DTplan Demodagen_11 10 2013_4_energie_aspecten_jan desmet

Prof. dr. ir. Jan Desmet - Presentatie DT-Plan - Demodagen – 11 Oktober 2013 – 1

Elektrische

Energie-efficiëntie:

Huidige Aanpak


1. Kennis elektrische parameters en facturatie

2. Kennis verbruikers

3. Kennis verbruikspatronen

4. Kennis installatie onderdelen

5. Kennis invloedsparameters

6. Pragamtiek

Situering

Prof. dr. ir. Jan Desmet - Presentatie DT-Plan - Demodagen – 11 Oktober 2013 – 3 Prof. dr. ir. Ing J. Desmet – Cursus Energie Besparen KVIV- Partim Elektrische Energie - 14 november 2012 – 3

Trias Energetica


Terugdringen van de primaire energievraag

zonder comfortverlies of kwaliteitsverlies

1. Efficiëntere verlichting voor huizen, kantoren, bedrijven en wegen.

2. Efficiëntere systemen voor verwarming en koeling.

3. Efficiëntere DC-voedingen en “stand by verbruik”

4. Efficiëntere elektrische aandrijvingen

5. Efficiëntere energieverdeling en verbruik

6. “Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV)” & Opslag

Rationeel Energie Gebruik


Opgedeeld in 4 delen niet alleen in functie van het verbruik

Eigenlijke energiekost volgens tarieven overeengekomen tussen de klant en zijn

energieleverancier op basis van meerder parameters, zoals vermogenpiek,

uitschakelbaarheid, ….

Transportkost voor transport via transmissienet. De tarieven worden bepaald door de

transmissienetbeheerder, en worden ook doorgegeven aan de transmissienetbeheerder

Transportkost voor distributie via distributienet. Tarieven bepaald door de

distributienetbeheerder van het gebied van de klant, en worden doorgegeven aan deze

distributienetbeheerder.

Heffingen en belastingen volgens tarieven bepaald door de Belgische staat en

doorgegeven aan de Belgische staat (bijdrage groene stroom, wkk, …)

Energiefactuur: Kostenverdeling


Energiefactuur: Analyse


Energiefactuur: Vermogenverdeling


Mogelijke variaties:

Overschrijden reactieve limiet

Overschrijden vermogenterm

WE tarief

Afschakelbaar vermogen

…..

Energiefactuur: Kostenverdeling


Interessante items voor de verbruiksanalyse

Vergelijking van het verbruik van de verschillende energiebronnen

Vergelijking van de kostprijs van de verschillende energiebronnen

Verloop elektriciteitsprijs

Verloop afgenomen vermogen

Verloop van de afzonderlijke verbruiken op jaarbasis

Procentuele verdeling van energiefactuur (basisprijs, transport, heffingen)

Procentueel elektriciteitsverbruik van aanwezige verbruikers

…

Verbruiksprofiel: Analyse


Productiemachines

Verbruiksprofiel: Energieverdeling


Verbruiksprofiel: Vermogen afname


Kwartuurpieken

0

50

100

150

200

250

300

11/1

2/2

006 1

1:1

7

11/1

2/2

006 1

3:4

1

11/1

2/2

006 1

6:0

5

11/1

2/2

006 1

8:2

9

11/1

2/2

006 2

0:5

3

11/1

2/2

006 2

3:1

7

12/1

2/2

006 1

:41

12/1

2/2

006 4

:05

12/1

2/2

006 6

:29

12/1

2/2

006 8

:53

12/1

2/2

006 1

1:1

7

12/1

2/2

006 1

3:4

1

12/1

2/2

006 1

6:0

5

12/1

2/2

006 1

8:2

9

12/1

2/2

006 2

0:5

3

12/1

2/2

006 2

3:1

7

13/1

2/2

006 1

:41

13/1

2/2

006 4

:05

13/1

2/2

006 6

:29

13/1

2/2

006 8

:53

13/1

2/2

006 1

1:1

7

13/1

2/2

006 1

3:4

1

13/1

2/2

006 1

6:0

5

13/1

2/2

006 1

8:2

9

13/1

2/2

006 2

0:5

3

13/1

2/2

006 2

3:1

7

14/1

2/2

006 1

:41

14/1

2/2

006 4

:05

14/1

2/2

006 6

:29

14/1

2/2

006 8

:53

14/1

2/2

006 1

1:1

7

14/1

2/2

006 1

3:4

1

14/1

2/2

006 1

6:0

5

14/1

2/2

006 1

8:2

9

14/1

2/2

006 2

0:5

3

14/1

2/2

006 2

3:1

7

15/1

2/2

006 1

:41

15/1

2/2

006 4

:05

15/1

2/2

006 6

:29

15/1

2/2

006 8

:53

15/1

2/2

006 1

1:1

7

Tijdstip (kwartuur)

