Avancerad styrning av nätansluten respektive solcellsdriven utomhusbelysning (Projektnummer )

Transkript

1 Avancerad styrning av nätansluten respektive solcellsdriven utomhusbelysning (Projektnummer ) Författare: Jan Kristoffersson, Sustainable Innovation Utgiven i november 2015 av Sustainable Innovation i Sverige AB

2 Innehåll 1 Sammanfattning Summary Bakgrund Projektets syfte och mål Genomförande Resultat, slutsatser och rekommendationer

3 1 SAMMANFATTNING Projektet har installerat och jämfört både nätansluten och soldriven utomhusbelysning, i kombination med avancerade styrsystem längs två olika gång- och cykelvägar i Stockholm. Båda vägarna är tillgängliga för allmänheten, den i Bromma/Åkeslund som en del av Stockholms stads gatunät och den andra som en fritids- och rekreations väg på Djurgården. Efter en inledande utvecklingsfas, var anläggningar färdigställda i oktober/november Installationen i Bromma/Åkeslund ersätter en standardinstallation med en som kan känna av närvaro och justera ljusnivån för att spara energi. Denna del av projektet är relaterat till ett tidigare projekt med en liknande installation (samma grundläggande teknik) på Kungsholmen i Stockholm under Tekniken från det tidigare projektet har förbättrats, framförallt genom att styrutrustningen har integrerats med armaturen, vilket förenklar installationen. Ett webbgränssnitt har också utvecklats, vilket gör systemet mycket lättare att konfigurera. Den andra installationen på Djurgården är en soldriven installation från Leading Lights, som använder ett avancerat styrsystem och sensorer för att spara den batterilagrade elen. Teknikutvecklingen har utförts på ActiveLights styrsystem, inklusive styrfunktioner som tar hänsyn till omgivande ljus. Fördelarna med ett avancerat styrsystem är tydliga. Resultaten från Bromma/Åkeslund visar att systemet kan spara mer än 50 % av energianvändningen, utan någon minskad visuell upplevelse. Installationen på Djurgården visar att ett avancerat styrsystem kan användas för att förbättra möjligheterna att använda soldriven belysning genom att spara eluttag från batterierna. Trots från början låga ljusnivåer och att armaturerna är helt avstängd när ingen närvaro indikeras, verkar det som om användarna i allmänhet är positiva, vilket också återspeglas i en ökad trafik på vägen efter installationen. Utveckling av en standardiserad och leverantörsoberoende kommunikationsgränssnitt anses vara en betydande faktor för en bred tillämpning av denna typ av avancerade styrsystem. En första teknisk specifikation för detta ändamål har utvecklats som en del av projektet. Det rekommenderas att ytterligare arbete bör inriktas på att driva utvecklingen vidare mot en allmänt accepterad övergripande standard. Projektet har bedrivits i samarbete mellan Stockholms stad (Trafikkontoret), Kungliga Djurgårdens Förvaltning, Fagerhult, Leading Lights, Tritech och Sustainable Innovation. KTH har varit ansvarigt för utvärderingen, vilken formellt har utförts i ett separat finansierat projekt. 3

4 2 SUMMARY The project has installed and compared both grid connected and solar powered outdoor lighting, combined with advanced control systems along two different pedestrian/cycling paths in Stockholm. Both paths are accessible by the public, one in Bromma/Åkeslund as a part of the street-grid in Stockholm and the other as a recreational path in the Royal-Park of Djurgården. After an initial development phase, the installations were completed in October/November The installation in Bromma/Åkeslund replaces a standard static installation with one that can sense presence and adjust the light level in order to save energy. This part of the project is related to a previous project with a similar installation (same basic technology) at Kungsholmen in Stockholm during The technology from the previous project has been improved, primarily regarding that the control equipment has been integrated with the luminaire, which simplifies the installation. A web interface has also been developed, which makes the system much easier to configure. The other installation at Djurgården is a solarpowered installation from Leading Light, which uses an advanced control system and sensors to extend the duration of its battery-powered light. Technology development has been conducted on the ActiveLights control system, including functions that adjust for ambient light. The benefits of having an advanced control system managing installations are clear. The results from Bromma/Åkeslund show that the system can save more than 50% of energy usage, without any loss in visual experience. The installation at Djurgården shows that advanced lighting control system can also be used to improve the possibilities of using solar powered lighting by saving power outlet from the batteries. Despite basic low light levels and that the luminaries are completely turned off when no presence is indicated, it seems that the users in general are positive, which is also reflected in increased traffic on the path after the installation. Development of a standardized and vendor-independent interface /API is considered to be a significant factor for a broad application of this type of advanced control systems. A first technical specification for this purpose has been developed as part of the project. It is recommended that further work should focus on pushing development towards a generally accepted overall standard. The project has been conducted in collaboration between City of Stockholm/Traffic Office, Kungliga Djurgårdens Förvaltning, Fagerhult, Leading lights, Tritech and Sustainable Innovation. KTH has been responsible for the evaluation, which formally has been carried out in a separately financed project. 4

