Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
1
Intelligens energiarendszerek
Kádár Péter
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
2
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 20250
50
100
150
200
250
Qua
drill
ion
Btu Oil
Renewables
Nuclear
History Projections
Coal
Natural Gas
39%
25%23%
8%
5%
Őrült tempójú növekedés -> erőműveket kell építeni
Share of WorldTotal
Source: EIA, International Energy Outlook 2004
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
3
EU 15 erőmű építési trend
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
4
Intelligens Energia – Európa II (IEE II)
• Az EU 2007-2013-ra vonatkozó energiahatékonysági és megújuló energiákat ösztönző pályázati programja
• SAVE (energiahatékonyság), • ALTENER (megújuló energiaforrások) és• STEER (közlekedés), • valamint ötfajta energia politikai célkitűzésre koncentrál
(felkészítő politikák, piac átalakítása, magatartás megváltoztatása, tőkéhez való hozzáférés és képzés).
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
5
Irányelvek
• Markánsan az 1987-es Brundtland Report-ban jelenik meg a fenntarthatóság kérdése
• 1976-ban Amory Lovins arról elmélkedik, hogy a legkisebb költség, a fogyasztói szokások és a kis környezetterhelés részben egymásnak ellentmondószempontok
• Mindezt az ellentmondást az „intelligent energy system”tudja részben feloldani
(Smith Gambrell Russel resources - sustainabilityhttp://www.sgrlaw.com/resources/trust_the_leaders/leaders_issues/816/822))
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
6
„Minden házat erőművé akarunk tenni”• Arnold Schwarzenegger, kaliforniai kormányzó
eszmecserét folytatott Dirk U. Hindrichs-szel, a német Schüco International KG üzletvezetőjével. Megeggyeztekabban, hogy hamarosan minden egyes épület maga termelheti meg az ellátáshoz szüksége energiát. A beszélgetés középpontjában a jövőbeli németországi illetve kalifornai energiaellátás várható forgatókönyvei álltak. Schwarzenegger különösen érdeklődött az "Energy2" példakép iránt. Ez energia-takarékosságot és energia-termelést is jelent, például energiahatékony ablakokat és homlokzatot kombinálnak napáram és naphő-berendezéssel, valmint hőszivattyúval. Különösen Kalifornia napfényes területein áll rendelkezésre nagy fejlődési potenciál, hangsúlyozza a Schüco. A cél a teljesen „energiaköltség nélküli ház", amely több energiát termel, mint amennyit elfogyaszt. Forrás: Servian/Solarserver 2007. 11.20.
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
7
Hogyan lesz a házunkból erőmű?• A jövő háza már nem energiafogyasztó lesz, hanem
többletáramot fog termelni. Ehhez pedig nem kell úgy kinéznie mint egy kábelekkel teli laboratóriumnak. Az ökoházak ma már igen elegáns építészetet mutatnak fel –amint ezt egy darmstadti projekt is bizonyítja.
• A jövő háza egy darmstadti mezőn épült fel. Téglalap alakú és nagyrészt fa alapanyagból áll. Első pillantásra talán egyszerűen néz ki, de az épület technikai háttere látványos. A ház nem fogyaszt energiát, hanem olyan sok áramot termel, hogy a felesleges mennyiség a villamosenergia-hálózatba vezethető. Ráadásul elrejti a technológiát: a napcellák a tetőbe, egyéb technológiai berendezések a talapzatba vannak süllyesztve. Az épület különösen nagy figyelmet fordít a ház technológiája mellett a szigetelésre is. A „Year 2015 Prototype Home“-ot a Darmstadti Műszaki Egyetem építész-hallgatói készítették.
• Forrás: sonnenseite.com 2007.11.22.
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
8
Öt év múlva háztartásokba kerülhetnek a nukleáris reaktorok
Új-Mexikó, mint úttörőA hordozható nukleáris reaktort csak el kell ásni, össze kell kötni egy gőzturbinával és öt évig elegendő energiát szolgáltat 25 ezer háztartásnak, nyilatkozta nemrégiben bejelentett termékéről a Hyperion Power Generation.
Előbb utóbb igazak lesznek ezek a hírek
Forrás: HVG on-line, 2007. november 26. 13:21
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
9
Energetika + Informatika
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
10
Smart grid – Micro Grid – Intelligens hálózat
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
11
Akkumulátortelep és egyéb tárolók
Egyenáramú sín
G
M Gáz vagy dízelmotor
Világítás Légkondícionállás
230/400V 50 Hz
Hőenergia DC/DC DC/DC
Egyéb fogyasztók
AC/DCSzünetmentes fogyasztók
Tüzelőanyagcella NapelemForrás Herbert F.
