Sistem za upravljanje z energijo električnih naprav

Zimski paket 2016 Direktiva o energetski učinkovitosti Evropske komisije predstavlja politični okvir za uvedbo trga prožnosti energije. Dopolnjuje obstoječi energetski trg z novimi tržno usmerjenimi storitvami prožnosti energije. Agregator usklajuje in povezuje ponudnike storitev prožnosti, v obliki enot za proizvodnjo, shranjevanje ali rabo energije, z uporabniki storitev prožnosti energije, v obliki operaterjev elektroenergetskih omrežij in odgovornih bilančnih skupin. Projekt predlaga popolnoma nov koncept sistema za upravljanje z energijo (EMS), ki je nameščen pri ponudnikih storitev prožnosti, in je ključnega pomena za uvedbo tržnih storitev prožnosti energije (TSPE).

Obstoječe EMS je mogoče označiti kot:

• sisteme avtomatizacije ali
• sisteme vodenja na daljavo.

Obstoječi sistemi EMS ne omogočajo:

• Otočnega obratovanja niti takrat, ko razpolagajo z enotami za proizvodnjo in/ali hranjenje energije.
• Poganjanj z agregatorjem v katerih bi zastopali interese lastnika
• Povpraševanja po servisnih storitvah ali ponujanja slednjih
• Obratovanja v primerih, ko električno omrežje ni na voljo ali ko so onemogočene komunikacijske povezave.

Komunikacija med lastnikom EMS in agregatorjem je omejena:

• na pošiljanje zahtev uporabniku, da naj sam vklopi ali izklopi določeno napravo
• neposredno vklapljanje in izklapljane naprav uporabnika omrežja.

Za uporabnike omrežja ni sprejemljiva nobena od navedenih možnosti!

Glavni cilj tega projekta je razviti nov koncept EMS in ga tudi potrditi. Razviti sistem za upravljanje z energijo odpravlja večino navedenih pomanjkljivosti. Za doseganje cilja projekta je treba izvesti v nadaljevanju navedena opravila.

1. Za zagotavljanje informacij, ki so bistvene za sprejemanje odločitev, bo razvito avtomatizirano tvorjenje modelov posameznih naprav (proizvodne enote, hranilniki in porabniki energije). Postopek bo temeljil na strojnem učenju. Omogočal bo avtomatizirano tvorjenje in adaptacijo modelov naprav na osnovi meritev med normalnimi obratovalnimi stanji naprav. Razviti modeli naprav bodo implementirani centralno na EMS ali pa lokalno na stikalih/merilnikih. Ko bo potrebno bodo EMS z modelom lahko ocenil vrednosti opazovanih spremenljivk ob izvršeni akciji, preden bo to akcijo dejansko izvedel. Omenjeni modeli bodo podpora EMS pri izbiri najboljših ukrepov.
2. Vpeljan bo nov algoritem avtonomnega odločanja (AAO) EMS, ki bo posnemal obnašanje na trgu. Odločitve AAO EMS bodo temeljile na ocenah stanja posameznih enot za proizvodnjo, shranjevanje in rabo energije, ki jih bodo priskrbeli modeli omenjenih naprav. Takšen AAO EMS bo, na osnovi analize stanja in ponudbe ali povpraševanja agregatorja, sposoben ponudbo sprejeti ali zavrniti, hkrati pa bo tudi sam lahko ponujal storitve ali povpraševal po njih. Obstoječe posredovanje zahtev uporabnikom glede vklapljanja in izklapljanja njihovih naprav bo nadomeščeno z izmenjavo ponudb in povpraševanj med AAO EMS in agregatorjem. To bo omogočilo vpeljavo TSPE.
3. Razviti AAO EMS bo nadgrajen s funkcionalnostmi otočnega obratovanja. Ta bo omogočil izkoriščanje vseh razpoložljivih resursov za zagotavljanje vsaj omejene oskrbe z energijo tudi v primerih izpada glavnega električnega omrežja. Omejeno otočno obratovanje bo zagotovljeno s trajnim monitoringom, predikcijo in vodenjem pretakanja energije med proizvodnimi enotami, hranilniki energije in porabniki znotraj EMS.
4. Za potrditev predlaganega koncepta bo sestavljen eksperimentalni sistem za testiranje EMS. Vseboval bo vodene proizvodne enote (PV sistemi z mikro-pretvorniki), hranilnik energije (Baterijski sistem SCiB in pretvornik) in porabniške naprave (hladilnik, grelnik vode, več klimatskih naprav in drugih porabnikov energije). Eksperimentalni sistem bo uporabljen za testiranje avtomatiziranega tvorjenja modelov naprav, njihove sprotne adaptacije, testiranje lastnosti razvitega EMS v paralelnem in otočnem obratovanju. Uporabljen bo tudi pri preverjanju ustreznosti razvitega AAO EMS za uporabo v TSPE.

Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko:

Okvirni opis programa dela raziskovalnega projekta

Glavni cilj predlaganega projekta je razviti in dokazati popolnoma nov koncept sistema za upravljanje z energijo (raven tehnološke pripravljenosti TRL 4). Izvedba projekta bo potekala v 6 delovnih paketih (WP).

Objave

1. LUKAČ, Niko, ŠPELIČ, Denis, ŠTUMBERGER, Gorazd, ŽALIK, Borut. Optimisation for large-scale photovoltaic arrays' placement based on Light Detection And Ranging data. Applied energy. 1 April 2020, vol. 263, str. 1-11. ISSN 0306-2619. DOI: 10.1016/j.apenergy.2020.114592. [COBISS.SI-ID 23002646], [JCR, SNIP, WoS do 19. 4. 2023: št. citatov (TC): 15, čistih citatov (CI): 12, čistih citatov na avtorja (CIAu): 3,00, Scopus do 12. 4. 2023: št. citatov (TC): 18, čistih citatov (CI): 15, čistih citatov na avtorja (CIAu): 3,75]
2. BIZJAK, Marko, ŽALIK, Borut, ŠTUMBERGER, Gorazd, LUKAČ, Niko. Large-scale estimation of buildings' thermal load using LiDAR data. Energy and buildings. [Print ed.]. 15 Jan. 2021, vol. 231, str. 1-16. ISSN 0378-7788. DOI: 10.1016/j.enbuild.2020.110626. [COBISS.SI-ID 39266307], [JCR, SNIP, WoS do 14. 4. 2023: št. citatov (TC): 6, čistih citatov (CI): 3, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0,75, Scopus do 10. 4. 2023: št. citatov (TC): 7, čistih citatov (CI): 4, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1,00]
3. UREMOVIĆ, Niko, BIZJAK, Marko, SUKIČ, Primož, ŠTUMBERGER, Gorazd, ŽALIK, Borut, LUKAČ, Niko. A new framework for multivariate time series forecasting in energy management system. IEEE transactions on smart grid. [Print ed.]. Date of Publication: 24 November 2022, 14 str., ilustr. ISSN 1949-3053. DOI: 10.1109/TSG.2022.3224559. [COBISS.SI-ID 130991875], [JCR, SNIP, Scopus]

1. Časovni načrt.pdf

Izvedljivost

Raziskovalni projekt poteka na obstoječem eksperimentalnem sistemu, ki je prikazan na spodnji sliki.

Slika 1: Obstoječi eksperimentalni sistem: fotonapetostni sistem z vodenimi mikro-razsmerniki, pretvornik z baterijskim sistemom, merilne verige temelječe na različnih pametnih števcih, komunikacijski sistem in sistem vodenja.

Slika 2: Spletna stran za spremljanje stanja delovanja sistema za upravljanje z energijo

Slika 3: Spletna stran za ročno spreminjanje nastavitev vseh naprav

Slika 4: Spletna stran za ročno spreminjanje nastavitev klime

Slika 5: Spletna stran za ročno spreminjanje nastavitev hladilnika