5 3 BAKGRUND Under sena kvällar och nätter är ofta behovet av fullt upplysta gator och andra utomhusmiljöer mindre. Att släcka ner belysning helt och hållet kan dock göra att människor känner sig otrygga. Genom att installera armaturer med behovsstyrning är det möjligt att både tillgodose trafikanternas behov och spara energi. Det finns också många platser som skulle kunna bli mer tillgängliga om belysning installeras men där det är dyrt och opraktiskt att dra fram elledningar. Här är solcelldrivna armaturer ett intressant alternativ. Med sol som energikälla blir det extra viktigt att hushålla med energin och därför ha en avancerad styrning. LED är en teknik som är här för att stanna och marknadsvallen är nu i stort sett helt bruten. Övergång till LED ger betydande energibesparingar (mellan %) jämfört med tidigare konventionella teknik (t.ex. högtrycksnatrium). Genom att installera en styrning som sänker belysningseffekten nattetid kan man spara ytterligare ca 30% av den kvarstående belysningsenergin 1. Nackdelen med en ren tidsstyrning är dock att trafikanter som färdas under tid då belysningseffekten är nedreglerad får en sämre visuell kvalitet, vilket kan påverka acceptansen för en sådan lösning. I föreliggande projekt är styrningen behovsanpassad med hjälp av närvarodetektorer som dimrar upp när någon trafikant passerar. Tekniken har testats på en gång- och cykelväg (Bromma/Åkeslund i Stockholm) i syfte att undersöka hur långt man kan gå i styrning utan att trafikanterna upplever någon försämring. Denna del av projektet knyter direkt an till projektet Avancerad individuell styrning av utomhusbelysning med närvarokontroll som genomfördes i samarbete mellan samma parter som i förliggande projekt (Stockholms Stad, Fagerhult, Tritech, Sustainable Innovation och KTH). I det föregående projektet testades teknik för närvarostyrning längs en 750 m lång gång-och cykelväg i Stockholm, Kungsholms Strand, med totalt 34 stolpar. Se rapporten Avancerad individuell styrning av utomhusbelysning med närvarokontroll utgiven av Sustainable Innovation i september Ett alternativ, vid framförallt nyinvestering i belysning för gång-och cykelvägar, är driva armaturerna med lokalt producerad solel istället för att ansluta dem till elnätet. Fördelarna är främst att man kan undvika kabeldragning, vilket kan vara betydelsefullt i känsliga miljöer eller där kostnaden för schakt av kabelgrav bedöms bli hög. Under vinterhalvåret är både antalet mörka timmar fler och antalet soltimmar färre vilket innebär utmaningar i driva armaturerna så snålt det går. LED-tekniken gör det möjligt att komma ner till betydligt lägre 1 Per-Ove Lennartsson, Utsikt Nät AB,

6 installerat eleffektbehov än tidigare men det är ändå intressant att minska ljusnivåerna så långt det går och ha en styrning som effektivt hushållar med den energi som finns tillgänglig. För att undersöka dessa frågor närmare har Kungliga Djurgårdsförvaltningen med hjälp av Leading Light AB byggt en anläggning bestående av totalt 74 solcellsdrivna belysningspunkter på Djurgården i Stockholm. Leading Light har inom projektet även utvecklat en mer avancerad ljusstyrning där armatureffekten justeras efter omgivningens ljus. Ett standardiserat och leverantörsoberoende gränssnitt för styrning har bedömts som viktigt för att möjliggöra en snabbare expansion av styrningstekniken och därmed snabbare nå mer energieffektivisering. Det är också intressant om en sådan standardisering innebär att styrningen kan fungera både självständigt och med uppkoppling mot ett centralt system. Idag är de stora beställarna försiktiga med att låsa in sig mot en specifik lösning som gör att antalet leverantörer av system begränsas. Projektet har därför studerat hur en sådan standardisering skulle kunna utformas. Arbetet har lett fram till en specifikation med syfte att ligga till grund för fortsatt utvecklingsarbete. 4 PROJEKTETS SYFTE OCH MÅL Projektet syftar till att, genom teknikutveckling och tester i verklig miljö, leda till en snabbare introduktion av nya energieffektiva belysningslösningar för vägbelysning (i första hand gångoch cykelvägar). Projektets utvecklingsmål är att: vidareutveckla/optimera (närvaro- och ljussensorstyrning, funktion, energikonsumtion och batterikapacitet) för solcellsdrivna armaturer; testa och utvärdera strategier för avancerad närvarostyrning för belysning av GCvägar som uppfyller balanserat krav på energieffektivitet, ekonomi och trafikanternas komfort (trygghet, säkerhet, visuell kvalitet); vidareutveckla/utvärdera avancerad närvarostyrning av nätanslutna armaturer mot mål att nå lägre kostnader för installation och drift samt standardiserat/öppet API 2 Inriktningsmål är att den avancerade belysningsstyrningen ska ge minst 50 % energibesparing (jämfört med ordinär drift) utan avkall på trafikanternas upplevda komfort. Projektet skall skapa en transparent jämförelse av livscykelkostnad för GC-vägbelysning för (i) nätanslutna armaturer utan styrning, (ii) nätanslutna armaturer med avancerad närvarostyrning, (iii) solcellsdrivna armaturer. 2 Application Programming Interface 6

7 5 GENOMFÖRANDE 5.1 INGÅENDE PARTER, DERAS ROLLER OCH ANSVARSOMRÅDEN Figur 1, Projektets ingående parter Projektet har byggt upp kring två separata teststräckor. Kungliga Djurgårdens förvaltning har i samverkan med Leadning Light AB installerat en ny slinga (Teststräcka 1) med solcellsdriven belysning på norra Djurgården. I samband med detta har Leading Light utvecklat styrning för att förlänga den batteribaserade driftstiden. Stockholms Stad, Trafikkontoret har i samverkan med Fagerhult Belysning AB och Tritech Technology AB installerat nya närvarostyrda stolparmaturer på en sträcka inom bostadsområdet Åkeslund i Bromma (Teststräcka 2). Den installerade tekniken är en vidareutveckling från det projekt som samma parter genomförde på Kungsholmen. För att underlätta konfigurationen av armaturernas styrning (inställning av olika styrparametrar) har Tritech utvecklat ett webbaserat gränssitt som har använts för att ställa om Teststräcka 2 mellan de olika testfallen. 7

8 Tritech har även genomfört ett arbete för att undersöka hur ett leverantörsoberoende och öppet gränssnitt för behovsstyrning av armaturer kan utformas. KTH har genomfört utvärderingar av båda teststräckorna, dels genom analys av mätdata dels genom intervjuer med trafikanter både före och efter installationerna. Detta har formellt sett skett genom ett separat projekt, som lämnar en egen slutrapport (Energimyndighetens projektnummer ). I praktiken har dock båda projektet drivits i ett sammahang och i nära samverkan mellan alla parter. Sustainable Innovation har svarat för projektledning och haft en koordinerande roll inom projektet. Sustainable Innovation har även svarat för koordinering av de insatser som gjorts för att sprida information om projektet och dess resultat (pressvisning, seminarium, mm) Parterna har tillfört projektet följande kompetenser: Stockholm stad respektive Kungliga Djurgårdens förvaltning Anläggningsägare och kravställande för belysningslösning Ansvar för installationer för de aktuella provsträckorna Avsändare vid kontakter med allmänheten (respektive testanläggning) Fagerhult Belysningskompetens Leverans av lösningar/produkter till Teststräcka 2 Tritech Anpassning av styrsystem Teststräcka 2 Drift/support av styrsystem under projekttiden för Teststräcka 2 Expertis kring tillämpning av öppet API för leverantörsoberoende lösning Leading Light Belysningskompetens Utveckling och leverans av lösningar/produkter till Teststräcka 1 Utveckling/anpassning av styrsystem för Teststräcka 1 Drift/support av styrsystem under projekttiden för Teststräcka 1 Sustainable Innovation Projektledning och koordinering av projektet Administration av bidrag från Energimyndigheter Utvärdering i samverkan med KTH (planering, genomförande och rapport) Gemensam extern kommunikation om projektet 8

9 KTH, Ljuslaboratoriet Ljusdesignkunskap Vetenskapliga metoder och genomförande av utvärdering av provinstallationerna, tekniskt och humanistiskt. Spridning av resultat via undervisningen vid masterprogrammen vid KTH Ljuslaboratoriet samt konferenser i Sverige och internationellt. 5.2 GENOMFÖRANDET Projektet har genomförts i tre faser, (1) Utveckling, (2) Installation och (3) Test, utvärdering och resultatspridning. Arbetet under tre olika faserna beskrivs nedan. 1. Utveckling. Efter det att Energimyndigheten hade fattat beslut om projektet inleddes arbetet med att bestämma testsräckor och teknisk utformning. När det gäller Djurgården (Teststräcka 1) var denna huvudsak redan identifierad i samband med att projektansökan gjordes. När det gäller tekniken hade behov identifierats för att vidareutveckla teknik framtagen av Leading Ligth. Utvecklingen av den solcelldrivna anläggningen (baserat på konceptet ActiveLights) inriktades mot avancerad styrning för att förlänga den batteribaserade driftstiden. Utvecklingen avsåg främst dagsljusstyrning samt optimering av driftcykler och armaturernas batterilagringskapacitet utifrån trafik, ljusförhållanden och tillgång till solenergi för laddning av batterier. Vid projektets inledning var inte teststräckan för styrning av nätansluten belysning bestämd. Trafikkontoret undersökte olika alternativ och valet föll på en sträcka i bostadsområdet Åkeslund i närheten av Brommaplan (Teststräcka 2). Sträckan bedömdes vara mer typisk för gång- och cykelvägar än föregångaren Kungsholmstrand. Val av armatur fastställdes efter provbelysning. Valet föll på Fagerhult Lunnova som bedömdes vara väl anpassad för belysning av denna typ av väg och dessutom har tillräcklig inre volym för att möjliggöra inbyggnad av radio/styrenhet. Ett arbete genomfördes också för att ta fram tekniklösning för installationen. Lösningen byggde på föregångaren på Kungsholmen men utvecklades på flera sätt, framförallt i att bygga in tekniken som behövs för styrningen i armaturen och därmed uppnå både en estetiskt mer tilltalande lösning och en konstruktion som är enklare att installera. Konstruktionen är också mindre känslig för både väder och vandalism än föregångaren som installerades på Kungsholmen. Under utvecklingsfasen påbörjades även arbetet tillsammans med KTH för att planera hur utvärderingen av de båda sträckorna skulle genomföras, både i form av mätning av energiåtgången och intervjuundersökningar. Detta innefattade att dokumentera de båda 9

10 sträckorna och även genomföra en första intervjuundersökning (ett 30-tal genomförda intervjuer på vardera teststräckan) för att fånga trafikanters uppfattning om förhållandena före installationerna. KTH var också delaktig i hur anläggningarna utformning, särskilt när det gäller Djurgården (t.ex. aspekter på placering av stolparmaturer respektive belysningspollare). Under denna fas utvecklade även Tritech ett webbaserat gränssnitt som gör det betydligt enklare att ställa styrparametrarna för Teststräcka 2. Figur 2 Webbaserat gränssnitt 2. Installation Utrustning togs fram för de båda teststräckorna och installation inleddes kring september Teststräcka 2 var färdigställd under september. Leverans av stolpar till Djurgården (Teststräcka 1) blev fördröjd och den anläggningen blev färdigställd i slutet av oktober. I samband med att båda installationerna var klara genomfördes en pressträff den 19 november 2014 där även anläggningen på Djurgården visades upp. Pressaktiviteten resulterade i ett antal tidningsartiklar (Elektroniktidningen, Ljuskultur, Mitt i Bromma, Mitt i Östermalm) samt ett inslag i SVT:s regionala nyhetsändningar, ABC. 10

