Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Economic MPC for a Flemish household with PV and a heat pump
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The energy consumption of the building sector accounts for 40% of the global use, most ofwhich are employed for Heating, Ventilation, and Air-Conditioning, together with WaterHeating. In 2016, the European residential sector represented 25.4% of the final energyconsumption with households using up to 80% of it to meet the heating demands. Suchconsumption calls for energy efficiency and increased use of renewable energy sources.In addition, thermal storage grants an increased integration of renewable energy sourcescombined with the potential of demand-side management. In the push towards near zeroemission buildings, the most promising configuration is all electrical with the provisionof energy with a residential PV. Therefore, this thesis focuses on a control strategy fora residential installation with a heat pump and PV.Economic model predictive control (EMPC) has been determined as a favorable controlstrategy to handle such systems. EMPC allows for many different things, includingconstraint handling and optimal performance in spite of conflicting objectives. The thesisis developed in collaboration with the Belgian start-up ThermoVault, which provideselectric energy services for space and water heaters. After successfully accomplishing theprovision of local services, such as energy efficiency or self-consumption, the intention isto combine the local objectives with an additional external incentive, e.g. provision ofancillary services or time-of-use.Firstly, the thesis aims to provide a regional context of demand response, heat pumpand PV to understand their role in the near future. Moreover, the thesis proceeds tosearch for this second external economic incentive to yield greater economic profits.Upon finding the additional incentive, a control strategy that fits the requirements isproposed accordingly. Finally, a case study representative of a Flemish household isintroduced and the performance of the control strategy is assessed in comparison to asimple ruled-base control. The assessment is performed over three different weeks of theyear, representing the three seasons with heating demands (autumn, winter and spring)in order to extrapolate the results for a whole year. After it, two possible future scenariosare studied: 1) the introduction of a feed-in tariff, instead of the current net-meteringscheme and, 2) the possibility to access real-time pricing at a residential level.

Abstract [sv]

Energiförbrukningen inom byggsektorn motsvarar 40% av den globala förbrukningen,var värmning, ventilation och luftkonditionering, uppvärmning av vatten. Bostadssektorn representerar 25.4% av denna energianvändning, varav hushållen under 2016 använde 80% för uppvärmning. Sådan konsumtion påkallar energieffektivitet samt ett ökat användande av förnybara energikällor. Därtill bidrar termisk lagring till en ökad integration av förnybara energikällor i kombination med potentialen i efterfrågeflexibilitet. I strävan efter byggnader med nollutsläpp är den mest lovande konfigurationen genomgående elektrisk med energiförsörjning från bostadsanapassade solceller.Därför ligger fokus i denna uppsats på en kontrollstrategi för installationer i bostäder med en värmepump och solceller.Economic model predictive control (EMPC) har föreslagits som en av de bästa kontrollstrategierna för att hantera denna typ av system. EMPC tillåter många olika saker, däribland restrektiv hantering och optimal prestation, trots mål som motsäger varandra. Detta examensarbete är genomfört i samarbete med den belgiska start-upen ThermoVault, som tillhandahåller elektrisk energi-tjänster för uppvärmning av lokaler och vatten. Efter att ha framgångsrikt åstadkommit tillhandahållande av lokala tjänster, såsom energieffektivitet eller optimering av egen förbrukning, är avsikten att kombinera de lokala målen med ytterligare ett externt mål, det vill säga tillhandahållandet av systemtjänster eller Time of Use tariff.I första hand syftar den här uppsatsen till att erbjuda en regional kontext analysera efterfrågan, värmepumpar och solceller för att förstå deras roll i en näraliggande framtid. Därtill fortsätter den här uppsatsen att eftersöka andra ekonomiska drivkrafter för att generera större ekonomisk vinst. När denna identifierats, föreslås en kontrollstrategi som möter de krav som ställs. Slutligen introduceras en fallstudie som är representativ för ett flamländskt hushåll och EMPC algoritmens prestanda är utvärderad i förhållande till en enkel regelbaserad styrning. Utvärderingen görs under tre olika veckor under ett år och representerar de tre årstiderna med tillhörande krav på uppvärmning (höst, vinter, vår) för att kunna extrapolera resultaten för ett helt år. Därefter studeras två möjliga framtidsscenarier: 1) införandet av en inmatnings-tariff istället för den nuvarande nettomätningsmodellen och, 2) möjligheten att använda realtids priser för hushållskunder.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 76
Series
TRITA-EECS-EX ; 2019:252
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-254406OAI: oai:DiVA.org:kth-254406DiVA, id: diva2:1331886
External cooperation
Thermovault
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-06-27 Created: 2019-06-27 Last updated: 2019-06-27Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(11519 kB)38 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 11519 kBChecksum SHA-512
38fe1eb2bfb06cb0609fc77db6b01ffe06920b077c44e9fdcc9a7ac282c932f1fefe1f667431ca0952fb8ca518c1aa0829862627172f53a3660520672064a3ad
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 38 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 136 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf