Utilizing demand-side management in industrial HVAC design

Sähkön kysyntäjoustolla tarkoitetaan sähkönkäytön hetkellistä vähentämistä tai lisäämistä tehotasapainon tarpeisiin tai käytön siirtämistä korkean sähkönkulutuksen ja hinnan käyttötunneilta edullisempaan ajankohtaan. Kysyntäjouston mahdollistavat erilaiset sähkön markkinapaikat ja -osapuolet sekä usealla tasolla toimiva lainsäädäntö. Teollisuusalan kysyntäjoustolla on merkittävä potentiaali jouston tarjoamiseen sähköjärjestelmässä, sillä se on ympäri maailmaa merkittävä sähkönkäyttäjä. Teollisuusprosessien lisäksi säädettävää kuormaa löytyy myös laitosten LVIA-järjestelmistä. Kylmä- ja pakkasvarastojen jäähdytysjärjestelmät muodostavat Suomessa suurimmanbosan elintarviketeollisuuden sähkönkäytöstä. Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää teollisuuden kysyntäjoustopotentiaalia sekä sähkömarkkinoiden ja lainsäädännön vaikutusta tämän potentiaalin hyödyntämiseen Suomessa kirjallisuuskatsauksen avulla. Lisäksi selvitetään erään Suomessa sijaitsevan pakkasvaraston kysyntäjoustopotentiaali tapaustutkimuksen avulla. Tapaustutkimus pohjautuu mittausdatan, haastattelujen ja muiden dokumenttien pohjalta tehtyyn laskennalliseen analyysiin. Suomen suurimmilla teollisuusaloilla arvioidaan tällä hetkellä olevan yhteensä noin 1 gigawatin verran säädettävää kuormaa lyhyelle, 0-3 tunnin mittaiselle aikajänteelle. Kuormaa on etenkin metsä-, metalli-, ja kemianteollisuuden sähkönkäyttäjillä. Tulevaisuudessa jouston määrän odotetaan kasvavan teollisuuden sähköistyessä vähähiilisyyteen tähtäävien päästövähennystoimien seurauksena. Pakkasvaraston jäähdytysjärjestelmä soveltuu kysyntäjoustoon. Tuotot ovat olleet maltillisia, ja haasteena on joustojen ajoittaminen sähkön hinnan vaihdellessa rajusti. Reservimarkkinoille osallistuminen vaatisi investointeja mittaukseen sekä automaatioon, eikä säädettävää kuormaa ole välttämättä aina riittävästi niille osallistumiseen. Säädettävän kuorman tarkempi määrittely vaatisi mittauksia paikan päällä. Reservimarkkinoille osallistumiseen liittyviä ongelmia voitaisiin lievittää tukeutumalla aggregoijan palveluihin.Demand response (DR) means adjusting electricity usage temporarily to maintain balance in the grid or to shift electricity consumption from hours where the price of electricity is high to cheaper hours. DR is made possible by different electricity marketplaces, actors and multi-level legislation and regulation. Industrial DR has significant potential to offer flexibility since the industry sector is a large electricity consumer around the world. In addition to industrial processes, flexible load is found in the HVAC systems of industrial facilities. The cooling systems of cold and refrigerated storage facilities are the largest electricity consumers in the Finnish food industry. The objective of this thesis is to conduct a literature review to examine the amount of industrial flexible load in Finland and how electricity markets and legislation affect this potential. Additionally, the DR potential of a refrigerated storage facility in Finland is examined as a case study. The case study is based on a mathematical analysis, conducted with measured data, interviews and other documents from the facility. Large industry sectors in Finland have an estimated combined 1 gigawatt of flexible load, suitable for short periods ranging from zero to three hours. Loads are found especially in the forest, chemical and metal sectors. In the future, the amount of flexible load is expected to increase with the electrification of industry processes. The cooling system of the refrigerated storage facility is suitable for DR. The economic profits have been very modest, and the correct timing of DR periods presents some challenges. Participation in the Finnish reserve markets would require investments at the facility to both measurement technology and automation systems, and the available load might not be enough. A more accurate measurement of loads would require on-site measurements. Challenges regarding participation in the reserve markets might be alleviated with the services of an aggregator