11 Figur 3, Pressvisning på Djurgården 19 november 2014 (trafikborgarråd Daniel Helldén och parkchef Gunnar Björkman) 3. Test, utvärdering och resultatspridning Tester och utvärdering av dessa påbörjades direkt efter anläggningarnas färdigställande i oktober respektive november KTH samlade in data via dels elmätningar (sträcka 2) dels via intervjuer med trafikanter (båda sträckorna). För elmätning användes Tritechs fjärravläsningssystem. Båda sträckorna dokumenterades även med luminansfoton. För sträcka 1 (Djurgården) genomfördes intervjuer i två omgångar först med inställning 4 W och därefter med inställning 2W. För Bromma undersöktes fem olika fall (scenario #0 scenarion #4) ca en vecka vardera. För de fyra första (#0-#3) genomfördes både intervjuer och energimätningar. För scenario #4 (nattsänkningsfunktion) genomfördes endast energimätningar. Efter genomfört scenario #2 upptäcktes att några armaturer inte svarade på styrning (dimrade inte ner från 100%). På grund av detta repeterades scenario #1 och #2 med genomförande av energimätningar (dock inga intervjuer). Utvärdering av insamlad data genomfördes löpande av KTH som presenterade sina första resultat i december Kompletterande datainsamling och utvärdering fortsatte sedan under 2015 och presenterades i november 2015 i slutrapporten Evaluation of advanced lighting control systems for outdoor lighting- Results from installatons at Bromma and 11

12 Djurgården. En publicering gjordes även som ett konferensbidrag 3 till CIE i Manchester i slutet av juni Under 2015 genomfördes även ett arbete kring utformning av teknisk plattform för kommunikation med öppet protokoll för styrning av utomhusbelysning. I första steg undersöktes eventuella redan existerande lösningar. Därefter vidtog ett arbete för att beskriva hur en standard skulle kunna utformas. Tritech genomförde båda dessa arbeten och har dokumenterat behovs och -marknadsundersökningen i rapporten Behovs- och marknadsanalys ASNU API, och förslag till specifikation i rapporten Technical specification of the ASNU API Specification, Projektet genomförde slutligen ett seminarium den 25 november Inbjudan var kommuner, konsulter, leverantörer av utrustning m.fl. Totalt deltog ett 30-tal personer på seminariet, som förutom presentation av projektresultat och diskussioner även gav möjlighet för deltagarna att besöka och studera anläggningen i Bromma/Åkeslund. 3 HUMAN RELATED URBAN-LIGHTING BY ADVANCED CONTROL SYSTEM (Ejhed J, Branzell P-H, Theocharoudis D) 12

13 6 RESULTAT, SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER Här nedan beskrivs resultaten från de båda testträckona relativt översiktligt. Metod för utvärdering och resultatredovisning finns djupare beskrivet i KTH:s slutrapport Evaluation of advanced lighting control systems for outdoor lighting- Results from installatons at Bromma and Djurgården. 6.1 RESULTAT DJURGÅRDEN (TESTSTRÄCKA 1) Teststräckan På Djurgården har 74 solcellsdrivna närvaro- och dagsljusstyrda LED-armaturer installerats. Dessa fungerar helt fristående från elnätet. Längs med de Besches väg som tidigare saknat belysning har Kungliga Djurgårdens Förvaltning installerat 42 stycken Active Lights Gatubelysning samt 32 stycken pollare. Belysningen drivs av solenergi och är närvarostyrd. Systemet har en avancerad ljusstyrning och radiokommunikation mellan stolparna, vilket innebär att ljuset tänds upp längre fram på vägen för att skapa en trygghet för gående. Figur 4, Installationen på Norra Djurgården längs de Besches väg Tekniken Belysningssystemet ActiveLights som installerats, innehåller en solpanel (vertikalt monterad), batteri 10Ah, närvarosensorer, radiokommunikation, styrsystem samt en reglerbar 1-10 W LED-armatur ( lumen). 13

14 ActiveLights drivs med enbart solljus och kräver därför ingen kabeldragning. Systemet känner av trafikantens riktning och tänder upp tre stycken armaturer framöver (ca 60-70m). Armatureffekten kan ställas in, för installationen på Djurgården har 4 respektive 2 W använts. När det inte längre finns indikering återgår systemet till låg nivå, för den aktuella installationen på Djurgården innebär det att armaturerna släcks helt för att spara energi. I projektet har Leading Light utvecklat en avancerad ljusstyrning, vilket innebär att armatureffekten justeras efter omgivningens ljus. För installationen på Djurgården har 4 W respektive 2 W använts som nivåer. Figur 5, Solcellsdrivna pollare dagtid Figur 6, Stolparmaturerna kvällstid Figur 7, Indikering för upptändning av ActiveLights systemet på Djurgården 14

