Energy Management for Household Prosumer

Abstract

Da andelen af vedvarende energikilder øges i elproduktionen, er det blevet overkommeligt for husholdninger at etablere deres egen grønne produktion og blive prosumere. Regeringsincitamenter tilskynder også denne tendens gennem godtgørelse eller skattefradrag. I dag kan private forbrugere medtage adskillige enheder i deres opsætning, såsom: solcelleanlæg, batterier, små vindmøller, varmepumper osv. Motivationen bag disse systemer er primært at få økonomiske fordele af de reducerede energiregninger, men også at hjælpe i kampen mod klimaændringer. På grund af vedvarende energis ustabile natur er det dog vigtigt også at investere i et kompakt energistyringssystem (EMS), der styrer alt energiforbrug fra prosumere på en optimeret måde. Disse systemer bruger sofistikerede optimeringsalgoritmer til at planlægge prosumers batteri eller Elektrisk Køretøj (EV)-opladningen. Fleksibilitet til at kunne inkludere nye fremtidige teknologier som varmepumper eller EV er et must. Denne afhandling har til formål at udvikle et EMS, der er i stand til at planlægge strømforbrug til prosumerens enheder, samtidigt med at elregningen minimeres, forbrugerkomfort er vedligeholdt og dem maksimale effekt fra elnettet er begrænset. Det kræver langsigtet analyse for at sikre systemets økonomiske effektivitet samt kortsigtede simuleringer for at validere dets strømstyringsfunktioner. Gennemførlighed er nøglen, hvilket betyder, at et foreslået EMS er effektivt, hvis det kan implementeres på faktisk hardware og styrer faktiske strømme. Det er således vigtigt at studere og konstruere et fremtidigt EMS, der vil hjælpe med at udbrede bredden og med succes indarbejde de nyeste vedvarende teknologier.

As the share of renewable energy sources are increasing in the electricity production, it became affordable for households to set up their own green production and become prosumers. Governmental incentives are also encouraging this trend through feed in tariffs or reduced taxes. Nowadays, prosumers could include numerous devices in their set up such as: photovoltaic panels, batteries, small wind turbines, heat pumps, etc. The motivation behind these systems is mainly to gain financial benefits on the reduced energy bills but also to aid the fight against climate change. However, because of the volatile nature of renewables, it is important to also invest in a compact energy management system (EMS), which governs all the power flows of the prosumer in an effective manner. These systems utilize sophisticated optimization algorithms to schedule the prosumers battery or Elecric Vehicle (EV) charging. This thesis aims to develop an EMS which is capable of scheduling the power dispatches of the prosumer’s devices, while achieving electricity bill minimization, providing user comfort and constraining the maximum power drawn from the grid. A flexible solution which can be implemented at a wide range of prosumers with different set ups. It requires long term analysis to ensure financial efficiency of the system as well as short term simulations to validate its power management capabilities. Feasibility is also key, meaning a proposed EMS is effective if it can be deployed on actual hardware and govern actual powerflows. It is thus, essential to study and construct a future EMS that will help the wide spread and successful incorporation of the latest renewable technologies.

A master thesis from Aalborg University

Energy Management for Household Prosumer