kan et system som det, de studerende har arbejdet med, være med til at spare på energiforbruget ved at regulere, hvornår temperaturen skal sænkes,« fortæller han.

Ud over Rasmus Pedersen har de studerende John Schwensen, Senthuran Sivabalan og Chiara Corazzol arbejdet på projektet.

Kommentarer (20)

Skal jeg forstå det således, at den ekstra køling i situationen med overproduktion af el, skal kompensere for at kølesystemet slukkes (og dermed sparer strøm) i situationen hvor der er mangel på el?....
Ellers kan jeg ikke rigtig se hvordan dette system skal kunne fungere som et batteri? En sikkerhedsventil ja, men batteri nej...

Er der én herinde som kan komme med en uddybende forklaring?

  • 0
  • 0

Rigtig god idé. Det vil være nemt at rulle ud, da det vel bare er en lille boks der skal tilsluttes samtlige relevante kølediske. Det behøver jo heller ikke være hele løsningen, men hvis det kan tage bare et par procent af overskudsenergien så er det vel også værd at tage med.

Der er sikkert mange andre steder lignende koncepter kunne bruges. Det er jo bare et spørgmål om at tænke lidt ud af boksen.

  • 0
  • 0

Mon ikke der menes, at hvis temperaturen i disken er sænket med 1 grad (mere en normalt) i løbet af natten, så skal den ikke bruge lige så meget energi om morgenen når resten af Danmark vågner. Så en slags indirekte batteri?

  • 0
  • 0

Man lagre ikke energi i køle/frysekummer, man flytter den ud. Og det er det, man kan gøre styret af produktionen og dermed udnytte overproduktionen (varmepumpe). Ulempen er en ustabil temperatur og det kan påvirke holdbarheden.

at lagre energi i for eksempel kød eller mælk, som også kan tåle rimelig store temperaturudsving

Fødevarestyrelsen kommer nok efter en, hvis man ikke opbevarer det i det snævre temperaturinterval, der er krævet.

  • 0
  • 0

Gode pointer mht. holdbarhed og lovkrav.

Så det smarteste ville vel være fremadrettet at opsætte nye kølesystemer (ved alm. udskiftning osv.), således der kan afkøles en heatsink vha. billig el, og når el'en bliver dyr, så afsætter kølesystemet sin varme i heatsink'en, således kompressoren skal bruge mindre kraft.

  • 0
  • 0

Nu er der også den lille hage, at energien man flytter ud af køle/frysekummer, vel stadig ikke må bruges til opvarmning af butikslokalet eller brugsvand. En skatteteknisk hindring, man burde fjerne. Mener ikke den er fjernet, endnu.

  • 0
  • 0

Det er helt rigtigt at for visse fødevarer ville kvaliteten sænkes ved hurtige fluktuationer, f.eks. grøntsager der vil dehydrer. Ved andre fødevarer som majeri produkter er der et temperatur bånd på 0-5 grader hvilket giver muligheder for "oplagre" energi. Det der typisk bliver gjort i supermarkeder nu om dage er at man holder temperaturen på ca. 4 grader for at ikke komme for tæt på den kritiske øvre grænse. Det er selvfølgeligt helt kritisk at disse grænser "aldrig" bliver overskredet, og derfor skal der også være noget ude ved hvert supermarked der sørger for dette.

Men et af de steder hvor der er stor mulighed for at "lagre" termisk energi er i frost vare som typisk har et temperatur bånd på -15 til -25 grader.

Ellers er betragtningerne helt rigtige man lagre som sådan ikke energi, men man flytter sit forbrug. Denne mulighed for at flytte tings forbrug er helt essentiel for at stabilisere sit netværk. Som beskrevet i den "direkte" metode er det en regulator udefra der bestemmer forbruget af supermarkedet. Setpunktet til supermarkedet bliver så bestemt udfra mange enheder tilkoblet denne regulator, så som vind møller, kraftværker, varmepumper osv. Så det skal ses som et stort samlet system.

Ved at samle systemerne begynder man at kunne se en masse muligheder og så handler det ikke længere om et supermarked men masser og så begynder det at batte.

Mange af udfordringerne ligger lige nu i at afprøve alle muligheder der kan være med til at stabilisere nettet, men også i at beskrive hvordan disse forskellige systemer kan samles og indfå som intelligente enheder i smart grid'et. Så der er masser af spændende udfordringer indenfor dette spændende felt.

  • 0
  • 0

Godt spørgsmål. Hvor det helt korte svar er, at teori er godt i teorien :-)

Det er altid en god ide at teste sine teser på mindre systmer for at forsøge at falsificere dem før de bliver rullet ud på rigtige systemer. Som beskrevet er det næste skridt også at gøre tingene mere realistiske hvor man begynder at få den mennesklige faktor ind i det, ved at dørene til kølediskene åbner og lukker, ting forsvinder, ting bliver sat in osv.

  • 0
  • 0

I det tidsperspektiv som variationer i vindmøllestrøm har, vil varmeledning og udskiftning af varer give et stort tab.

Jeg vil næsten sige, det virker ligeså krampagtigt som hæve-sænke landskaber (foreslået på ing.dk) - eller hvad med bly i vingerne?

  • 0
  • 0

Man kunne lave vand om til is når der er billig strøm og så bruge 0 grader smelte vand til at køle i 0 - 4C grader kølemontre, når der var mangel på strøm.
Det kan selvfølgelig ikke bruges i frysemontre.

  • 0
  • 0

Jeg vil næsten sige, det virker ligeså krampagtigt som hæve-sænke landskaber (foreslået på ing.dk) - eller hvad med bly i vingerne?