15 Resultat Intervjuundersökningen före installationen (27 deltagare) visade att 83% ansåg att de skulle använda vägen mer om det var upplyst efter mörkrets inbrott. 60% använde inte vägen alls när det var mörkt. Två separata intervjuundersökningar genomfördes efter installationen (med 21 respektive 22 deltagare). Den första undersökningen var inriktad på att fråga om de allmänna visuella förutsättningarna på vägen. En tredjedel tyckte nu att belysningsförhållandena var tillfredställande jämfört med bara 7 % före installationen. Andelen som tyckte att det var svårt att se längs med hela vägen hade sjunkit från 29 % till 5 %. Antalet personer som tror att de kommer att använda vägen mer, med installationen på plats, har gått upp från 83 % till 95 %. Det mest intressanta resultatet är dock det faktum att 43 % av de svarande inte använde vägen kvällstid, före installationen. Den tredje undersökningen utökade frågorna för att ta reda mer om vilka av aspekterna: "Känslan av säkerhet", "Att se hinder på vägen" och "Se vart vägen leder" som hade förändrats mest och hur viktiga de svarande tyckte att de olika aspekterna är. Det konstaterades att alla områden hade förbättrats, men "Att se var vägen leder" hade förbättrat mest, följt av "Att se hinder på vägen" och den minsta förbättringen var för "Känslan av säkerhet". När de svarande fick rangorda vilka aspekter som är viktigast rankades "Känslan av säkerhet" högst, följt av "Att se hinder på vägen". På frågan "Vill du se den här typen av belysning på fler sträckor i området? svarade hela 80 % ja. Sammanfattningsvis visar de genomförda intervjuerna att trafikanterna överlag är positiva till installationen. Nästan alla (95 %) tror att de kommer att använda vägen oftare nu när den är belyst och 43 % av de intervjuade använde inte vägen kvällstid före installationen. Även mätningar av antalet passager på vägen visar tydligt på den ökade populariteten. Antalet passager ökade från ca st/dag innan det fanns belysning till st/dag. 4 Vintern 2014/2015 var exceptionellt solfattig och det var tydligt att det fanns för lite solljus mellan november och februari för att installationen skulle fungera hela natten med den trafik som förekom. På grund av detta beslutades det att batterierna skulle bytas ut mot fulladdade batterier en gång i månaden. Det tar ungefär 2-4 minuter att byta ut batterierna på varje stolpe, vilket bedömdes som acceptabelt av driftpersonalen. Inom Leading Light pågår utveckling av lösningar med större batterikapacitet. 4 Uppgift från Leading Lights räkning av passager 15

16 KTH har sammanfattat följande slutsatser från studien av Teststräcka 1: 5 Energi - Att distribuera ut energin genom användning av avancerad styrning är en nödvändighet för installationen. Den aktiva tiden är lite över en timma så utan den anpassningen hade vi endast kunna erbjuda ljus mellan tex Trygghet 2W ger mycket låga nivåer av ljus (2 lx under stolpar) vilket närmast kan liknas vid fullmåne. Den mängden ljus verkar, trots sin låga nivå, ha en positiv påverkan på trygghetsupplevelsen på sträckan. Släckta stolpar uppfattades mer negativt än den låga ljusnivån om man ser till de spontana kommentarerna. Miljö Det naturliga mörker som finns på Djurgården spelar en avgörande roll för uppfattningen av installationen. Vägens sträckning ger goda förutsättningar för mörkeranpassning vilket betyder att även låga nivåer av ljus ger oss möjlighet att se. Ljuset från omgivande ljuskällor, månen en klar natt eller himlen över Stockholm en molnig, påverkar fortfarande upplevelsen av sträckan. 6.2 RESULTAT BROMMA/ÅKESLUND (TESTSTRÄCKA 2) Teststräckan I Bromma har 32 nya LED-armaturer installerats. Projektet bygger vidare på erfarenheter från en tidigare testinstallation av 34 närvarostyrda armaturer längs Kungsholmstrand som genomfördes under Längs gångvägen mellan Tunnlandsvägen och Gustav III:s väg i Bromma har Trafikkontoret bytt ut de gamla stolparmaturerna mot moderna LEDbaserade armaturer från Fagerhult. Armaturerna har försetts med ett radiobaserat styrsystem från Tritech. Systemet möjliggör avancerad och behovsanpassad ljusstyrning, genom ökat ljus där trafikanter befinner sig och dit de är på väg. Figur 8, Installationen i Bromma/Åkeslund mellan Tunnlandsvägen och Gustav III:s väg 5 Presentation vid seminarium , Per-Henrik Branzell 16

17 Tekniken Armaturen (Fagerhult Lunova) är bestyckad med LED 45W. Styrningen sker via radio (Meshnet) 869 MHz. Styrutrustningen och närvarosensorn har byggts in i och monterats på Fagerhults armatur. Figur 9, Armaturen Lunnova med monterad sensor Vid indikering av närvaro dimras armaturen upp till en hög nivå (t.ex.100 %). Ytterligare ett antal armaturer före och efter den som har fått indikeringen dimras samtidigt upp (t.ex. tre före och tre efter). Efter en viss tid utan indikering (t.ex. 60 sekunder) sker återgång till låg nivå (t.ex. 40 %). Samtliga exemplifierade parametrar går att ändra så att konfigurationen kan anpassas till olika behov. Konfigureringen kan enkelt ändras via ett webbaserat verktyg. Figur 10, Stolparmaturerna kvällstid, vid olika effektnivåer % 17

18 Figur 11, Indikering för upptändning av systemet i Bromma/Åkeslund Resultat Ett antal olika inställningar (scenarios) har prövats under cirka en vecka vardera. Låg nivå (50%, 30%, 20%) och tidsinställning samt återgång till låg nivå (60 och 30 sekunder) har varierats och jämförts med ett scenario utan närvarostyrning. För varje scenario har mätning av elförbrukningen gjorts och intervjuer genomförts med trafikanter. De testade scenariorna framgår av tabellen nedan. # Hög nivå Låg nivå Avvikande (3 stolpar vid resp. ingång) Antal armaturer före och efter Tid vid hög nivå #0 100% 100% #1 100% 50% Ja (min 70%) 3 60 s #2 100% 30% Nej 3 30 s #3 100% 20% Nej 3 60 s Scenario #0 innebär att styrsystemet inte påverkar belysningen utan den är fullt påslagen hela den mörka tiden på dygnet. Scenario #1 motsvarar det scenario som bedömdes vara det bästa vid testerna på Kungsholmsstrand. Detta var det enda scenariot som använde funktionen att lägga armaturerna vid respektive parkvägsentré på en högre lägsta nivå. Detta i syfte att göra entréerna mer attraktiva. 18