Verm

og

en

([k

W]

Kwartuurpieken

284 kW

Verbruiksprofiel: Kwartierpiek


Verbruiksprofiel: Reactief Verbruik


Verbruiksprofiel: Balancing


Belasting WKK opbrengst PV opbrengst Belasting met PV en WKK

Verbruiksprofiel: Balancing


Transformatorverliezen

Kabelverliezen

Verliezen bij condensatorbatterijen

en passieve filters

Verliezen bij

actieve filters

Energie efficiëntie van

verbruikers


lineaire verbruikers

Transport en distributie verliezen

Transformatorverliezen

Kabelverliezen

Verliezen bij condensatorbatterijen

en passieve filters

Verliezen bij

actieve filters


verbruikers


lineaire verbruikers

Transport en distributie verliezen

Netwerkverliezen


Netwerkverliezen wereldwijd: 1279 TWh/j 9,2% van totale elektriciteitsverbruik

Energievoorziening voor 365 miljoen gezinnen

Tussen 3,7% en 26,7% van elektriciteitsverbruik

70% verlies in distributie, 30% in transmissie

1/3de van totaal netwerkverlies in trafo’s

Netwerkverliezen


Verhoogde verliezen door harmonische belasting

Sankey Diagram

Wervelstroom

Hysteresis verliezen

Joule verliezen

Wervelstroomverliezen

Overige wervelstroomverliezen

97 à 99% van primair

vermogen

0,7 à 2%

lastverliezen

0,1 à 0,2%

nullastverliezen

15% 85%

80%-

95%

5%-

20%X%

Netwerkverliezen: Transformatoren


Netwerkverliezen: Transformatoren

Verdisconteerde Pay

Back

NAW


Kabelverliezen: 2222 )3( phphphphv IIIIRP

Netwerkverliezen: Kabelverliezen


0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

0 2 4 6 8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

tijd [jaar]

TC

O [

€/m

ete

r]

Kabel 95mm² - Al

Kabel 150mm² - Al

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

tijd [jaar]

TC

O [

€/m

ete

r]

Kabel 70mm² - Cu

Kabel 95mm² - Cu

Hogere sectie aluminium of alternatief koper?

Bepaling van kabelkost: Case study



0

10

20

30

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

tijd [jaar]

TC

O [

€/m

ete

r]

Kabel 4mm²

Kabel 6mm²

Kabel 10mm²

Kabel 16mm²

Kabel 25mm²

Irms-fase 14,3A Irms-fase 24,9A Prms 6kW

I1-fase 8,9A I1-fase 0A Srms 9,87kVA

THD(Ifase) 127% THD(Ifase) ∞ PF 0,606

Sectie [mm²] DVrms-lijn [%] DVrms-fase [%] Kabeltemp. [°C] Kavelverlies [W] Fractie Ptot

4 2,51 7,59 50 618 10%

6 1,61 4,84 38 388 6%

10 0,96 2,88 31 227 4%

16 0,61 1,82 25 138 2%

25 0,42 1,26 23 87 1%

20 PC's per fase, gelijkmatig verdeeld over de drie fasen

aantal uren per jaar aan stille uren tarief h,su [h] 4924

aantal uren per jaar aan normale uren tarief h,nu [h] 3836

initieel nacht tarief C,su [€/kWh] 0,0387

initial day tariff C,nu [€/kWh] 0,08447

groei percentage energie prijs E [%] 2,00%

Milieutaksen [€/MWh] 1,22

geleend kapitaal [%] 40,00%

eigen kapitaal [%] 60,00%

opbrengst eigen kapitaal [%] 11,98%

kost geleend kapitaal [%] 3,68%

marginale aanslagvoet, t [%] 33,99%

WACC [%] 7,20%

verwachte levensduur kabel, N [jaren] 30

afschrijvingsperiode, M [jaren] 20


Voedingssysteem voor PC’s, waarin een gelijkmatige

verdeling van 10 PC’s per fase.

Nulleider heeft een hoog gewicht aan derde orde

harmonischen, wat aanleiding geeft tot verhoogde

temperaturen en bijgevolg ook verhoogde kabelverliezen.

