Til hovedinnhold

Innovasjonsrapport 2020

Forskningssenteret for nullutslippsområder i smarte byer (FME ZEN)
FME ZEN

Innovasjonsrapport 2020

Forskning og innovasjon er grunnpilaren i vår visjon om å utviklebærekraftige områder med null klimagassutslipp. Innovasjonskomiteen skal bistå senterledelsen i dette arbeidet gjennom å etablere gode innovasjonsprosesser i grensesnittet mellom FME ZEN og de offentlige og industrielle partnerne i forskningssenteret. I 2018 ble det utarbeidet og vedtatt en innovasjonsstrategi, der et rammeverk for identifisering, klassifisering og oppfølging av innovasjoner er implementert. Du sitter nå med den første utgaven av FME ZENs innovasjonsrapport som skal gi en lettfattelig oversikt over alle innovasjonene som så langt er registrert.

FME ZEN

Dette er FME ZEN

FME ZEN er et senter for miljøvennlig energi som skal utvikle løsninger for framtidens bygninger og byområder – løsninger som bidrar til at nullutslippssamfunnet kan realiseres.

FME ZEN skal vare i åtte år (2017-2024), og budsjettet er på cirka 380 millioner kroner, finansiert av Norges forskningsråd, forskningspartnerne NTNU og SINTEF, og brukerpartnerne fra privat og offentlig sektor. NTNU er vertsinstitusjon og leder senteret sammen med SINTEF Community og SINTEF Energi.

Forskere, kommuner, industri og statlige organisasjoner samarbeider i FME ZEN for å planlegge, utvikle og drifte områder med null klimagassutslipp, over levetiden til områdene. ZEN-senteret har ni pilotprosjekter fordelt over store deler av landet. Pilotprosjektene omfatter til sammen et areal på mer enn 1 million m2 og totalt mer enn 30 000 innbyggere. Pilotområdene i FME ZEN er vår viktigste innovasjonsarena hvor innovasjoner testes og demonstreres.

Innovasjoner fra FME ZEN

 

 

 

 

 

 

 

 

LCA-bibliotek for ventilasjonskomponenter

Toveis elbillading

PROFet – Aggregert lastprofilestimator for områder

Finansielle strategier og tiltak som støtter utviklingen av ZEN

Verktøykasse for risikoreduksjon ved utvikling av nullutslippsområder

Referanseverdier for klimagassutslipp fra materialbruk

Videreutvikling av verktøyet EMPIRE

Optimalisering av fjernvarmesystemer

Tariffmodell: hvordan strømkunder reagerer på ulike prismekanismer

ZEN definisjonsveileder

Model Predictive Control av bygg og nabolag

PI-SEC Scenario Calculator

LCA av betong- og trekonstruksjoner

Batterimodul til eTransport

eTransport moduler for akkumulatortank og sesonglager for varme

LCA-modell og database for ZEN-prosjekter

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Stock-flow modell for scenario- analyse

ZENIT

ZENIT-R

Utslippsverktøy for nullutslippsbygninger

Driftsmodell: Verdien av fleksibilitet for en bygning med fleksible komponenter

ZEN definisjon og nøkkelindikatorer

ZEN KPI vurderingsverktøy

Smart bruk av lavkostnads sensorteknologi til optimalisering av behovsstyrt ventilasjon

Europeisk kapasitetsutvidelse og ZEN

Likevektsmodell for å vurdere og designe lokale markedsmekanismer i ZEN

IKT-arkitektur for ZEN KPI datahåndtering

Energifleksibilitetsmerket

Karakterisering av dynamisk termisk komfort

Modell for minimum energi- og effektbehov for ventilasjon

Modell for optimal design av nettariffer

Fleksibilitet gjennom styring og design av kundesentraler i fjernvarmenettet

 

 

 

 

FME ZEN

LCA-bibliotek for ventilasjonskomponenter

God miljøinformasjon om tekniske installasjoner er nødvendig i miljøvurderinger av bygg, men har til nå vært mangelvare.

Når utslipp fra byggematerialer, komponenter og energibruk reduseres, ofte på grunn av økt bruk av tekniske installasjoner, blir behovet for riktige utslippsdata for installasjoner enda viktigere. Vi har derfor utviklet et LCA-bibliotek for standard ventilasjonskomponenter, med et bredt utvalg av komponenter og dimensjoner. Dermed kan ventilasjonssystemer inngå i miljøvurderinger for både nybygg og rehabiliteringer, for boliger og næringsbygg. Det vil gjøre det tydelig hvor sto ventilasjonsløsningen har å si for CO2-utslippene fra bygg. LCA-biblioteket kan brukes av de som gjør miljøanalyser av bygninger og nullutslippsområder.

    

FME ZEN

Vehicle-to-grid - toveis elbillading i Norge

Statsbygg har realisert toveis elbillading ved ZEN-pilot Campus Evenstad, og batteriene i elbiler kan dermed kan levere strøm tilbake til bygg eller strømnett.

