Integrating Active, Flexible and Responsive Tertiary Prosumers into a Smart Distribution Grid INERTIA - Προσφέροντας εργαλεία δυναμικής και αυτοματοποιημένης ενεργειακής διαχείρισης κτιρίων με επίκεντρο τον άνθρωπο Τρυφερίδης Αθανάσιος MSc, Ηλεκτρολόγος Μηχανικός & Μηχανικός Υπολογιστών Ερευνητικός Συνεργάτης ΕΚΕΤΑ/ΙΠΤΗΛ 10 th Maintenance Forum Athens -9-10 October 2014
INERTIA Ποιοι είμαστε Integrating Active, Flexible and Responsive Tertiary Prosumers into a Smart Distribution Grid Κοινοπραξία: 10 Εταίροι 6 Χώρες Έναρξη: Οκτώβριος 2012 ιάρκεια: 3 Χρόνια Πρόγραµµα: FP7-ICT-2011-7 Στόχος: ΕυφυήΕνεργειακά ίκτυα Προϋπολογισµός: 5,34 εκ Πληροφορίες: www.inertia-project.eu Επιστημονικός Υπεύθυνος: Δρ. Δημήτριος Τζοβάρας, ΕΚΕΤΑ-ΙΠΤΗΛ Dimitrios.Tzovaras@iti.gr 10 th Maintenance Forum, Athens 2
INERTIA Στόχοι του έργου Εργαλεία δυναμικής διαχείρισης κτιρίων με επίκεντρο τον άνθρωπο (παρουσία στους χώρους κτιρίων & προφίλ προτιμήσεων χρηστών) Χρήση «ευφυών πρακτόρων» (smart agents) για την αυτοματοποιημένη διαχείριση των κτιρίων διασφαλίζοντας τη μικρότερη δυνατή ενόχληση των χρηστών Υπολογισμός σε πραγματικό χρόνο της ενεργειακής ευελιξίας (energy flexibility) κτιρίων τριτογενούς τομέα Δυνατότητα ενεργής συμμετοχής των κτιρίων σε νέα ενεργειακά μοντέλα των Έξυπνων Δικτύων (Smart Grids) Δημιουργία (Demand κατάλληλης Response, υποδομής Dynamic Pricing, για την Demand συνάθροιση Side μικρών Management) καταναλωτών (κτίρια τριτογενούς τομέα) και διανεμημένης παραγωγής σε ένα κοινό πλαίσιο, παρέχοντας εργαλεία ενεργής διαχείρισης στον Aggregator, που αναλαμβάνει ρόλο ανάμεσα στους τελικούς καταναλωτές και το Δίκτυο (Smartgrid) 10 th Maintenance Forum, Athens 3
INERTIA Πιλοτική Εφαρμογή Ενεργός ρόλος του ΕΚΕΤΑ στο INERTIA Πιλοτική Εφαρμογή στο κτίριο του ΙΠΤΗΛ στο ΕΚΕΤΑ στη Θεσσαλονίκη 10 th Maintenance Forum, Athens 4
INERTIA Πιλοτική Εφαρμογή Διάφοροι Χώροι με δεκάδες άτομα προσωπικό ημερησίως Γραφεία Αίθουσες συνεδριάσεων Κουζίνα Διάδρομοι κ.α. Ποικιλία στον εξοπλισμό (DERs) υπό μελέτη Κλιματισμός, Φωτισμός (Dimmable ή μη) Εξοπλισμός Γραφείου ( PCs, Εκτυπωτές, Οθόνες, κτλ) Ψύκτες, Θερμοσίφωνες, Πλυντήρια πιάτων Αυτόματοι πωλητές Ηλεκτρικά Οχήματα κ.α. 10 th Maintenance Forum, Athens 5
INERTIA Πιλοτική Εφαρμογή Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Φωτοβολταϊκό Πάρκο 10kW Συσσωρευτές (PV & ΕVs) Πετρελαιογεννήτριες Κυψέλες Καυσίμου (Fuel Cells) 10 th Maintenance Forum, Athens 6
