211service.com
Energie beheren met Swarm Logic
Airco's en verwarmingssystemen zijn voorbeelden van energieverslindende apparatuur die regelmatig wordt in- en uitgeschakeld in commerciële gebouwen. Wanneer deze apparaten allemaal tegelijk worden ingeschakeld, piekt het stroomverbruik en krijgen de eigenaren van een gebouw hoge piekbelastingen op hun elektriciteitsrekening.
Slimme schakelaar: De hier getoonde controller zou de energie-efficiëntie van bouwtoestellen kunnen verbeteren. De apparaten communiceren draadloos en gebruiken zwermalgoritmen om samen te beslissen hoe het stroomverbruik moet worden beheerd.
Een startup in Toronto zegt een manier te hebben gevonden om het energieverbruik te verminderen door het zelforganiserende gedrag van bijen na te bootsen. REGEN Energie heeft een draadloze controller ontwikkeld die wordt aangesloten op de schakelkast op een stuk bouwapparatuur en functioneert als een slimme aan / uit-schakelaar. Zodra verschillende controllers zijn geactiveerd, detecteren ze elkaar met behulp van een netwerkstandaard genaamd ZigBee en beginnen ze te onderhandelen over de beste tijden om apparatuur aan en uit te zetten. De apparaten leren de stroomcycli van elk apparaat en configureren ze opnieuw om de collectieve efficiëntie te maximaliseren.
Het doel is om te voorkomen dat alles tegelijkertijd gebeurt zonder in te boeten aan individuele prestaties. De apparaten lossen dit probleem op met behulp van een zwermalgoritme dat de activiteit coördineert zonder dat een enkel apparaat orders geeft.
Elk knooppunt denkt voor zichzelf, zegt Mark Kerbel, medeoprichter en chief executive officer van REGEN Energy, dat het eigen algoritme heeft uitgevonden dat in elk apparaat is ingebed. Alvorens een beslissing te nemen, legt hij uit, zal een knooppunt rekening houden met de omstandigheden van andere knooppunten in zijn netwerk. Als een koelkast bijvoorbeeld moet draaien om een minimumtemperatuur te handhaven, blijft een knooppunt dat is aangesloten op een ventilator of pomp 15 minuten extra uitgeschakeld om het stroomverbruik onder een bepaalde drempel te houden. De apparaten moeten voldoen aan de lokale beperkingen, maar tegelijkertijd voldoen aan de systeemdoelstelling, zegt Kerbel, eraan toevoegend dat een typisch gebouw tussen de 10 en 40 controllers kan hebben die samenwerken in een enkele bijenkorf. De apparaten zijn eenvoudig en snel te installeren en omdat er geen menselijke tussenkomst nodig is, is er geen speciale training voor nodig.
Het is een dramatische afwijking van het top-down commandomodel dat wordt geassocieerd met de huidige gebouwautomatiseringssystemen. Sommige onderzoekers zeggen dat de gedecentraliseerde benadering van energiebeheer een goedkopere, effectievere manier biedt om vraag en aanbod te beheren in een delicaat uitgebalanceerd elektriciteitssysteem. Sommigen geloven zelfs dat het een vroeg recept zou kunnen zijn voor een opkomend slim netwerk.
Je ziet hier op bescheiden schaal veel meer belangstelling voor, zegt David Chassin , een wetenschapper bij de energietechnologiegroep van Pacific Northwest National Laboratory, die aan het hoofd staat van de GridWise smart grid-initiatief.
De voordelen kunnen verder reiken dan elektriciteitsbesparingen voor eigenaren van gebouwen. Het huidige elektriciteitssysteem is ontworpen voor piekverbruik, wat betekent dat energiecentrales zijn gebouwd om te voldoen aan die paar minuten van elke dag wanneer de vraag naar stroom ver boven het dagelijkse gemiddelde stijgt. Door de piekvraag op grote schaal te verminderen, kunnen nutsbedrijven de werking van bestaande elektriciteitscentrales maximaliseren en tegelijkertijd de noodzaak verminderen om nieuwe centrales te bouwen voor incidenteel gebruik. Een ander potentieel voordeel is de verminderde CO2-uitstoot, aangezien elektriciteitscentrales die piekstroom leveren over het algemeen minder efficiënt zijn en worden aangedreven door kolen en aardgas.
George Pappas , een professor in elektrotechniek en systeemtechniek aan de Universiteit van Pennsylvania en een expert in gedistribueerde besturingssystemen, zegt dat zwermlogica van nature geschikt is voor energietoepassingen. REGEN loopt hierin voorop, zegt Pappas.
Bediening binnen een gebouw is één ding, maar minder zeker is of zwermlogica kan worden vertrouwd om het net zelf te beheren. Chassin zegt dat de technische gemeenschap begrijpelijkerwijs op haar hoede is voor gedecentraliseerde of opkomende controlesystemen voor het elektriciteitsnet, omdat, hoewel ze opmerkelijk goed werken in bepaalde toepassingen, de aanpak niet goed getest is.
Kerbel kwam voor het eerst op het idee om een zwermalgoritme te gebruiken om het stroomverbruik te beheren in 2005. We kregen beleefd te horen dat deze stijl van controle gewoon niet klaar is en veel meer academisch onderzoek vereist, zegt hij. Het is moeilijk om buiten de command-and-control-box te denken en deze sprong in het diepe toe te staan, dat wil zeggen, het afstaan van besluitvormingscapaciteiten aan individuele knooppunten van het collectief.
Het is een vooroordeel dat Kruid Sinnock , manager van het Centennial Energy Institute in Toronto, geeft toe. Hij zegt dat ingenieurs doorgaans constante feedback willen, zodat ze de werking van het systeem kunnen meten en verbeteringen kunnen aanbrengen. De technologie van REGEN maakt dat allemaal overbodig, maar hij merkt op dat de toepassing ervan fouten zal toestaan. Het is niet alsof ze controlestaven in een kernreactorkern plaatsen. We hebben het over het beïnvloeden van de temperatuur in een kamer met een halve graad, dus er is ruimte voor fouten, zegt Sinnock.
Het instituut van Sinnock heeft met REGEN samengewerkt om de prestaties van zijn apparaten in het veld te evalueren. Tests hebben tot nu toe aangetoond dat eigenaren van gebouwen - van ziekenhuizen, hotels, winkelcentra, fabrieken en andere grote faciliteiten - wel 30 procent kunnen besparen op hun piekbelasting. Die besparingen, beweert REGEN, dekken ruimschoots de kosten van het huren van de apparaten, wat een optie is voor grote elektriciteitsverbruikers die de technologie niet vooraf willen kopen. Als de apparaten worden aangeschaft, is de terugverdientijd minder dan drie jaar, zegt Kerbel.
De eenvoud van de installatie is wat Sinnock het meest indruk maakt. Binnen een paar uur kunnen ze de apparaten hebben geïnstalleerd en hun omgeving en omgeving uitzoeken, zegt hij. Pappas zegt ondertussen dat hij verwacht dat er de komende jaren veel meer belangstelling zal zijn voor dit soort toepassingen, wijzend op een Amerikaans economisch stimuleringspakket dat vraagt om meer investeringen in energie-efficiëntie en smart-grid-technologieën. Veel van de grote impact en het laaghangende fruit zal komen van deze aanpak, zegt hij.