Elbilene i Norge utgjør et stort reservelager av strøm som kan være et supplement eller alternativ til nettinvesteringer. ZEN studerer prosessen mot etablering av Vehicle-to-grid (V2G) og mulige barrierer for innføring av teknologien. V2G er ikke tidligere testet ut i Norge, og erfaringene fra Evenstad har gitt oss kunnskap og erfaring fra innkjøp, installering og drift av løsningen. Videre uttesting av laderne kan bidra til å skape nye løsninger for energisystemet. 

       


    

FME ZEN

PROFet – Aggregert lastprofilestimator for områder

PROFet er et verktøy som genererer aggregerte lastprofiler for elspesifikt og termisk energibehov for ulike typer nabolag og klimasoner.

For å kunne planlegge og utforme energisystemer for nabolag og byer, på regionalt og nasjonalt nivå, må vi kunne estimere de samlede aggregerte lastprofilene til bygninger. Ved nybygging og energirenovering av bygninger kan man ikke måle energibehovet, det må estimeres. Ofte estimatene avhengige av simuleringer, selv om det er kjent avvik mellom simulert og reell bygningsytelse. Lastprofilmodellen gjør det mulig å overkomme denne barrieren og gir bedre og raskere kunnskap til bygningsdesigner og energisystemdesigner, slik at komponentene dimensjoneres riktig og kostnadene minimeres. 

FME ZEN

Finansielle strategier og tiltak som støtter utviklingen av ZEN

Denne innovasjonen består i hovedsak av finansielle strategier og virkemidler som støtter utviklingen av nullutslippsområder. Strategiene og virkemidlene utvikles gjennom forskning og case hvor vi sammen med ZEN-partnere analyserer konkrete problemstillinger.

FME ZEN

Verktøykasse for risikoreduksjon ved utvikling av nullutslippsområder

Denne verktøykassen gir støtte gjennom prosessen med utvikling av et nullutslippsområde. Formålet er å bidra til en arbeidsprosess og samhandlingsform som gir størst mulig sannsynlighet for å lykkes med utviklingen av et nullutslippsområde.


    

FME ZEN

Referanseverdier forklimagassutslipp fra materialbruk i bygninger

Tidligere forskning viser at energieffektive bygninger har en høyere andel av klimagassutslipp fra materialbruk (55-87%) hvorav ca. 65% av disse utslippene kommer fra bygningskroppen. Derfor har ZEN utvikletet forslag til klimagass referanseverdier for bruk i byggeteknisk forskrift. Forslaget baseres på innsamlet livsløpsanalyser for over 130 bygninger i Norge. Datagrunnlaget er kvalitetssikret og brukes for å genere referanseverdier for maks tillatt klimagassutslipp fra materialbruk i bygninger. Disse verdiene brukes bl.a. av FutureBuilt i utforming av nye klimagasskriterier for lavutslippsbygg.

FME ZEN

Videreutvikling av verktøyet EMPIRE

Storskala modellering av europeisk kraftmarked

EMPIRE er et verktøy for å analysere effektene av variabel kraftforsyning fra sol og vind på investeringen i det europeiske kraftsystemet. Det vil gi politikere, områdeutviklere og investorer bedre forståelse av samspillet mellom de ulike komponentene i kraftsystemet. Modellens styrke er å knytte sammen langsiktige investeringshorisonter med kortsiktig drift og usikker tilgjengelighet av kraftsystemkomponenter i ett og samme modellrammeverk. Komponentene omfatter forsynings-, lagrings-, og overføringskapasitet i kraftsystemet, og komponentene er aggregert på et nasjonalt nivå. I ZEN videreutvikles EMPIRE med funksjonalitet som gjør at vi kan si noe om hvordan kraftsystemet vil påvirkes når nullutslippsområder blir mer utbredt i Europa. Mer spesifikt inneholder videreutviklingen en modul som tillater analyse av forsyning og bruk av varme i bygg, ladning av elektriske kjøretøy, og fleksibelt energiforbruk i nullutslippsområder.

FME ZEN

Optimalisering av fjernvarmesystemer

Fjernvarme er en viktig del av fremtidens fossilfrie energisystem. Med fjernvarme kan energikilder som ellers ville forblitt ubrukte, benyttes til oppvarming av bygninger. Fremtidens fjernvarmesystem vil benytte seg av flere distribuerte spillvarmekilder eller fornybare varmekilder. Den oppgraderte fjernvarmemodulen i verktøyet eTransport tillater evaluering av slike system i og med at den tillater strømning til begge retninger i et rør, noe som er relevant når flere varmekilder er til stede i et fjernvarmenett. Dette muliggjør bedre planlegging av lokalefjernvarmesystem med distribuerte varmekilder for energibedrifter og områdeplanleggere.

