211service.com
Hantera energi med Swarm Logic
Luftkonditioneringsaggregat och värmesystem är exempel på strömkrävande utrustning som regelbundet slås på och av i kommersiella byggnader. När alla dessa enheter slås på på en gång ökar strömförbrukningen och en byggnads ägare får höga toppavgifter på sina elräkningar.
Smart switch: Regulatorn som visas här skulle kunna förbättra energieffektiviteten för hushållsapparater. Enheterna kommunicerar trådlöst och använder svärmande algoritmer för att i samarbete bestämma hur strömförbrukningen ska hanteras.
En startup baserad i Toronto säger att den har kommit på ett sätt att minska energianvändningen genom att efterlikna binas självorganiserande beteende. REG Energi har utvecklat en trådlös styrenhet som ansluts till kontrollboxen på en byggnadsutrustning och fungerar som en smart strömbrytare. När flera kontroller har aktiverats upptäcker de varandra med hjälp av en nätverksstandard som heter ZigBee och börjar förhandla fram de bästa tiderna för att slå på och stänga av utrustning. Enheterna lär sig strömcyklerna för varje apparat och konfigurerar om dem för att maximera den kollektiva effektiviteten.
Målet är att undvika att allt händer samtidigt utan att offra individuella prestationer. Enheterna klarar detta problem med hjälp av en svärmalgoritm som koordinerar aktivitet utan att någon enskild enhet ger order.
Varje nod tänker för sig själv, säger Mark Kerbel, medgrundare och verkställande direktör för REGEN Energy, som uppfann den proprietära algoritmen inbäddad i varje enhet. Innan han fattar ett beslut, förklarar han, kommer en nod att överväga omständigheterna för andra noder i sitt nätverk. Till exempel, om ett kylskåp behöver cykla på för att bibehålla en lägsta temperatur, kommer en nod ansluten till en fläkt eller pump att förbli avstängd i ytterligare 15 minuter för att hålla energianvändningen under en viss tröskel. Enheterna måste uppfylla den lokala begränsningen men samtidigt uppfylla systemmålet, säger Kerbel och tillägger att en typisk byggnad kan ha mellan 10 och 40 styrenheter som arbetar tillsammans i en enda kupa. Enheterna är enkla och snabba att installera och, eftersom det inte finns något mänskligt ingripande, kräver det ingen speciell utbildning att använda.
Det är en dramatisk avvikelse från kommandomodellen uppifrån och ned som är förknippad med nuvarande byggnadsautomationssystem. Vissa forskare säger att det decentraliserade tillvägagångssättet för energihantering erbjuder ett billigare och mer effektivt sätt att hantera utbud och efterfrågan i ett hårt balanserat elsystem. Vissa tror faktiskt att det kan vara ett tidigt recept för ett framväxande smart nät.
Du ser mycket mer intresse för detta i blygsam skala, säger David chassin , en forskare vid Pacific Northwest National Laboratorys energiteknikgrupp, som leder GridWise initiativ för smarta nät.
Fördelarna kan sträcka sig längre än elbesparingar för fastighetsägare. Dagens elsystem är designat för toppförbrukning, vilket innebär att kraftverk är byggda för att tillfredsställa de få minuter varje dag när effektbehovet stiger långt över dagliga genomsnitt. Genom att minska toppefterfrågan i stor skala kan kraftverk maximera driften av befintliga kraftverk samtidigt som behovet av att bygga nya anläggningar för tillfällig användning minskar. En annan potentiell fördel är minskade koldioxidutsläpp, eftersom kraftverk som levererar toppelektricitet tenderar att vara mindre effektiva och drivs av kol och naturgas.
George Pappas , professor i el- och systemteknik vid University of Pennsylvania och expert på distribuerade styrsystem, säger att svärmlogik är en naturlig passform för energitillämpningar. REGEN ligger före på det här, säger Pappas.
Drift inom en byggnad är en sak, men mindre säkert är om svärmlogik kan lita på att hantera själva nätet. Chassin säger att ingenjörsgemenskapen förståeligt nog är försiktig med decentraliserade eller framväxande styrsystem för nätet eftersom, även om de fungerar anmärkningsvärt bra i vissa applikationer, är tillvägagångssättet inte väl testat.
Kerbel kom först med idén att använda en svärmalgoritm för att hantera strömförbrukningen 2005. Vi fick artigt höra att denna typ av kontroll helt enkelt inte är redo och kräver mycket mer akademisk forskning, säger han. Det är svårt att tänka utanför kommando-och-kontroll-boxen och tillåta detta trosprång – det vill säga att avstå från beslutsfattande förmåga till individuella noder i kollektivet.
Det är en partiskhet det Ört Sinnock , chef för Centennial Energy Institute, i Toronto, erkänner att ha. Han säger att ingenjörer vanligtvis vill ha ständig feedback så att de kan mäta systemdrift och göra förfining. REGENs teknologi undviker allt detta, men han noterar att dess tillämpning kommer att tillåta vissa misstag. Det är inte som att de placerar styrstavar i en kärnreaktorhärd. Vi pratar om att påverka temperaturen i ett rum med en halv grad, så det finns utrymme för misstag, säger Sinnock.
Sinnocks institut har arbetat med REGEN för att utvärdera prestandan för dess enheter i fält. Tester har hittills visat att byggnadsägare – till sjukhus, hotell, köpcentra, fabriker och andra stora anläggningar – skulle kunna spara så mycket som 30 procent på sina avgifter för högsta efterfrågan. Dessa besparingar, hävdar REGEN, mer än täcker kostnaden för att hyra enheterna, vilket är ett alternativ för stora elkonsumenter som är ovilliga att köpa tekniken i förväg. Om enheterna köps är återbetalningen mindre än tre år, säger Kerbel.
Installationens enkelhet är det som imponerar mest på Sinnock. På några timmar kan de få enheterna installerade och klura ut sin miljö och omgivning, säger han. Pappas säger samtidigt att han förväntar sig att det kommer att finnas mycket mer intresse för den här typen av applikationer under de kommande åren, och pekar på ett amerikanskt ekonomiskt stimulanspaket som kräver mer investeringar i energieffektivitet och smarta nätteknologier. Mycket av den stora inverkan och lågt hängande frukt kommer att komma från att använda detta tillvägagångssätt, säger han.