Evaluating energy flexibility of buildings using flexibility functions

Abstract

[ES] La flexibilidad energética es un concepto nuevo. (https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.05.037) Pretende medir la capacidad de un edificio de controlar su demanda y generación de energía en función de las condiciones climáticas locales, las necesidades de los usuarios y los requisitos de la red. El presente trabajo consiste en la evaluación de la flexibilidad energética de los sistemas energéticos de edificios mediante la implementación de un modelo matemático utilizando el software R. Con este modelo se pretende controlar y optimizar su demanda energética aplicando funciones de flexibilidad cuyo rendimiento depende de consignas de temperatura y emisiones de carbono como señales de penalización. De esta manera, los edificios pueden almacenar energía durante los períodos de menor demanda para utilizarla durante los períodos pico, lo que ayuda a disminuir la generación de energía basada en combustibles. Este modelo se aplicó a dos casos. En primer lugar, se estudia la flexibilidad de un sistema de calefacción por suelo radiante de un apartamento ubicado en Copenhague, Dinamarca. Posteriormente, se estudia la flexibilidad de una combinación de sistemas energéticos que contienen: una bomba de calor para calefacción y ACS, una instalación fotovoltaica en la azotea, un vehículo eléctrico y una batería de un edificio ubicado en Dübendorf, Suiza para controlar su consumo de energía y evaluar el ahorro energético potencial obtenido. Por último, los resultados obtenidos de los casos simulados se utilizaron para desarrollar observaciones y propuestas sobre el modelo matemático con el fin de mejorar la precisión de las simulaciones.

[EN] Energy flexibility is the ability of an energy system to control its energy demand and generation based on local climatic conditions, user needs and network requirements. For this reason, the present Master Thesis consists on the evaluation of the energy flexibility of the energy systems of buildings through the implementation of a mathematical model using the R software. With this model, the aim is to control and optimize their energy demand by applying flexibility functions whose performance depends on temperature setpoints and carbon emissions as penalty signals. In this way, buildings are able to store energy during off-peak periods in order to use it during peak periods, helping to decrease fossil fuel-based power generation by reducing the peak demands on the grid. This model was applied to two cases. First, the flexibility of a heating floor system of an apartment located in Copenhagen, Denmark is studied. Later, the flexibility of a combination of energy systems containing: a heat pump for space heating and DHW, a rooftop PV installation, an EV and a stationary battery of a building located in Dübendorf, Switzerland are studied to control their energy consumption and evaluate the potential energy savings obtained. Lastly, the results obtained from the simulated cases were used to develop observations and proposals about the mathematical model in order to improve the precision of the simulations.