Ph.d. på vei: Hvordan kan termisk lagring skape fleksibilitet i nettet? (N/ENG)

Tenk om huset selv kan bestemme når varmeproduksjon skal foregå? Som når prisen er lav og det er fornybar strøm å få kjøpt? For å komme dit trenger vi modeller, og de må testes. Dette er temaet for Xingji Yu sin ph.d.-avhandling.

 

Torsdag 27.oktober forsvarer han sin doktorgrad: Grey-Box Modeling of the Building Thermal Dynamics for MPC Applications: The case of residential space-heating knyttet til FME ZEN. (English version below)

Er det mulig å få en boligblokk til å redusere eller slå av energiforbruket når strømmen kommer fra fossile kilder og bruke mer når det kommer fra fornybar produksjon? Ja, sier forskerne, men samtidig må vi også kunne lagre den varmen som produseres mens strømmen er fornybar og billig. Dette gjelder spesielt i de nordiske landene der vinteren kan være kald og oppvarmingsbehovet stort. Nedstigningen vil være kortvarig så lagringen kan gjerne være i bygningsmaterialer i rommet hvor varmen produseres. Klarer vi dette, vil fleksibiliteten i nettet bli mye større, og faren for overbelastning mindre.

Temperatur, pris og fornybart
I sin doktorgrad: «Grey-Box Modeling of the Building Thermal Dynamics for MPC Applications: The case of residential space-heating» har Xingji Yu testet dette ved hjelp av datadrevne kontrollmodeller (MPC).

Dette gjelder spesielt for boligblokker som ikke har andre måter å «lagre» varme på. Yu bruker en datadrevet modell som blant mange ting tar hensyn til både utendørstemperatur og rommets temperatur gjennom døgnet. For å teste modellen har han gjennomført eksperimenter i ZEN Living Lab. Modellen vil forhåpentligvis på sikt gjøre det mulig for boligbygninger å selv bestemme om de skal bruke strøm eller ikke, avhengig av prissignalet sent av energimarkedet.

Xingji Yu flyttet til Trondheim i 2018 for å ta ph.d. ved fakultet for ingeniørvitenskap og er knyttet til FME ZEN og arbeidspakke 3 i ph.d. arbeidet sitt.

Venter på visum
Dessverre er han nå hjemme i Kina i påvente av nytt visum. Det har han vært det siste året, mens han har fullført avhandlingen. Dette gjør at disputasen foregår digitalt.

– Mine foreldre er glade for at jeg er hjemme, for jeg har ikke bodd hjemme så lenge siden 2015. Men jeg er ikke så fornøyd. Det er har vært utfordrende på flere måter. Litt på grunn av tidsforskjellene, og en god del på grunn av ustabilt nett. Det kan være borte over flere dager og da er det ikke mulig å kontakte NTNU borte og får jeg ikke gjort så mye. Jeg skulle gjerne vært i Norge og gjort meg ferdig her.

Han får låne kontoret til sin far som nettopp har pensjonert seg fra det lokale universitetet der han er professor. Xingjis mor jobber på fysikklaboratoriet og veileder studentene der.

– Jeg jobber på universitetet hver dag og er nesten bare hjemme for å sove, sier han.

Xingji Yu bor ikke langt unna Singapore, men flyttet i nærheten av Beijing da han begynte på universitetet. Der tok han sin bachelorgrad, og dro så til Danmark for å ta mastergraden i Lyngby utenfor København. Deretter var det ikke langt til Norge og Trondheim for en ph.d.

– Det beste ved å være i Norge er at jeg kan dra for å stå slalåm hver helg gjennom vinteren. En liten time til Vassfjellet og et par timer til Oppdal. Det er fint gjennom en kjedelig vinter. Sånn er Norge mye bedre enn Danmark så klart.

Nå har Xingji Yu fått en post.doc. ved fakultet for arkitektur og design. Og han håper UDI rekker å behandle visumsøknaden i tide. Vi krysser fingrene og ønsker Xingji Yu lykke til under ph.d. -disputasen torsdag 27.10.

 

English version: 

Ph.D. on the way: How can thermal storage give flexibility in the grid?

Imagine if heat production could be decided by the building itself when the price is low, and there is renewable electricity to buy. That is the topic of Xingji Yu’s Ph.D. thesis.

On Thursday, 27th October, he defends his Ph.D.: Grey-Box Modeling of the Building Thermal Dynamics for MPC Applications: The case of residential space-heating.

Is it possible to get a residential building to reduce or switch off energy consumption when the electricity comes from fossil sources and use more when it comes from renewable production? Yes, say the researchers, but we need to be able to store the heat when the electricity is renewable and cheap. That is particularly true in the Nordic countries where the winter can be cold, and the need for heating is crucial. The descent is just for short periods, so the storage can preferably be in building materials in the rooms where the heat is produced. If we can do this, the flexibility in the network will be much better, and the danger of overloading will be less.

Temperature, price, and renewables

 In his Ph.D.: “Grey-Box Modeling of the Building Thermal Dynamics for MPC Applications: The case of residential space-heating”, Xingji Yu tested this using computer-driven control models (MPC).

This applies to residential buildings that have no other means of “storing” heat. Yu uses a data-driven model which, among many things, considers both the outdoor temperature and the temperature of the room throughout the day.

To test the model, he carried out experiments in the ZEN Living Lab. The model will hopefully eventually make it possible for residential buildings to decide for themselves whether to use electricity or not, depending on the price signal sent by the energy market.

Xingji Yu moved to Trondheim in 2018 to take a Ph.D. at the Faculty of Engineering and is linked to FME ZEN and work package 3 in the Ph.D. work.

Waiting for visa 

 Unfortunately, he is now home in China and waiting for a new visa. He has been there for the last year while he has completed his thesis. This means that the defense takes place digitally.

– My parents are happy that I’m at home because I haven’t lived at home since 2015. But my work has been challenging in several ways. For instance, is time difference difficult, and because of an unstable network. It can be gone for several days, and then it is not possible to contact NTNU.

Xingji Yu lives not far from Singapore but moved near Beijing when he started university. There he took his bachelor’s degree and then went to Denmark to take his master’s degree in Lyngby outside Copenhagen. And from Denmark, the road to Norway and Trondheim for a Ph.D. was not long.

Go skiing

 – The best thing about being in Norway is that I can go skiing every weekend throughout the winter. I like downhill, and from Trondheim, it is just a short way to the mountains. That is nice through a boring winter. In this way, Norway is much better than Denmark.

Now Xingji Yu has received a post.doc. at the Faculty of Architecture and Design. And he hopes UDI will manage to process the visa application in time. We cross our fingers and wish Xingji Yu the best of luck with his PhD. – the debate on Thursday 27.10.

 

Back to all news