Zarządzanie energią za pomocą logiki roju

Klimatyzatory i systemy grzewcze to przykłady energochłonnych urządzeń, które regularnie włączają się i wyłączają w budynkach komercyjnych. Gdy wszystkie te urządzenia są włączane jednocześnie, zużycie energii gwałtownie rośnie, a właściciele budynków są obciążani wysokimi opłatami za energię elektryczną.

Mądry przełącznik: Pokazany tutaj sterownik może poprawić efektywność energetyczną urządzeń budowlanych. Urządzenia komunikują się bezprzewodowo i wykorzystują algorytmy roju, aby wspólnie decydować, jak zarządzać zużyciem energii.

Startup z Toronto twierdzi, że znalazł sposób na zmniejszenie zużycia energii, naśladując samoorganizujące się zachowanie pszczół. Energia deszczu opracował bezprzewodowy kontroler, który łączy się ze skrzynką kontrolną na sprzęcie budowlanym i działa jako inteligentny wyłącznik zasilania. Po aktywowaniu kilku kontrolerów wykrywają się nawzajem za pomocą standardu sieciowego o nazwie ZigBee i zaczynają negocjować najlepsze czasy włączania i wyłączania sprzętu. Urządzenia uczą się cykli zasilania każdego urządzenia i rekonfigurują je, aby zmaksymalizować wydajność zbiorową.

Celem jest uniknięcie wszystkiego, co dzieje się w tym samym czasie, bez poświęcania indywidualnej wydajności. Urządzenia rozwiązują ten problem za pomocą algorytmu roju, który koordynuje aktywność bez żadnego pojedynczego urządzenia wydającego rozkazy.

Każdy węzeł myśli sam za siebie, mówi Mark Kerbel, współzałożyciel i dyrektor generalny REGEN Energy, która wynalazła autorski algorytm osadzony w każdym urządzeniu. Wyjaśnia, że ​​przed podjęciem decyzji węzeł rozważy okoliczności, w jakich znajdują się inne węzły w swojej sieci. Na przykład, jeśli lodówka musi włączyć się cyklicznie, aby utrzymać minimalną temperaturę, węzeł podłączony do wentylatora lub pompy pozostanie wyłączony przez dodatkowe 15 minut, aby utrzymać zużycie energii poniżej określonego progu. Urządzenia muszą spełniać lokalne ograniczenia, ale jednocześnie spełniać cel systemu, mówi Kerbel, dodając, że typowy budynek może mieć od 10 do 40 sterowników pracujących razem w jednym ulu. Urządzenia są proste i szybkie w instalacji, a ponieważ nie wymagają interwencji człowieka, nie wymagają specjalnego przeszkolenia w obsłudze.

To dramatyczne odejście od odgórnego modelu dowodzenia związanego z obecnymi systemami automatyzacji budynków. Niektórzy badacze twierdzą, że zdecentralizowane podejście do zarządzania energią oferuje tańszy i skuteczniejszy sposób zarządzania podażą i popytem w delikatnie zrównoważonym systemie elektroenergetycznym. Niektórzy uważają, że może to być wczesna recepta na powstanie inteligentnej sieci.

Widzisz o wiele większe zainteresowanie tym na skromną skalę, mówi David chassin , naukowiec z grupy zajmującej się technologią energetyczną Pacific Northwest National Laboratory, która kieruje GridWise inicjatywa inteligentnej sieci.

Korzyści mogą wykraczać poza oszczędności energii elektrycznej dla właścicieli budynków. Dzisiejszy system elektroenergetyczny jest przeznaczony do szczytowego zużycia, co oznacza, że ​​elektrownie są budowane tak, aby zaspokoić te kilka minut każdego dnia, kiedy zapotrzebowanie na moc znacznie przekracza dzienne średnie. Zmniejszając na dużą skalę zapotrzebowanie szczytowe, zakłady użyteczności publicznej mogą zmaksymalizować działanie istniejących elektrowni, jednocześnie zmniejszając potrzebę budowy nowych elektrowni do sporadycznego użytku. Inną potencjalną korzyścią jest zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, ponieważ elektrownie, które dostarczają szczytową energię elektryczną, są zwykle mniej wydajne i zasilane węglem i gazem ziemnym.

George Pappas , profesor inżynierii elektrycznej i systemów na Uniwersytecie Pensylwanii oraz ekspert w dziedzinie rozproszonych systemów sterowania, twierdzi, że logika roju jest naturalnym rozwiązaniem dla zastosowań energetycznych. REGEN wyprzedza w tej dziedzinie, mówi Pappas.

Działanie w budynku to jedno, ale mniej pewne jest to, czy można zaufać logice roju w zarządzaniu samą siecią. Chassin mówi, że społeczność inżynierów, co zrozumiałe, jest nieufna wobec zdecentralizowanych lub pojawiających się systemów sterowania dla sieci, ponieważ chociaż działają one wyjątkowo dobrze w niektórych zastosowaniach, podejście to nie jest dobrze przetestowane.

Kerbel po raz pierwszy wpadł na pomysł wykorzystania algorytmu roju do zarządzania zużyciem energii w 2005 roku. Uprzejmie powiedziano nam, że ten styl kontroli po prostu nie jest gotowy i wymaga znacznie więcej badań akademickich, mówi. Trudno jest myśleć poza polem dowodzenia i kontroli i pozwolić na ten skok wiary – czyli zrzeczenie się możliwości podejmowania decyzji na rzecz poszczególnych węzłów kolektywu.

To uprzedzenie, które Herb Sinnocka , kierownik Centennial Energy Institute w Toronto, przyznaje się do posiadania. Mówi, że inżynierowie zazwyczaj potrzebują stałego sprzężenia zwrotnego, aby mogli mierzyć działanie systemu i wprowadzać poprawki. Technologia REGEN rezygnuje z tego wszystkiego, ale zauważa, że ​​jej zastosowanie pozwoli na pewne błędy. To nie tak, że umieszczają pręty sterujące w rdzeniu reaktora jądrowego. Mówimy o wpływie na temperaturę w pomieszczeniu o pół stopnia, więc jest miejsce na błąd, mówi Sinnock.

Instytut Sinnocka współpracuje z REGEN nad oceną wydajności swoich urządzeń w terenie. Dotychczasowe testy wykazały, że właściciele budynków – szpitali, hoteli, centrów handlowych, fabryk i innych dużych obiektów – mogliby zaoszczędzić nawet 30 procent na opłatach szczytowych. Oszczędności te, jak twierdzi REGEN, z nawiązką pokrywają koszty wynajmu urządzeń, co jest opcją dla dużych odbiorców energii elektrycznej, którzy nie chcą kupować technologii z góry. Jeśli urządzenia zostaną zakupione, zwrot z inwestycji wynosi mniej niż trzy lata, mówi Kerbel.

Największe wrażenie robi na Sinnocku prostota instalacji. W ciągu kilku godzin mogą zainstalować urządzenia i rozeznać swoje środowisko i otoczenie – mówi. Pappas tymczasem mówi, że spodziewa się, że w nadchodzących latach będzie znacznie większe zainteresowanie tego typu aplikacjami, wskazując na amerykański pakiet bodźców gospodarczych, który wzywa do większych inwestycji w efektywność energetyczną i technologie inteligentnych sieci. Mówi, że zastosowanie tego podejścia będzie miało duży wpływ i nisko wiszące owoce.

ukryć