Korisnički alati

Site alati


2012:luka_karoli:start

Sustav za automatsko upravljanje potrošnjom električne energije

Kratki uvod (motivacija/pozadina)

Trenutna elektroenergetska mreža sastoji se od nekoliko velikih proizvođača, te centralnog distribucijskog i upravljačkog sustava. Kako bi se osigurala stabilnost opskrbe električnom energijom potrebno je da trenutna proizvodnja električne energije bude točno jednaka trenutnoj potrošnji. U tu se svrhu koriste predviđanja dnevne potrošnje električne energije, te se u skladu s time uključuju i isključuju određeni proizvođači. Kako bi bolje mogli razumjeti o čemu se točno radi možemo pogledati sliku dnevne potrošnje električne energije u RH. Vidimo kako potrošnja značajno varira kroz dan, te kako se dobro poklapa trenutno predviđanje potrošnje (plava crta) i ostvarena potrošnja (crvena crta). Na temelju predviđene potrošnje energije izrađuje se plan proizvodnje, u kojem se određuje koja će elektrana i kada proizvoditi. Plan proizvodnje se obično popunjava prema cijeni pojedinog energenta, na način da se kreće od stalne potrošnje koja se popunjava najjeftinijim energentom (hidroelektrane, nuklearne elektrane), a prema vrhu idu skuplji (termoelektrane). Redovito se događa da situacija da je vršnu dnevnu potrošnju potrebno popuniti sa najskupljom energijom. Kako bi elektrana navela potrošače da troše energiju kada je jeftina, uvela se takozvana dvotarifna brojila, kojima se motivira potrošača da u svrhu vlastite uštede stabilizira potrošnju tokom dana. Mogući izgled takvog plana proizvodnje je dan na narednoj slici. Sve bržim razvojem i sve većom primjenom obnovljivih izvora energije javio se novi problem u upravljačkom sustavu jer se u mnogim slučajevima proizvodnja električne energije iz obnovljivih izvora (sunce, vjetar) ne može dobro predvidjeti. U slučajevima kada ima puno vjetra ili sunca (više od očekivanog) potrebno je gasiti neke druge proizvođače, cijelu situaciju još dodatno pogoršava činjenica da su navedeni izvori vremenski nestabilni, te iz režima maksimalne proizvodnje u nultu mogu doći unutar nekoliko minuta. Pretjerano često paljenje i gašenje termoelektrana često nije moguće, što dovodi do problema nestabilnosti sustava.

Suočeni sa novim izazovima u stabilizaciji elektroenergetskog sustava počela se razvijati tehnologija pametne mreže, takozvani „smart grid“ kojim se želi decentralizirati upravljanje. Navedenim bi sustavom osim energije putovala i informacija o trenutnoj potrošnji i proizvodnji do svakog kućanstva, poslovne zgrade ili industrijskog objekta. Same potrošače bi se stimulativnim metodama pokušalo motivirati da sami sudjeluju u stabilizaciji sustava. Dakle od dvotarifnog brojila se prelazi na sustav koji dinamički mijenja cijenu. Nova bi brojila osim za naplatu trebala biti zadužena i za aktivno upravljanje određenim potrošačima kako bi trošili baš onda kada energije u sustavu ima najviše, tj. kada je ona najjeftinija.

Svrha sustava

Svrha ovog sustava jest upravljati radom potrošača čiji se rad može odgoditi za neki vremenski period bez narušavanja komfora pri njihovom korištenju. Primjeri takvih sustava u kućanstvu su stroj za pranje rublja te stroj za pranje posuđa, ali i uređaji koji su u stanju akumulirati određenu energiju, na primjer sustav grijanja ili klimatizacije, hladnjak, električni bojler, itd. Kako bi bolje dočarali izgled dnevne potrošnje za neko kućanstvo možemo pogledati slijedeći grafikon

Brojevima su označeni određeni potrošači tokom dana :

  1. – Osnovna potrošnja kuće iznosi oko 400W ponoći, a sačinjavaju je uređaji koji rade u „standby“ načinu rada i nekoliko sigurnosnih svjetiljki koje su upaljene tokom noći.
  2. – Potrošnja električnog bojlera koji se pali 5-6 puta dnevno kako bi osigurao dovoljnu količinu tople vode
  3. – Pumpa za vodu u bazenu koja je namještena spori za rad od 9 ujutro do podne
  4. – Pumpa za vodu u bazenu na povećanoj snazi zajedno sa filtrom za vodu
  5. – Potrošnja svjetiljki tokom večernjih sati, te računalo i TV.

Vidimo da bi se u navedenom primjeru mogli učiniti određeni pomaci u vremenima korištenja najvećih potrošača, dakle, na stavkama 2, 3 i 4, a da se time ne narušava komfor ukućana. Ukoliko bi cijena struje bila varijabilna, ti bi pomaci u potrošnji mogli dovesti do značajnih ušteda financijskih sredstava, a samim time i pridonijeti stabilizaciji elektroenergetske mreže.

Implementacija sustava

Sustav bi se trebao sastojati od dvije komponente :

Centralni čvor

  • Prikuplja podatke o trenutnoj cijeni struje i prognozi cijene spajanjem preko modema/routera na server gdje se generiraju podaci.
  • Od perifernog čvora dobiva informacije o korištenju pojedinog uređaja putem bežićne mreže. Točno može odrediti kad se potrošač pali i koliko troši.
  • Ima mogućnost slati upravljačke podatke perifernom čvoru u svrhu vremenske regulacije potrošnje.
  • Prikuplja podatke o ukupnoj potrošnji unutar kućanstva koje bilježi na memorijskoj kartici
  • Kada korisnik želi može pristupiti/pohraniti prikupljene podatke na svom računalu putem etherneta

Periferni čvor

  • Bežično komunicira sa centralnim čvorom te mu šalje podatke o korištenju uređaja na koji je spojen.
  • Ima mogućnost upravljati radom uređaja na koji je spojen i prikupljati relevantne podatke o trenutnom stanju uređaja.
  • Građen je modularno, dakle potrebne su mu samo male modifikacije kako bi se mogao spojiti na neki drugi tip uređaja.

Izvedba pojedinih podsustava

Centralni čvor

Hardver :

Programska podrška :


Periferni čvor :

Hardver :

  • Razvojna pločica sa arduino mikrokontrolerom i xbee shield-om
  • Temperaturni senzor
  • Relej za uključivanje/isključivanje potrošača
  • Dodatni senzori/aktuatori po potrebi

Programska podrška :

  • Jednostavna upravljačka petlja

Očekivana interakcija sa ukućanima

Korisnik na računalu dohvatiti podatke pohranjene na memorijskoj kartici u centralnom čvoru putem lokalne mreže. Podaci se bilježe na računalu, te korisnik ima uvid u rad sustava i uštedu koju je ostvario.

Prezentacija sustava

Funkcionalnost sustava će biti prikazana na primjeru električnog bojlera. Periferni čvor će pratiti temperaturu tople vode, pomoću releja paliti i gasiti grijaće, te podatke slati centralnom čvoru.

2012/luka_karoli/start.txt · Zadnja izmjena: 2016/04/01 15:05 (vanjsko uređivanje)