19 Figur 12 Energigrafer för Scenario 1-3 mellan kl 18:00 och 06:00 Energibesparingen jämfört med scenario #0 har legat mellan 29 % (#1) och 51 % (#2 och #3). Intervjuerna med trafikanter indikerar att scenariot #2 med endast 30 sekunder till neddimring är för kort. Enkätundersökningen visar här lägre betyg för trygghet och om man har nog med ljus för att se. En del negativa kommentarer förekom från personer som bröt rörelsemönstret t.ex. hundägare. För scenarierna #1 och # 3 förefaller inte trafikanterna ha påverkas negativt av styrningen. Ytterligare ett scenario #4 genomfördes, dock enbart med energiutvärdering (inga intervjuer). Vid detta scenario gjordes en särskild nattsänkning mellan kl och (hög nivå 70 % istället för 100 % och låg nivå 30 % istället för 50 %). Besparingen blev då ca 39 %. Visuell utvärdering av en referensgrupp från KTH gav resultatet att 40 % ljusnivå vid frånvaro gav en tillräcklig ljusnivå för att parkvägen skulle upplevas som attraktiv. Lägre ljusnivå skulle kunna upplevas som ett hinder för att välja parkvägen, speciellt vid entréer där det är hög belysningsnivå på intilliggande gata. 19

20 Ett långtidstest (6 månader) har därför genomförts med inställningarna: Hög nivå 100% Låg nivå 40% Tid för återgång 60 sekunder Antal armaturer som dimras upp före och efter har varit 3 stycken Denna inställning resulterade i en besparing av ca 43%. KTH har sammanfattat följande slutsatser från studien av Teststräcka 2: 6 Energi - Att spara upp till 50 % energi i en välfungerande installation ger inga negativa upplevelser för användare det märks knappt. Den lägre nivån LOW är den mest avgörande och effektiva faktorn för att spara energi på sträckan (bör ej sättas till 0 %). Trygghet - Till skillnad mot nattsänkning så sänker man inte nivån för de som behöver ljuset bäst när man går ensam mitt i natten. Inga negativa effekter på trygghetsupplevelsen på sträckan om man väljer tillräckligt högt antal stolpar och tidsfördröjning innan återgång till låg nivå. Miljö Bromma installationen var i den lägre nivån 70 % av tiden och även vid hög intensitet är det inte säkert att hela installationen är i den högre nivån. Viktigt att man anpassar den lägre nivån till omgivningen och angränsande ljusinstallationer. Styrning av ljuset ger mindre spilljus i omgivningen (light-pollution). 6.3 RESULTAT STANDARDISERAT OCH LEVERANTÖRSOBEROENDE GRÄNSSNITT Ett standardiserat och leverantörsoberoende gränssnitt för styrning har bedömts som viktigt för att möjliggöra en snabbare expansion av avancerad närvarostyrning och därmed snabbare nå mer energieffektivisering. Det är också intressant om en sådan standardisering innebär att styrning kan fungera både självständigt och med uppkoppling mot ett centralt system. Idag är de stora beställarna försiktiga med att låsa in sig mot en specifik lösning som innebär att antalet leverantörer av armaturer och styrsystem begränsas. Projektet har därför studerat hur en sådan standardisering skulle kunna utformas. Arbetet inleddes med en behovs- och marknadsanalys (se rapporten Behovs- och marknadsanalys ASNU API, ). Marknadsunderökningen gav inte särskilt mycket information som bedömdes relevant att bygga vidare på utifrån de behov som hade identifierats. Ett flertal system för belysningsstyrning existerar på marknaden. De flesta har 6 Presentation vid seminarium , Per-Henrik Branzell 20

21 enbart med av/på-styrning av armaturer från en central plats och ger därmed inte så mycket ledning till hur ett allmänt API bör byggas upp. Det system som Leading Light använder i pilotanläggningen på Djurgården stämmer dock ganska väl överens med de funktioner som även önskas i det generella gränssnittet. Efter behovs- och marknadsanalysen fortsatte arbetet med att ta fram en specifikation med syfte att kunna ligga till grund för fortsatt utvecklingsarbete. Se rapporten Technical specification of the ASNU API, Tritech, Grundtanken är att komma bort från leverantörsunika lösningar vilket innebär stora fördelar för anläggningsägaren. T.ex. kan man byta ut armaturer med styrning mot andra fabrikat och ändå ha kvar funktionen i hur de interagerar med sina äldre grannarmaturer. Tanken är även att armaturerna ska kunna fungera självständigt. De flesta lösningarna på marknaden bygger på att det finns ett övergripande system. Detta utesluts inte, men i grunden ska de olika enheterna kunna fungera och interagera med sina grannar utan inblandning av ett centralt system. I många fall kan det finnas önskemål om att kunna övervaka anläggningen och ställa styrfunktioner via ett centralt system. Funktion för detta ska finnas men behöver nödvändigtvis inte aktiveras. Armaturerna bör kunna fungera plug-and-play utan någon särskild konfiguration. Det innebär att de är fabriksinställda avseende styrparmetrarna. Det behöver dock finnas ett gränssnitt som möjliggör att ändra parametrarna lokalt (t.ex. via en smartphone med wifi). Den föreslagna specifikationen baseras på HTML-likande protokoll (coap eller liknande) samt IPV6. Kommunikation föreslås ske via radio, öppet band 2,4 GHz 7. Säkerhetsaspekten är viktig. Det måste finnas en säkerhetsnivå som väsentligt försvårar intrång och omprogrammering. Svårigheter som behöver hanteras är hur en nod kan hitta sina grannar t.ex. vid utbyte. Detta löses genom att varje stolpe tilldelas koordinater som sedan kommuniceras till dess grannar. En annan svårighet är stolpar som ingår i olika slingor vid korsningar/förgreningar ska kunna samverka (eller att inte påverkas av varandra). Detta löses genom att införa begreppet grupper av stolpar. Ett antal styrande parametrar föreslås Var är armaturen placerad (Longitud, Latitud) Hög ljusstyrka (t.ex. 100%) Låg ljusstyrka (t.ex. 40%) Avstånd till grannar att tända upp (t.ex. 80m, åt alla håll) Tid med hög ljusstyrka innan återgång till låg (t.ex. 60 sekunder) 7 Utrustningen som använts på teststräckorna baseras på 869 MHz 21