INERTIA Βασικοί Άξονες 3 Βασικοί Άξονες Εφαρμογής του INERTIA 1. Έξυπνα εργαλεία αυτοματοποιημένης ενεργειακής διαχείρισης κτιρίων, αξιοποιώντας real-time πληροφορία παρουσίας ανθρώπων στους χώρους των κτιρίων 2. Ανίχνευση παρουσίας ανθρώπων σε εσωτερικούς χώρους κτιρίων, χρησιμοποιώντας δίκτυα αισθητήρων σε πραγματικό χρόνο (real-time occupancy extraction) 3. Συμμετοχή κτιριακών εγκαταστάσεων σε νέα ενεργειακά μοντέλα των Smart Grids o Demand Response Σήματα από τον Διαχειριστή του Δικτύου o Μοντέλα δυναμικής τιμολόγησης (Dynamic Pricing) o Ενεργειακή αποδοτικότητα (Energy Efficiency) με βάση τον ανθρώπινος παράγοντας 10 th Maintenance Forum, Athens 7
INERTIA Βασικοί Άξονες 3 Βασικοί Άξονες Εφαρμογής του INERTIA 1. Έξυπνα εργαλεία αυτοματοποιημένης ενεργειακής διαχείρισης κτιρίων, αξιοποιώντας real-time πληροφορία παρουσίας ανθρώπων στους χώρους των κτιρίων 2. Ανίχνευση παρουσίας ανθρώπων σε εσωτερικούς χώρους κτιρίων, χρησιμοποιώντας δίκτυα αισθητήρων σε πραγματικό χρόνο (real-time occupancy extraction) 3. Συμμετοχή κτιριακών εγκαταστάσεων σε νέα ενεργειακά μοντέλα των Smart Grids o Demand Response Σήματα από τον Διαχειριστή του Δικτύου o Μοντέλα δυναμικής τιμολόγησης (Dynamic Pricing) o Ενεργειακή αποδοτικότητα (Energy Efficiency) με βάση τον ανθρώπινος παράγοντας 10 th Maintenance Forum, Athens 8
INERTIA Ανθρώπινος παράγοντας στα κτίρια Πόσο σημαντικός είναι ο ανθρώπινος παράγοντας στην ενεργειακή διαχείριση κτιρίων; Σύμφωνα με σχετικές έρευνες 1,2,3,4 : Η Ενεργειακή Κατανάλωση των κτιρίων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την: Ανθρώπινη Παρουσία Ανθρώπινη Συμπεριφορά Διαφορετικές αλληλουχίες δραστηριοτήτων και «τροχιές» ανθρώπινης παρουσίας μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα διαφορετικά μοτίβα ενεργειακής συμπεριφοράς 1. C. Liao and P. Barooah, An integrated approach to occupancy modeling and estimation in commercial buildings, in Proc. American Control Conf. (ACC), pp. 3130-3135, 2010. 2. Heel Eelco Van (2009), Climate and Environment 2009, The Rockwool Group Denmark, Retrieved from: http:/www.rockwool.com/environment/environment+reports. 3. A. Kashif, X. H. Binh Le, J. Dugdale and S. Ploix Agent based framework to simulate inhabitants' behaviour in domestic settings for energy management. In ICAART 2011 (International Conference on Agents and Artficial Intelligence), Rome, Italy, January 2011. 4. S. Ghaemi, G. Brauner (2009). User behavior and patterns of electricity use for energy saving. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien (IEWT2009). 10 th Maintenance Forum, Athens 9