Bepaling van kabelkost: Case study


• Compenseren van blindstroom

• Beperken van de stroomgrootte in de kabels

• Beperken van kabel en transformatorverlies

• Veelal beperkte terugverdientijd

0,85

0,95

18,19°

31,79°

Iact

Ir

0,312

0,5267

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1

Initiële dPF

Re

ductie v

an d

e k

abe

lve

rlie

zen dPF=0,900

dPF=0,925

dPF=0,950

dPF=0,975

dPF=1,000

Situering

Verbruiksverliezen: dPF Correctie


Terugverdientijd condenstorbatterijenmet filter zonder filter

kostprijs per kVAr 25 15 €/kVAr

aanschafprijs 2500,8 1500,5 €

aantal normale uren per jaar 3660 h

aantal stille uren per jaar 5100 h

energieprijs tijdens normale uren 0,15 €/kWh

energieprijs tijdens stille uren 0,1 €/kWh

percentage in belasting tijdens normale uren 0,5

percentage in belasting tijdens stille uren 0,1

Cu Al

jaarlijkse energiebesparing door compensatie 833,0 951,4 €

Cu Al

payback met filter 3,002122 2,6286356 jaar

payback zonder filter 1,801273 1,5771814 jaar

Case Studie

Verbruiksverliezen: dPF Correctie


Efficiënte klassen inductiemotoren

Verbruiksverliezen: Motoren

Efficiënte in deellast


Snelheids-

variatie

Belastings-

graad

Rendementsverschil

EEF2 - IE2 [%]

Energiekost @

3500 Hr

Besparing

[€]

Payback

[jaren]

0-200 0-150 3,52 496 49,66 9,75

0-100 0-100 2,50 352 35,24 13,75

50-100 0-100 2,18 308 30,80 15,73

0-100 50-100 3,30 466 46,60 10,39

Snelheids-

variatie

Belastings-

graad

Rendementsverschil

EEF2 - IE2 [%]

0-200 0-150 3,52

0-100 0-100 2,50

50-100 0-100 2,18

0-100 50-100 3,30

Snelle payback bepaling

Energieprijs: €90/MWh

Vervanging EFF2 (IE1) naar EFF1 (IE2)

Kostprijs nieuwe motor type IE2: € 450 inclusief vervanging.

Snelheids-

variatie

Belastings-

graad

Rendementsverschil

EEF2 - IE2 [%]

Energiekost @

5900 Hr

Besparing

[€]

Payback

[jaren]

0-200 0-150 3,52 827 82,77 5,85

0-100 0-100 2,50 587 58,74 8,25

50-100 0-100 2,18 513 51,34 9,44

0-100 50-100 3,30 776 58,26 6,24

Verbruiksverliezen: Motoren


Sankey Diagram

Verbruiksverliezen: Verlichting


Het rendement is sterk afhankelijk van de configuratie!

(Metingen gebeuren telkens met zelfde ballast)





Volcontinu verbruik:

• Nullastverliezen transformatoren

• Beweegdetectoren

• Toeganscontroles en gebouwenbeheersystemen

• IT-equipment

• Verlichting

• Slaapstand

• ……

Verbruiksverliezen: Sluimerverbruik


Sluimerverbruik:

• 24/dag 365 dagen/jaar = 8760 uren

• Slaapstanden tot 80% van nuttig verbruik

• Groot aantal dergelijke verbruikers

• Foute interpretaties:

• 1W sluimerverbruik kost +/- €1,5/jaar (gemidd. €100/jaar/gezin)

• Verbruik door dimming:

• Spaarlampen

Verbruiksverliezen: Sluimerverbruik


Groot aandeel aan netwerkverliezen (trafo’s + kabels)

Vergelijken tussen energieleveranciers steeds

aangewezen

Localisatie en kwantificeren van verbruikers

Hoogrendementstoepassingen niet altijd economisch

interessant

Verlichting en sluimerverbruik opvolgen

Implementatie van hernieuwbare bronnen steeds

aangewezen

Prof. dr. ir. Ing. Jan Desmet - Gastlezing “Smart Grids” - Kiwanis Roeselate - Vrijdag 10 Juni 2011 - 32

Conclusies


Kennis installatie onderdelen is belangrijk

Kennis verbruikspatroon en benuttiging bepaalt winst

Sluimerverbruik belangrijk gezien volcontinu

Ondoordachte aanpak kan leiden tot meerverbruik

Hoog potentieel aan besparingsmogelijkheden

Conclusies


Research group Lemcko – UGent

Graaf Karel de Goedelaan 34

B-8500 Kortrijk

Tel.: +32 56 24 12 39

Fax: +32 56 24 12 34

[email protected]

www.lemcko.be

Prof. dr. ir. Jan Desmet

Manager

You don’t need eyes to see

You need vision

Documents

DTplan Demodagen_11 10 2013_4_energie_aspecten_jan desmet