Forbruksmønster i husholninger og hytter - casestudie av strømforbruket i Hvaler kommune

I 2011 stod husholdninger og hytter for omlag 32 % av det totale forbruket av strøm i Norge. En økning i antall innbyggere og fortetting av boligområder vil kunne føre til at strømbehovet øker lokalt. Det meste av dagens nettoverføringer ble bygget på 50-til 80-tallet, og behovet for ny kapasitet er nå stort flere steder i landet. Denne oppgaven har som hovedmål å beskrive og analysere strømbruken i husholdninger og hytter i Hvaler kommune i Østfold. Hvaler kommune har gjennom et forskningssamarbeid med Smart Energi Hvaler (SEH) blitt en demonstrasjonsarena for fremtidens energisystem. I 2011 ble det plassert ut 6400 avanserte måle – og styringssystemer (AMS) til Fredrikstad EnergiNett (FEN) sine kunder på Hvaler. Disse målerne leser automatisk av strømforbruket en gang i timen. Et utvalg av disse forbruksdataene er grunnlaget for denne oppgaven. I tråd med gjeldende forskrift skal alle målepunkter i Norge ha fått installert AMS innen 1.januar 2017. Noen av formålene med AMS er å bevisstgjøre kundene om eget forbruk, sikre en effektiv regulerkraftavregning, samt å etablere en toveis kommunikasjon mellom nettselskaper og forbrukere. Ved bruk av ovennevnte forbruksdata fra 1. november 2011 til 18. august 2012 og meteorologiske data fra Strømtangen fyr for den samme perioden, er det i denne oppgaven gjennomført ulike statistiske analyser, herunder standardavvik, gjennomsnitt, prinsipalkomponentanalyse (PCA) og regresjon. Resultatene viser store forskjeller i det gjennomsnittlige forbruket til hytter og husholdninger. Husholdning hadde klare døgn – og ukeprofiler i hele perioden, hvor det er to gjennomgående topplaster, en om morgen og en om kvelden. Karakteristikken på de ulike ukesnittene gav grunnlag for å sortere månedene. Denne sorteringen viste at det var en grad av sammenheng mellom månedene som hører til samme del av året. Hytter hadde samlet sett mindre grad av struktur over døgnet og uken i vintermånedene. Forbruket i helgene var stigende fra mars til juni. I juli og august var det også høyt forbruk i ukedagene. De største variasjonene mellom forbrukerne i begge kategorier kom i de samme timene hvor gjennomsnittet var høyest. Lufttemperatur og strømforbruk i husholdning var sterkt korrelert med en koeffisient på -0,90. For hytter var det mindre grad av sammenheng, med en koeffisient på -0,68. Et estimat på andelen av strøm som går til oppvarming, var på omkring 2/3 for husholdning i februar. Forbruksmønsteret og den summerte forbruksfordelingen for hytter i vintermånedene tyder på at en stor del av forbruket gikk til oppvarming selv om hyttene ikke var i bruk i lange perioder. Det største forbruket i den gjennomsnittlige husholdningen var på 3,95 kWh og kom på den kaldeste dagen i året. Hyttene hadde også et høyt forbruk denne dagen, 0,97 kWh. Det største forbruket for hytter var på langfredag og lå på gjennomsnittlig 1,41 kWh per hytte. Hyttene hadde i gjennomsnitt et mye lavere forbruk enn husholdningene for hele analyseperioden på henholdsvis 4325 kWh og 14440 kWh. Med ca 60 % flere hytter enn husholdninger på Hvaler, så hadde hytteforbruket likevel en tilnærmet like stor innvirkning på den totale lasten. Med de forventede klimaendringene, blant annet høyere gjennomsnittstemperaturer, kan det totale energiforbruket på Hvaler bli redusert. Mer ekstremvær i form av maksimalt lavere temperaturer på vinteren kan derimot øke effektbehovet. I kombinasjon med økt tilflytting, større og noen flere hytter vil trolig effektbehovet på Hvaler fortsette å øke i fremtiden. Et framtidig nett må ta høyde for å håndtere disse topplastene. For å unngå knapphet i overføringskapasiteten må det tilrettelegges for målrettede løsninger som kan bidra til å redusere topplastene. Households and spare time residents used about 32 % of total energy consumption in Norway in 2011. An increase in population and higher density in the cities could boost the amount of electricity needed. Most of today’s power lines was built from 1950 – 1980, and the need of more capacity is therefore great in many areas of Norway. This thesis looks to describe and analyze the power use in households and spare time residents in Hvaler municipality, in Østfold County. Hvaler municipality has cooperated with Smart Energi Hvaler (SEH) in researching the future energy systems. In 2011 advanced metering was installed in 6400 spare time residents and households belonging to Fredrikstad EnergiNett (FEN) distribution grid. The new metering reads the consumption of electricity automatically every hour. Samples of the end-use data gathered during this period are the basis for this thesis. According to the Norwegian regulation every electricity consumer in Norway will by 1th of January 2017 have installed the new metering system. This will allow a better understanding for the customers of their own electricity use, secure an efficient power bill balance and establish a two way communication between distribution system operators and consumers. The end-use data from 1th of November 2011 till 18th of August 2012 and meteorological data from Strømtangen Lighthouse are the basis for the statistical analysis used in this thesis, standard deviation, mean values, principal component analysis and regression. The results show great differences in the average use of electricity in spare time residents compared to households. Households end – use patterns show distinctive peaks during days and weeks throughout the period, typically in the morning and at night. Comparing the average weeks in every month revealed similarities in the patterns related to the seasons. Spare time residents have less structure during days and weeks in the winter, but the end-use increased in weekends from Mars till June. In July and August the end-use was high during the weekdays additionally. The greatest variation between the consumers was during the hours with the highest average consumption, for both households and spare time residents. Air temperature and end-use was highly correlated in households, while spare time residents showed less. The amount of power used for heating households in February was roughly 2/3 of total use. The end-use pattern for spare time residents during the winter months suggest a high amount are used for heating although they are not in use over a long period of time. The highest average end-use in households were 3,95 kWh and followed the coldest day of the year, while the spare time residents highest average, 1,41 kWh, was during Easter. Spar time residents had on average much lower end-use than households throughout the analysis with 4325 kWh and 14440 kWh respectively. However, with 60 percent more spare time residents than households, the total end-use of spare time residents were about equal to the total end-use of households. The expected climate changes, promising higher average temperatures, could reduce the total energy consume in Hvaler municipality. However, a more extreme weather could also result in colder temperatures during winter and thus increase the peak consumption. A combination of increased settlement and new and larger spare time residents will probably result in higher peak consumption in years to come. A future power grid must take the high peaks into consideration in order to handle them. To avoid a shortage of electricity distribution and transmission, solutions to reduce the peaks of energy consumptions must be found