Intelligens épület
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
12
Intelligencia az energiarendszerben – rendszer szint
• Vészjelzés szűrés és feldolgozás• Hibaanalízis és
készülékdiagnosztika • Kapcsolási ellenőrzés• Rendszer helyreállítás• Biztonsági számítások,
kontingencia analízis• Terhelés- és termelés
előrejelzés• Terhelés és termelés tervezés• Villamosenergia piaci
rendszerek• Diszpécseri szimulátorok• Optimalizációs technikák
• Karbantartás szervezés• Döntéstámogató rendszerek,
stb.• A deregulált piaci
környezetben újabb intelligens funkciókat fejlesztettek:
• Tőzsdei ajánlattételt támogató eszközök
• Árelőrejelzés• Congestion (torlódás)
kezelés• Portfolió kezelés• Piaci folyamatok
előrejelzése
Az energiaellátási technológiák zöme már évszázadnyi korú, de az irányítástechnikai paletta az utóbbi időben számos mesterséges intelligencia (AI) eszközzel bővült
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
13
Intelligens technikák
A funkciók megvalósításához különböző intelligens technikákat alkalmaznak:– Mesterséges neurális hálózatok (Artificial Neural
Networks – ANN)– Fuzzy halmazok– Szakértői rendszerek– Multi agent systems– Constraint programming– Mintaillesztés– Rough sets, stb.
Mindezen funkciók a jól működő adatgyűjtő – felügyelőrendszer (SCADA) kiépítését feltételezik.
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
14
Szakértői rendszer alkalmazások
• kontingencia analízis• Q-U szabályozás• kapcsolási ellenőrzés• diszpécser tréning szimulátorok• hibaanalízis, védelmi kiértékelés• rendszerhelyreállítás
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
15
Folyamatos támogató/helyreállító szakértői rendszer
CORES
LoadFlow
On-line data and functions Off-line preparation
LoadForecast
StrategiesInstructions
StabilityAnalysis
Topology &MeasuredData
ContingencySwitchingSequence
HarmonicAnalysis
ShortCircuitCalculation
ShortCircuitAnalysis
EMTP Contingenc
MaintenancPlan
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
16
Toleráns mintaillesztés (pattern matching)
Az irányítóközpontba érkező jelzések alapján az azokat kiváltó primer technológiai eseményekre lehet következtetni. A jelzések kombinációjával leírt mintákat illesztjük a ténylegesen beérkező jelzésekhez. Az illesztés toleráns, figyelembe veszi az időbeli eltéréseket, egyes jelzések esetleges hiányát (A rendszer terve1987-ben megfogalmazódott, azóta számos ipari alkalmazást ért meg.)
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
17
Jelzések
Elvárt jel, tűréshatárralTénylegesen
beérkezett jel
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
18
Neurális hálózatok - biológiai analógia
• sok elem• egyszerű elemek• párhuzamos működés• hálózat• taníthatóság• információ a kapcsolatokban• hibatűrés
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
19
Processzáló Elem - szummátor
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
20
Back Propagation háló
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
21
BP háló taníthatósága osztályozási feladatokra
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
22
Kohonen háló
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
23
Hopfield háló
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
24
Mesterséges neurális hálózatok alkalmazása
• Kontingencia analízis - alakfelismerés
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
25
Rövidtávú terhelésbecslés az ÉMÁSZ Rt-nél, 1996
• rövidtávú terhelésbecslési feladat(1-3 óra) • wattos összterhelés• EMS -DSM (pl. HFKV) kapcsolat• QuickPropagation (BackProp.) neurális háló• 3 réteg
P(t+1)
dP(t+1)
Hõm.ÓraTerh.Napt.
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
26
Egy hét terhelései
0,4
0,42
0,44
0,46
0,48
0,5
0,52
0,54
0,56
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47
Hétfõ Kedd Szerda Csütörtök Péntek Szombat Vasárnap
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
27
Azonos napok terhelései
Szerdai terhelések
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
Félóra
MW
94.05.25.
94.06.01.
94.06.08.
Különbség
Átlag
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
28
Tranzitálási díj előrejelző rendszer, 1998
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
29
Az energiarendszer No.1. szabálya
• Forrás: Stróbl Alajos
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
30
Az alaperőművek minél egyenletesebben szeretnének termelni
• Forrás: MVM
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
31
A fogyasztás erősen változó is lehet
• Forrás: MEKSZ
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
32
Intelligencia a fogyasztóknál? Simítás?
Világítás, Televízió, Rádió, hifi, DVD lejátszó, Számítógép, laptop, nyomtató, Telefon/fax/üzenetrögzítő, Vasaló, Porszívó, Átfolyó vízmelegítő, kisbojler, Hajszárító, Mikrohullámúsütő, Kávéfőző, Villanytűzhely
Spontán fogyasztó(funkcionálisan nem
befolyásolható)
Mosógép, Kenyérsütő, Hőszivattyú, Szárítógép, Hűtőgép, Fagyasztóláda, Légkondicionáló
Időzíthető, késleltethető, szabályozható
Villanykályha, Elektromos bojler HKV / RKV-ba már ma is be van vonva
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
33
Háztartási fogyasztói szokások vizsgálata
Van-e DSM potenciál még a háztartásokban?