Måske. En ting er 100% sikkert, hvis ikke vi undersøger det finder vi ikke ud af det. Dette er jo ikke en salgstale for at kølesystemerne i supermarkeder kan løse alle problemerne med at stabilisere nettet, men derimod en undersøgelse om hvor meget de kan bidrage med.

Man kunne lave vand om til is når der er billig strøm og så bruge 0 grader smelte vand til at køle i 0 - 4C grader kølemontre, når der var mangel på strøm.
Det kan selvfølgelig ikke bruges i frysemontre.

Det er den helt rigtige tankegang :-) Vi skal undersøge så mange muligheder som muligt, før vi står med håret i postkassen.

  • 0
  • 0

Citat fra artiklen:
------"Når du i fremtiden står over for skinker, frostkyllinger og mælken i det lokale supermarkeds kølediske, står du samtidig ansigt til ansigt med det smart grid, som skal sørge for at integrere elektriciteten fra vedvarende energikilder i vores elforsyning."--------

Når man kan erkende at -Skinker, frostkyllinger og mælk- bliver til et smart grid har man vel taget rigelige smagsprøver i ølsektionen.

  • 0
  • 0

I et ErhvervsPhD-projekt med bl.a. Danfoss, DTU og Vestas har vi undersøgt mulighederne for såkaldt "load-shifting" i køleanlæg. Vi har arbejdet en hel del både med simuleringer og praktiske test. Det viser sig klart, at der er et potentiale for beparelser i det enkelte supermarked samt gode muligheder for at stille ydelser så som fleksibelt el-forbrug, regulerkraft o.lign. til rådighed for et elnet, hvor integration af større mængder fluktuerende vedvarende energi netop gør sådanne resourcer mere efterspurgte og værdifulde.
Det viser sig, at nogle fødevarer/køleenheder egner sig fint til load-shift på en tidsskala, hvor vi snakker om minutter, andre kan holde kapaciteten i et par timer, mens fx. mælkelagre og frostrum måske kan lagre energi i op til ca. 12 timer. Med lagring af energi mener vi ikke i batteri-forstand. Energien kan ikke sendes tilbage til el-nettet igen, men i stedet kan forbruget op- og nedjusteres optimalt indenfor de grænser som fødevaresikkerheden dikterer.

Vi anvender "Model Predictive Control" (MPC) sammen med prædiktioner af forstyrrelser som udendørstemperatur, svingende elpriser, behov for regulerkraft og at kunder fjerner varer fra køleanlægget. Herved kan vi optimere omkostningerne ved driften af systemet i forhold til forskellige mål, fx. el-spot- eller regulerkraftpriser.

For de interesserede er der nogle links til udvalgte publikationer herunder. Flere kan findes ved søgning.
Det skal bemærkes at teknikken bestemt ikke er begrænset til supermarkeder og potentialet eksisterer også ved fx. kuldelagre til air-condition, køling af datacentre, varmepumper osv.

Artikel i DTU Avisen:
http://goo.gl/d6g6s

Udvalgte publikationer:
"Flexible and cost efficient power consumption using economic MPC – A supermarket refrigeration benchmark":
http://goo.gl/koJtE

"Energy Efficient Refrigeration and Flexible Power Consumption in a Smart Grid":
http://goo.gl/BvVx2

"Nonconvex Model Predictive Control for Commercial Refrigeration":
http://www.stanford.edu/~boyd/papers/pdf/n...

"Model predictive control technologies for efficient and flexible power consumption in refrigeration systems":
http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2011.12...

  • 0
  • 0

Madvarer på frost bliver ødelagt af variende temperatur.

Kvaliteten ryger, og konsistensen af kødet bliver klam. Om det påvirker holdbarheden ved jeg ikke, men det bliver ikke værd at spise. Det oplever man jo en gang imellem, når butikker ikke har opbevaret det ved ordenlig konstant temperatur.

Det kommer selvfølgelig også an på hvor meget man variere den.

  • 0
  • 0

Var det ikke bedere med nogle kølelementer, som man så køler ned, når energien er billig, og som så derefter kan hjælpe med at holde temperaturen, så man skal bruge mindre energi der?

Så kan man holde en mere konstant temperatur, og dermed undgå at varerne bliver ødelagt.

  • 0
  • 0

Det handler ikke nødvendigvis om at variere temperaturen i madvarerne mere, end man allerede gør i dag - men blot om at gøre det intelligent!
Det fleste kølebokse styres i dag med en termostat/hysterese. Dvs. at man har defineret øvre og nedre grænser for den tilladelige temperatur og styrer så kølingen, så den faktiske temperatur kører op og ned mellem disse grænser (enten 100% On eller 100% Off på kølekapaciteten). Man varierer altså allerede varetemperaturen i dag, det sker bare "blindt" uden hensynstagen til varierende effektivitet, el-priser og regulerkraft.
De undersøgelser, jeg refererer til i mit indlæg ( http://ing.dk/artikel/130110-studerende-vi... ), er baseret på, at man overholder de definerede temperaturgrænser og altså ikke kommer på kant med lovgivningen.

  • 0
  • 0

Jo, det er en god idé, men problemet kan her være omkostningerne ved at installere sådanne materialer og/eller ved de strukturelle ændringer i køleanlæg og kølebokse.
Der har været lavet undersøgelser med at installere faseskiftende materialer men en del af den økonomiske gevinst forsvinder ved dette... i hvert fald for supermarkedskøl/frost.

Hvis man i stedet blot udnytter den termiske kapacitet i varerne, er udgiften måske kun en softwareopdatering i styrringen.

  • 0
  • 0