22 Dessa standardparmetrar är tillräckliga för att åstadkomma styrning på det sätt som har demonstrerats på Kungsholmsstrand och Bromma/Åkeslund. En tillverkare kan sedan välja att lägga till ytterligare parametrar/funktioner men med dessa som minsta gemensamma nämnare kan armaturer från olika fabrikat vara utbytbara i samma belysningsanläggning. Målet är att gränssnittet utvecklas som open source. Då kan API:er användas i liknande projekt och redigeras utan begränsning. Ett fortsatt utvecklingsarbete föreslås ske i ett antal steg 1. Ett proof of concept av protokollet (körs enbart i datorer) 2. En kontors-demo (testa/utveckla funktionerna i labb-miljö)) 3. En teststräcka utomhus i verklig miljö 4. Teknikupphandling eller likande baserat på utvecklingen 6.4 RESULTAT JÄMFÖRANDE LCC-KALKYLER OCH UTSLÄPP AV KOLDIOXID Solcellsdriven anläggning jämfört med en nätansluten En livscykelkostnadskalkyl (LCC) har gjorts för att jämföra en solcellsdriven anläggning med en nätansluten. Kalkylen jämför nuvärdeskostnaden för drift och underhåll under kalkyltiden för de båda typerna av anläggning. Kalkylen är gjord för en ljuspunkt/armatur. Kalkylen har gjorts med följande förutsättningar: Kalkyltid: 30 år Ränta (real): 2 % Elkostnad: kr/kwh (exkl. moms) o El: 0,30 o Nät (fast o rörligt): 0,50 o Elskatt: 0,29 o Summa: 1,09 Prisutveckling el (real): 0 % respektive 2 % Batteribyte (solcellsdriven anläggning): 2000 kr vart 7 år Armaturbyte/LED (nätansluten): 3000 kr efter 15 år 8 Armaturens effektbehov nätansluten anläggning (21 W inkl. driftdon) Drifttid per år: 4000 timmar 8 Den solcellsdrivna armaturen bedöms hålla hela kalkylperioden 22

23 Nuvärdekostnad drift och underhåll blir då: 0 % real elprisutveckling 2 % real elprisutveckling Solcelldriven kr kr Nätansluten kr kr Skillnad kr 645 kr Som framgår av tabellen får den solcelldrivna anläggningen en lägre livscykelkostnad om den initiala investeringen blir runt kr billigare än den nätanslutna. Produktkostnaden för en solcelldriven stolpe inkl. armatur, styrning och batteri (Active Lights) är ca kr (exkl. fundament). Kostnaden för en vanlig LED-armatur (18W) och stolpe är ca kr. Kostnad för fundament är i båda fallen ca kr. 9 Man kan då konstatera att om schakt, kabeldragning, elanslutning för en nätansluten anläggning överstiger ca kr per ljuspunkt ( ) blir livcykelkostnaden totalt sett högre än för en solcellsdriven. En beräkning har även gjorts vad gäller utsläpp av koldioxid (ekvivalenter) under driftfasen. Den nätanslutna anläggningen släpper ut 8,4 kg per och ljuspunkt räknat vid 100 g/kwh (motsvarar ungefär den nordiska elproduktionen 10 ). När det gäller den solcellsdrivna anläggningen bör man dock beakta batteribytena och de utsläpp som dessa leder till vid produktion och återvinning. Någon beräkning av detta har dock inte gjorts inom ramen för projektet. Nätansluten anläggning med och utan styrning En livscykelkostnadskalkyl (LCC) har gjorts för att jämföra en nätansluten anläggning med och utan styrning av den typ som har testats i Bromma/Åkeslund. Kalkylen jämför nuvärdeskostnaden för drift och underhåll under kalkyltiden för de båda typerna av anläggning. Kalkylen är gjord för en ljuspunkt/armatur. Kalkylen har gjorts med följande förutsättningar: Kalkyltid: 30 år Ränta (real): 2 % 9 Uppgifter från Leading Light 10 Sverige tillhör den gemensamma nordiska elmarknaden. Ett angreppssätt är därför att utgå från den nordiska elproduktionen, där 1 kwh i genomsnitt ger ca 100 gram utsläppt koldioxid. (Svensk Energi 2015) 23

