211service.com
Řízení energie pomocí Swarm logiky
Klimatizační jednotky a topné systémy jsou příklady energeticky náročných zařízení, která se pravidelně zapínají a vypínají v komerčních budovách. Když jsou všechna tato zařízení zapnuta najednou, spotřeba energie prudce stoupne a majitelům budovy zůstanou na účtech za elektřinu vysoké poplatky za špičkovou spotřebu.
Chytrý spínač: Zde zobrazený regulátor by mohl zlepšit energetickou účinnost spotřebičů budov. Zařízení komunikují bezdrátově a využívají rojové algoritmy, aby se společně rozhodli, jak řídit spotřebu energie.
Startup sídlící v Torontu říká, že přišel na způsob, jak snížit spotřebu energie napodobováním samoorganizujícího se chování včel. Energie deště vyvinula bezdrátový ovladač, který se připojuje k ovládací skříňce na zařízení budovy a funguje jako inteligentní vypínač. Jakmile je několik ovladačů aktivováno, detekují se navzájem pomocí síťového standardu zvaného ZigBee a začnou vyjednávat nejlepší časy pro zapnutí a vypnutí zařízení. Zařízení se učí cykly napájení každého spotřebiče a překonfigurují je tak, aby maximalizovaly kolektivní účinnost.
Cílem je vyhnout se všemu, co přichází ve stejnou dobu, aniž by došlo k obětování individuálního výkonu. Zařízení řeší tento problém pomocí algoritmu roje, který koordinuje aktivitu, aniž by jediné zařízení vydávalo příkazy.
Každý uzel myslí sám za sebe, říká Mark Kerbel, spoluzakladatel a výkonný ředitel společnosti REGEN Energy, která vynalezla proprietární algoritmus zabudovaný do každého zařízení. Před rozhodnutím, vysvětluje, uzel zváží okolnosti ostatních uzlů ve své síti. Pokud se například chladnička potřebuje zapnout, aby udržela minimální teplotu, uzel připojený k ventilátoru nebo čerpadlu zůstane vypnutý po dobu dalších 15 minut, aby se spotřeba energie udržela pod určitou prahovou hodnotou. Zařízení musí splňovat místní omezení, ale zároveň musí splňovat cíl systému, říká Kerbel a dodává, že typická budova může mít 10 až 40 řídicích jednotek pracujících společně v jednom úlu. Zařízení se snadno a rychle instalují, a protože nedochází k žádnému lidskému zásahu, nevyžaduje použití žádné speciální školení.
Je to dramatický odklon od příkazového modelu shora dolů spojeného se současnými systémy automatizace budov. Někteří výzkumníci tvrdí, že decentralizovaný přístup k hospodaření s energií nabízí levnější a efektivnější způsob řízení nabídky a poptávky v jemně vyváženém elektrickém systému. Někteří se skutečně domnívají, že by to mohl být brzký předpis pro vznikající inteligentní síť.
Vidíte mnohem větší zájem o to ve skromném měřítku, říká David pronásledovatel , vědec ze skupiny energetických technologií Pacific Northwest National Laboratory, která vede GridWise iniciativa smart-grid.
Výhody by mohly přesáhnout úspory elektřiny pro majitele budov. Dnešní elektrický systém je navržen pro špičkovou spotřebu, což znamená, že elektrárny jsou stavěny tak, aby uspokojily těch pár minut každého dne, kdy poptávka po energii výrazně převyšuje denní průměry. Snížením špičkové poptávky ve velkém měřítku mohou energetické společnosti maximalizovat provoz stávajících elektráren a zároveň snížit potřebu výstavby nových elektráren pro příležitostné použití. Dalším potenciálním přínosem je snížení emisí uhlíku, protože elektrárny, které dodávají špičkovou elektřinu, bývají méně účinné a jsou poháněny uhlím a zemním plynem.
George Pappas , profesor elektrotechniky a systémového inženýrství na Pensylvánské univerzitě a odborník na distribuované řídicí systémy, říká, že logika roje je přirozeně vhodná pro energetické aplikace. REGEN je v tomto napřed, říká Pappas.
Provoz v rámci budovy je jedna věc, ale méně jisté je, zda lze důvěřovat logice roje při řízení samotné sítě. Chassin říká, že inženýrská komunita se pochopitelně obává decentralizovaných nebo vznikajících řídicích systémů pro rozvodnou síť, protože ačkoliv v určitých aplikacích fungují pozoruhodně dobře, tento přístup není dobře testován.
Kerbel poprvé přišel s myšlenkou použití swarmového algoritmu pro řízení spotřeby energie v roce 2005. Bylo nám zdvořile řečeno, že tento styl ovládání prostě není připraven a vyžaduje mnohem více akademického výzkumu, říká. Je těžké myslet mimo rámec příkazů a řízení a dovolit tento skok víry – to znamená přenechat rozhodovací schopnosti jednotlivým uzlům kolektivu.
To je předpojatost Bylina Sinnock , manažer Centennial Energy Institute v Torontu, přiznává, že ano. Říká, že inženýři obvykle chtějí neustálou zpětnou vazbu, aby mohli měřit provoz systému a provádět vylepšení. Technologie REGEN se s tím vším obejde, ale poznamenává, že její aplikace umožní některé chyby. Není to, jako by umisťovaly řídicí tyče do jádra jaderného reaktoru. Mluvíme o ovlivnění teploty v místnosti o půl stupně, takže je zde prostor pro chyby, říká Sinnock.
Sinnockův institut spolupracuje s REGENem na hodnocení výkonu jeho zařízení v terénu. Dosavadní testy prokázaly, že majitelé budov – nemocnic, hotelů, nákupních center, továren a dalších velkých zařízení – by mohli ušetřit až 30 procent na poplatcích za nejvyšší poptávku. Tyto úspory, tvrdí REGEN, více než pokrývají náklady na pronájem zařízení, což je možnost pro velké spotřebitele elektřiny, kteří se zdráhají koupit technologii předem. Pokud jsou zařízení zakoupena, návratnost je méně než tři roky, říká Kerbel.
Sinnock nejvíce zaujala jednoduchost instalace. Během několika hodin mohou mít zařízení nainstalována a zjistit jejich prostředí a okolí, říká. Pappas mezitím říká, že očekává, že o tento typ aplikací bude v nadcházejících letech mnohem větší zájem, a poukazuje na balíček ekonomických stimulů USA, který vyžaduje více investic do energetické účinnosti a technologií inteligentních sítí. Mnoho velkého dopadu a nízko visícího ovoce přinese použití tohoto přístupu, říká.