Εργαλεία για Facility Managers BMS 3 Βασικές λειτουργίες Building Management Systems: 1. Παρακολούθηση (Monitoring) σε πραγματικό χρόνο της λειτουργικής κατάστασης κτιριακού εξοπλισμού Κλιματισμός / Αερισμός Φωτισμός Θέρμανση νερού 2. Απομακρυσμένος προγραμματισμός (Control) Ρύθμιση παραμέτρων λειτουργίας (θερμοκρασία, ταχύτητα) 3. Χρονοπρογραμματισμός (Scheduling) ON/OFF και παραμέτρων 10 th Maintenance Forum, Athens 10
BMS Προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι Facility Managers 1. Monitoring - Συνήθως ικανοποιητικό Συνήθως ικανοποιητικό θέματα επέκτασης εγκατάστασης επιπλέον εξοπλισμού 2. Control Μερικώς ικανοποιητικό Απαιτεί συνεχή παρακολούθηση από τον Facility Manager για να «διορθώνει» «11 το βράδυ στο meeting room; Μάλλον ξέχασαν τα φώτα, ας τα κλείσω..» «24 ο C στο A/C είναι πολύ χαμηλά! Ας το δυναμώσω..» «Ας κλείσω τα A/C στο διάδρομο, μάλλον δεν το χρειάζονται» 3. Scheduling Συνήθως προβληματικό! Μετά τις 10 το βράδυ κλείνουν τα πάντα, φώτα, κλιματισμός!» ή μήπως όχι; «Το μεσημέρι χαμηλώνουμε τα φώτα σε όλα τα γραφεία» κι αν έξω έχει συννεφιά; «Το Σαββατοκύριακο δεν δουλεύουμε, όλα κλειστά» ή μήπως όχι; 10 th Maintenance Forum, Athens 11
INERTIA Ανάλυση Παρουσίας Ανθρώπου Ανίχνευση σε πραγματικό χρόνο Παρουσίας Ανθρώπου (Occupancy Extraction) Δίκτυο Αισθητήρων Ευφυής αλγόριθμοι για ανάλυση δεδομένων Παρακολούθηση και εκμάθηση αλληλουχίας δραστηριοτήτων και τροχιών ανθρώπων (Occupancy Modelling) Βραχυπρόθεσμη (ημερήσια) πρόβλεψη παρουσίας ανθρώπων στους χώρους των κτιρίων (Occupancy Prediction) 10 th Maintenance Forum, Athens 12
INERTIA - Εξαγωγή Προτιμήσεων Χρηστών (User Profiling) Συνεχής παρακολούθηση αλληλεπίδρασης χρήστη Δίκτυο Αισθητήρων Εξωτερικές συνθήκες Εισαγωγή προτιμήσεων χρήστη Παρακολούθηση και εκμάθηση προτιμήσεων χρήστη (θερμοκρασία, φωτεινότητα, προτιμήσεις ) Μοντέλα συμπεριφοράς και προτιμήσεων μεμονωμένων/ γκρουπ χρηστών (User Profiling) 10 th Maintenance Forum, Athens 13
INERTIA Αυτοματοποιημένη Λειτουργία Κτιρίου User Profiling Occupancy Context (environmental Conditions) Optimal Automated Building Management (INERTIA Dynamic Building Tools Smart Agents) 10 th Maintenance Forum, Athens 14