24 Elkostnad: kr/kwh (exkl. moms) o El: 0,30 o Nät (rörligt): 0,20 o Elskatt: 0,29 o Summa: 0,79 Prisutveckling el (real): 0 % respektive 2 % Armaturens effektbehov nätansluten anläggning (50 W inkl. driftdon) Styrningen leder till lägre elbehov med: 50% Drifttid per år: 4000 timmar Nuvärdekostnad för driftel blir då: 0 % real elprisutveckling 2 % real elprisutveckling Anläggning utan styrning kr kr Anläggning med styrning kr kr Skillnad kr kr Som framgår sparar en ljuspunkt i den styrda anläggningen ca kr över kalkyltiden 30 år. För att det ska vara lönsamt får merkostaden för styrning inklusive merkostnad i samband med armaturbyte (antas ske efter 15 år) inte överstiga elbesparingen. Nuvärdesberäknat och med antagandet att merkostnaden är lika vid utbytet efter 15 år får merkostnaden maximalt uppgå till 1050 kr vid 0 % real elprisutveckling och 1400 kr vid 2% real elprisutveckling. En aspekt som inte har värderats är hur styrningen kan påverka livslängden på LEDarmaturen. Om man driver LED-modulen med lägre effekt under stora delar av den totala tiden kan man anta att livslängden förlängs. Samtidigt införs ytterligare elektronikkomponenter vilket skulle kunna leda till kortare livslängd. Det krävs mer studier för att kunna bedöma den samlade effekten. En beräkning har även gjorts vad gäller utsläpp av koldioxid (ekvivalenter) under driftfasen. Anläggningen utan styrning släpper ut 20 kg per år och ljuspunkt räknat vid 100 g/kwh (motsvarar ungefär den nordiska elproduktionen 11 ). Detta utsläpp halveras med hjälp av styrningen. Besparingen blir därmed 10 kg per år och ljuspunkt. 11 Sverige tillhör den gemensamma nordiska elmarknaden. Ett angreppssätt är därför att utgå från den nordiska elproduktionen, där 1 kwh i genomsnitt ger ca 100 gram utsläppt koldioxid. (Svensk Energi 2015) 24

25 6.5 MÅLUPPFYLLELSE I tabellen nedan jämförs projektmålen i kapitel 4 med uppnådda resultat. Projektmål Vidareutveckla/optimera (närvaro- och ljussensorstyrning, funktion, energikonsumtion och batterikapacitet) för solcellsdrivna armaturer Uppnådda resultat Uppnått genom den utveckling som Leading Light har gjort inom ramen för projektet. Bland annat gäller detta styrning mot omgivningsljus. Testa och utvärdera strategier för avancerad närvarostyrning för belysning av GC-vägar som uppfyller balanserat krav på energieffektivitet, ekonomi och trafikanternas komfort (trygghet, säkerhet, visuell kvalitet); Uppnått genom uppbyggnad av de båda teststräckorna och det därpå följande utvärderingsarbetet. Vidareutveckla/utvärdera avancerad närvarostyrning av nätanslutna armaturer mot mål att nå lägre kostnader för installation och drift samt standardiserat/öppet API Inriktningsmål är att den avancerade belysningsstyrningen ska ge minst 50 % energibesparing (jämfört med ordinär drift) utan avkall på trafikanternas upplevda komfort. Projektet skall skapa en transparent jämförelse av livscykelkostnad för GCvägbelysning för (i) nätanslutna armaturer utan styrning, (ii) nätanslutna armaturer med avancerad närvarostyrning, (iii) solcellsdrivna armaturer. Uppnått genom den utveckling som Fagerhult och Tritech har gjort inom projektet. Framförallt har styrutrustningen integrerats med armaturen vilket leder till betydligt enklare installation. När det gäller standardiserat/öppet API har ett förslag utarbetas som grund för fortsatt utveckling Genomförda energimätningar och intervjuer med trafikanter visar att en besparing på över 50 % är möjlig. I det s.k. scenario #3 blev besparingen 51% utan att trafikanterna verkade ha påverkas negativt. Beräkningar har genomförts som jämför dels nätansluten och solcelldriven anläggning dels nätanslutna anläggningar med och utan styrning. Se kapitel

26 6.6 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER Projektet har visat att avancerad belysningsstyrning kan spara energi utan att påverka trafikanternas visuella upplevelse negativt. Med hjälp av närvarodetektorer på varje armatur och radiokommunikation mellan armaturerna kan man styra belysningsanläggningen så att högre ljusnivåer görs tillgängliga endast när och där de behövs. Besparingar på mer än 50% har visat sig möjlig i installationen Bromma/Åkeslund utan att man kan urskilja någon större skillnad i hur trafikanterna upplever anläggningen jämfört med när den inte styrs. Installationen på Djurgården visar att avancerade ljusstyrningssystem också kan användas för att förbättra möjligheterna att använda solcellsdriven belysning genom minska eluttaget från batterierna. Trots från början låga ljusnivåer och en styrning som innebär att armturerna släcks helt när närvaro inte indikeras, verkar trafikanterna vara positiva till anläggningen, vilket även visar sig i en ökad trafik på sträckan efter installationen. Parterna i projektet har bedömt resultaten som mycket uppmuntrande och denna typ av avancerad styrning verkar ha en stor potential framöver. Den ekonomiska utvärderingen visar att merkostnaden för avancerad styrning maximalt får uppgå till drygt kr per belysningspunkt. Med fortsatt utveckling och kommersialisering är det högst rimligt att merkostnaden i större produktionsvolymer kan bli lägre än så. För att dessa större volymer ska bli verklighet kommer dock utvecklingen av standardiserat och leverantörsoberoende gränssnitt för kommunikation med och mellan armaturerna vara en väsentlig faktor. Inom projektet har en första teknisk specifikation för ett sådant gränssnitt beskrivits. Ett fortsatt arbete förslås fokusera på att driva utvecklingen vidare mot en allmänt accepterad generell standard. ************************ 26