The Development on Energy Management Systems of Air Conditioning System for Reducing The Peak Demand in Building

Abstract

This research was aimed to propose guidelines for electrical energy management in air conditioning as a means of reducing peak demand (PD) in buildings by using an integrated system of Photovoltaic (PV) and Demand Side Management (DSM) during April-May. In this study, the potentials of PV system were assessed using information from the Smart Grid UP in Building B3 with a 60 kWp PV system installationand a 1,500,265 BTUH total electrical energy demand for air conditioning system in building. The results showed that a lack of synchronism between energy demand and energy generation causes an over energy of 66.18 kWh/day, which was about 21.11% of the electrical generation capacity. The PV-integrated DSM prototype was then developed in order to install in the building in 3 forms; 1) direct PV system, 2) PV-Battery Energy Storage System (PV-BESS) and 3) Chilled Water Thermal Storage (CWTS) integrated PV system. The results showed that integrating the direct PV system, the PV-BESS system with a 45 kWh BESS, and the PV-CWTS system with a 175,400 BTUH CWTS to the building can reduce the PD to 75.36%, 54.39% and 55.70% respectively, compared to the building without any energy management where the PD was 120.54 kW. As for economic analysis, the results also showed that the PV-CWTS system requires lowest investment of 28,881.86 Baht/kW. On the other hand, the direct PV system and the PV-BESS system require considerably larger investment of 111,073.71 Baht/kW and 54,878.05 Baht/kW, respectively. This indicates that the direct PV system and the PV-BESS system might not be worth the investment, especially the PV-BESS system due to the cost of the BESS system with a lithium-ion battery that is currently very expensive.

งานวิจัยนี้จะเป็นการศึกษาเพื่อพัฒนาต้นแบบแนวทางการบริหารจัดการพลังงานไฟฟ้าของระบบปรับอากาศเพื่อลดค่าความต้องการพลังงานไฟฟ้าสูงสุดในอาคาร (PD) โดยใช้จากการจัดการร่วมกันระหว่างการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ (PV) และรูปแบบการจัดการด้านการใช้พลังงงาน (DSM) ในช่วงเดือนเมษายนถึงเดือนพฤษภาคม การศึกษาเริ่มจากการประเมินศักยภาพของ PV โดยใช้ข้อมูลจาก Smart Grid UP ของอาคาร B3 ติดตั้งระบบ PV ขนาด 60 kWp และรูปแบบความต้องการพลังงานไฟฟ้าจากระบบปรับอากาศอาคารที่มีขนาดรวม 1,500,265 BTUH ผลการศึกษาเบื้องต้นพบว่าความต้องการพลังงานไฟฟ้ากับการผลิตไฟฟ้ามีช่วงเวลาไม่ตรงกันทำให้มีพลังงานส่วนเกิน (Over Energy) มากกว่าความต้องการเฉลี่ย 66.18 kWh/วัน หรือคิดเป็น 21.11% ของความสามารถในการผลิตไฟฟ้า จากนั้นจึงพัฒนาแบบจำลอง DSM ร่วมกับ PV เพื่อติดตั้งบนอาคาร 3 รูปแบบ ได้แก่ รูปแบบ1) การใช้ PV โดยตรงเพื่อลด PD ของอาคาร รูปแบบ2) ระบบกักเก็บพลังงานแบบแบตเตอรี่ (Battery Energy Storage System, BESS) ที่เหมาะสมร่วมกับ PV และรูปแบบ 3) การออกแบบระบบควบคุมการจัดการด้านการใช้ไฟฟ้าด้วยการสำรองพลังงานอยู่ในรูปแบบน้ำเย็น (Chilled Water Thermal Storage, CWTS) ร่วมกับ PV จากการวิเคราะห์ อาคารที่ไม่มีการจัดการพลังงานจะเกิด PD จะเท่ากับ 120.54 kW เมื่อเปรียบเทียบกับในรูปแบบ 1) ระดับ PD ของอาคารลดลงเหลือ 75.36% รูปแบบ 2 สามารถลด PD เหลือ 54.39% จากจำลองขนาดของ BESS ติดตั้ง 45 kWh และสุดท้ายรูปแบบ 3) PD ของอาคารลดลงเหลือ 55.70% จากการติดตั้งระบบทำน้ำเย็นขนาด 175,400 BTUH เมื่อเมื่อเปรียบเทียบความน่าสนใจในการลงทุนใน พบว่าใน รูปแบบ3) มีอัตราส่วนการลงทุนที่ต่ำที่สุดในการลดความต้องการพลังงานไฟฟ้าสูงสุดที่ ที่ 28,881.86 บาท/kW น้อยกว่าโดยที่รูปแบบ 1) และ 2) มีอัตราส่วนการลงทุนอยู่ที่ 111,073.71 บาท/kW และ 54,878.05 บาท/kW ตามลำดับ แต่เมื่อเมื่อพิจารณาผลตอบแทนด้วยตัวชี้วัดทางเศรษฐศาสตร์พบว่าไม่คุ้มค่าต่อการลงทุนโดยเฉพาะในรูปแบบ2 เนื่องจากต้นทุนของระบบ BESS ที่เลือกเป็นแบบแบตเตอรี่ลิเธียม ไออน (Lithium-ion battery) มีราคาสูงมากในปัจจุบัน