FME ZEN

Tariffmodell: hvordan strømkunder reagerer på ulike prismekanismer

Tariffmodellen brukes til å forutsi hvordan utforming av prismekanismer (her i form av ulike tariffstrukturer) påvirker strømbruk dersom energifleksibilitet utnyttes for å minimere kostnader. Modellen omhandler også samspillet mellom utvikling og drift av bygg og områder, og hvordan disse kan koordinere seg mot nettselskapene. Tariffmodellen er anvendt i fire case-studier så langt, hvor det benyttes målt strømforbruk fra ZEN pilotområde Campus Evenstad og anslåtte tariffpriser fra NVE for de ulike tariffstrukturene. Denne tariffmodellen tas også i bruk i EU-prosjektet +CityXChange og skal brukes videre i pilotområder i Trondheim. Modellen videreutvikles med flere tariffstrukturer, samt at varme vil inngå som produkt.

FME ZEN

ZEN definisjonsveileder

I FME ZEN utvikles en veileder for måling og rapportering av klimagassutslipp for bygg og områder. Veilederen består av kriterier og indikatorer som skal omsettes i praktiske prosesser. Veilederen skal hjelpe utførende aktører med å ta ZEN-definisjonen i bruk og beskriver hvordan vurderingskriteriene og nøkkelindikatorene (klimagassutslipp, energi, effekt, mobilitet, økonomi, stedskvaliteter og innovasjon) kan planlegges for, vurderes og følges opp i ZEN pilotprosjekter. Hver indikator er delt opp i ulike kategorier og tilhørende måleenheter. Veilederen skal kunne brukes av planleggende og utførende aktører i ulike planfaser.

FME ZEN

Model Predictive Control av bygg og nabolag

FME ZEN

PI-SEC Scenario Calculator

FME ZEN

LCA av betong- og trekonstruksjoner

FME ZEN

Batterimodul til eTransport

FME ZEN

eTransport moduler for akkumulatortank og sesonglager for varme

FME ZEN

LCA-modell og database for ZEN-prosjekter

Innovasjonen er en metodikk med beregningsmodeller og database for å kunne utføre konsistente livsløpsvurderinger (LCA) av et ZEN-prosjekt. Den er egnet til å vurdere omfanget av klimagassutslipp og deres utslippskilder over livsløpet til et prosjekt. Metodikken består av ulike verktøy tilpasset kompleksiteten på et områdenivå, inkludert inventar for LCA-database for bruk i eksisterende og fremtidig LCA-programvare. Dette inkluderer utslipp fra bygg, infrastruktur og mobilitet, og med spesiell vekt på detaljert dokumentasjon og statistisk behandling av klimagassutslipp fra materialbruk over hele levetiden for bygg. LCA studier på områdenivå er foreløpig utført for pilotprosjektene Ydalir og Zero Village Bergen.

FME ZEN

Stock-flow modell for scenarioanalyse av ZEN-prosjekter

FME ZEN

Utslippsverktøy for nullutslippsbygninger (ZEB GHG Tool)

FME ZEN

Driftsmodell: verdien av fleksibilitet for en bygning med fleksible komponenter

FME ZEN

ZEN definisjon og nøkkelindikatorer

FME ZEN

ZEN KPI vurderingsverktøy

ZEN KPI vurderingsverktøy er et verktøy for bruk til flermålsanalyse forhelhetlig vurdering av et ZEN-prosjekt opp mot de kriterier og nøkkelindikatorer (KPIer) som ZEN-definisjonen angir. Verktøyet skal også kunne brukes for benchmarking av hvordan et prosjekt vil prestere på KPIer i forhold til vanlige og/eller andre best-practice prosjekter i markedet. Et godt fungerende verktøy vil trolig ha et betydelig potensial for bruk i markedet, fordi dette gir mulighet til en kvantitativ dokumentasjon, eller estimering, av hvordan et prosjekt vil prestere på ulike kriterier som man vet er viktig for utbyggere, kunder og andre interessenter.


    

Smart bruk av lavkostnads sensorteknologi til optimalisering av behovsstyrt ventilasjon

FME ZEN

Europeisk kapasitetsutvidelse og ZEN

FME ZEN

Likevektsmodell for å vurdere og designe lokale markedsmekanismer i ZEN

FME ZEN

IKT-arkitektur for ZEN KPI datahåndtering

Det er utviklet en overordnet IKT-arkitektur for datahåndtering for ZEN. Arkitekturen tar hensyn til data fra forskjellige fysiske (sensorer på bygg) og digitale kilder (simuleringsverktøy). ”Distributed to Centralized DataManagement” (D2C-DM) IKT-arkitekturen tar utgangspunkt i at ZEN består av piloter på ulike steder, og støtteverktøyene utviklet i ZEN harvarierte datainnhold.


    

FME ZEN

Energifleksibilitetsmerket

FME ZEN

Karakterisering av dynamisk termisk komfort

FME ZEN

Modell for minimum energi- og effektbehov for ventilasjon

FME ZEN

Modell for optimal design av nettariffer

FME ZEN

Fleksibilitet gjennom styring og design av kundesentraler i fjernvarmenettet

ZEN Report No. 28

Innovasjonsrapport 2020 – Forskningssenteret for nullutslippsområder i smarte byer (FME ZEN)

Redaktører: Ann Kristin Kvellheim, SINTEF Community, Sunniva Moum Danielsen, NTNU og Anne Nuijten, NTNU