A munkamódszerünk a következő volt:• Több háztartás menetrendjét készülékenként monitoroztuk, • Ezekből egy általános aggregált fogyasztói menetrendet
alkottunk• Meghatároztuk a jelenleg vezérelt részt• Megvizsgáltuk, hogyan lehet a jelenlegi vezérlést javítani• Kiválasztottuk a vezérelhető fogyasztókat (nem feltétlen
HKV-val, hanem egyéb intelligens eszközökkel)• Megvizsgáltuk, hogy ezek vezérlésével hogyan alakítható a
menetrend• DSM= Demand Side Management – fogyasztói
befolyásolás
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
34
Háztartási fogyasztói szokások vizsgálata
Alkalmazott feltételezések, közelítések, egyszerűsítések:• Négy háztartást vizsgáltunk• A fogyasztási teljesítményeket névleges teljesítményekkel
helyettesítettük• 5 perces időlépcsőt alkalmaztunk• Egy hétköznapot vizsgáltunk• A görbe hullámosságát finom eltolással simítottuk• A fogyasztási területre mind a négy fogyasztóból 10-10
darabot, összesen 40 darabot vettünk• A HKV átprogramozásakor ugyan azzal a felvett
energiamennyiséggel számoltunk
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
35
Háztartási fogyasztói szokások vizsgálata
Későbbi finomítási lehetőségek• Több lakás és egyéb fogyasztó bevonása• Az aggregáció pontosabb arányokkal történő kibővítése• A mérési időfelbontás növelése• Műszeres mérés• Több naptípus mérése• Minden fogyasztó mérése, stb.
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
36
Lakás 1.
•Forrás: hallgatói projekt mérés Kun Viktor vezetésével
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
37
Lakás 2.
•Forrás: hallgatói projekt mérés Kun Viktor vezetésével
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
38
Lakás 3.
•Forrás: hallgatói projekt mérés Kun Viktor vezetésével
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
39
Lakás 4.
•Forrás: hallgatói projekt mérés Kun Viktor vezetésével
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
40
Elemzés 1.
40 db, különböző típusú háztartás összfogyasztása (kék), illetve ebből a
HKVezérelt fogyasztás (bordó)
05000
10000150002000025000300003500040000
0:00
1:35
3:10
4:45
6:20
7:55
9:30
11:0
5
12:4
0
14:1
5
15:5
0
17:2
5
19:0
0
20:3
5
22:1
0
23:4
5
óra:perc
P (W
)
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
41
Elemzés 2.
Az összfogysztás alakulása a HKV (bordó) -2 és +3 órával történő eltolásakor
05000
100001500020000250003000035000
0:00
1:30
3:00
4:30
6:00
7:30
9:00
10:3
0
12:0
0
13:3
0
15:0
0
16:3
0
18:0
0
19:3
0
21:0
0
22:3
0
óra:perc
P(W
)
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
42
Elemzés 3.
Az összfogyasztás befolyásolható (bordó) és nem befolyásolható része (kék) 40 lakásnál
05000
10000150002000025000300003500040000
0:00
1:55
3:50
5:45
7:40
9:35
11:3
013
:25
15:2
0
17:1
519
:10
21:0
523
:00
óra:perc
P(W
)
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
43
Elemzés 4.
Az összfogyasztás alakulása a kapcsolható rész 50%-nak (bordó) 6 órával való késleltesekor
0
500010000
15000
2000025000
30000
0:00
1:30
3:00
4:30
6:00
7:30
9:00
10:3
0
12:0
0
13:3
0
15:0
0
16:3
0
18:0
0
19:3
0
21:0
0
22:3
0
óra:perc
P(W
)
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
44
Eredmény
• Összességében megállapíthatjuk, hogy a háztartási fogyasztók nagyobb részét be lehetne vonni egy finom, adaptív és interaktív DSM szabályozásba, ami lehetőséget teremt a fogyasztási görbe kedvező irányú befolyásolására, „kisimítására”. Méréseink egyelőre csak kvalitatív jellegűek voltak, de a tendenciát jól érzékeltetik.
• A fenti fogyasztások adaptív átrendezését különböző, itt most nem ismertetett optimalizáló eljárással lehet automatikusan elvégezni.
Ez lehet az alacsony szinten alkalmazott intelligencia.
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
45
Intelligens készülékek
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
46
Lokális irányítási rendszer
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
47
Intelligens adatgyűjtő készülék
A lokális intelligencia kialakításának egyik prototípus készülékét látjuk, amely a teljesítményáramlások GPRS-en keresztül történőtávmonitorozására szolgál (a készülék a GVOP-3.3.3-05/2.-2006-01-0118/3.0 hálózati minőség távmérő rendszer része).
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
48
Távregisztrátum
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
49
Végül
• Az energiatermelés extenzív bővítése mellett számos lehetőség van a jobb kihasználásra, takarékosságra
• A korszerű IT rendszerek lehetővé (és egyben kötelezővé) teszik az ilyen irányú kutatásokat
• A hálózat több szinten tartalmaz korszerű, intelligens megoldásokat
• A feladat műszakilag megoldható
Intelligens energiarendszerek2007.11.27.
50
Köszönöm a figyelmet