INERTIA Βασικοί Άξονες 3 Βασικοί Άξονες Εφαρμογής του INERTIA 1. Έξυπνα εργαλεία αυτοματοποιημένης ενεργειακής διαχείρισης κτιρίων, αξιοποιώντας real-time πληροφορία παρουσίας ανθρώπων στους χώρους των κτιρίων 2. Ανίχνευση παρουσίας ανθρώπων σε εσωτερικούς χώρους κτιρίων, χρησιμοποιώντας δίκτυα αισθητήρων σε πραγματικό χρόνο (real-time occupancy extraction) 3. Συμμετοχή κτιριακών εγκαταστάσεων σε νέα ενεργειακά μοντέλα των Smart Grids o Demand Response Σήματα από τον Διαχειριστή του Δικτύου o Μοντέλα δυναμικής τιμολόγησης (Dynamic Pricing) o Ενεργειακή αποδοτικότητα (Energy Efficiency) με βάση τον ανθρώπινος παράγοντας 10 th Maintenance Forum, Athens 15
INERTIA Πως εξάγουμε την Πληροφορία; Εγκατάσταση δικτύου αισθητήρων που εξαγάγει σε πραγματικό χρόνο: παρουσία ανθρώπων: Ποσοτικά (1,2,3,4, κτλ) Ποιοτικά (low/medium/high ή empty/occupied) Εξατομικευμένα (σε ορισμένες εφαρμογές χρήση RFID) Δεδομένα Κατανάλωσης Κλιματισμός, φωτισμός, συσκευές γραφείου/κουζίνας Ψύκτες / θερμοσίφωνες νερού Δεδομένα περιβαλλοντικών συνθηκών εσωτερικές & εξωτερικές συνθήκες 10 th Maintenance Forum, Athens 16
INERTIA Επιλογή Δικτύου Αισθητήρων Λαμβάνοντας υπόψη τις παρακάτω παραμέτρους: Ελάχιστη παρέμβαση στους τελικούς χρήστες (privacy/ethical) Χαμηλό κόστος εγκατάστασης Μέγιστη χρήση υπάρχουσας εγκατάστασης (π.χ. σύστημα συναγερμού, συστήματα BMS/SCADA) Ανάλογα με το χώρο και τις εκάστοτε απαιτήσεις, εξαγωγή ποιοτικής/ποσοτικής ή εξατομικευμένης πληροφορίας (group vs. individual) 10 th Maintenance Forum, Athens 17
INERTIA - Δίκτυο Αισθητήρων Εγκατάσταση Δικτύου αισθητήρων για Ανίχνευση Ανθρώπινης Παρουσίας Ενεργητικές Υπέρυθρες σε εισόδους/πόρτες Πατάκια Πίεσης στο πάτωμα Σύστημα Συναγερμού (Ραντάρ κίνησης & Μαγνητικές επαφές σε παράθυρα) Συγκέντρωση διοξείδιου του Άνθρακα Κάμερες Βάθους (Depth Image Cameras Επίπεδα Ήχου RFID Στην πλειοψηφία των αισθητήρων χρησιµοποιούνται Ασύρµατες τεχνολογίες (ZigBee, EnOcean, WiFi, κλπ.) 10 th Maintenance Forum, Athens 18
INERTIA - Δίκτυο Αισθητήρων Εγκατάσταση Δικτύου αισθητήρων για περιβαλλοντολογικά & ενεργειακά δεδομένα Θερμοκρασία Υγρασία Φωτεινότητα Για φωτοβολταϊκά (Πυκνότητα Ηλιακής Ακτινοβολίας, Βροχή, Άνεμος) Προτιμήσεις χρηστών (User preferences) Παρακολούθηση αλλαγών των παραμέτρων σε κλιματισμό & φωτισμό Προφίλ ωραρίου λειτουργίας συσκευών (π.χ. ψυγείο, πλυντήριο) Κατανάλωση εξοπλισμού (ασύρματες έξυπνες πρίζες και τσιμπίδες έντασης) 10 th Maintenance Forum, Athens 19
Παράδειγμα: Αίθουσα Συνεδριάσεων ΙΠΤΗΛ Πιλοτική Εγκατάσταση INERTIA Ανιχνευτής κίνησης Καταμέτρηση Θύρας (Ενεργητικές Υπέρυθρες) CO 2 Εξαγωγή πυκνότητας ανθρώπων στο χώρο Επίπεδα Ήχου (σύνδεση μέσω Arduino) 10 th Maintenance Forum, Athens 20
Παράδειγμα: Αίθουσα Συνεδριάσεων ΙΠΤΗΛ Κλιματολογικές Εσωτερική & εξωτερική Θερμοκρασία, Υγρασία, Φωτεινότητα Φωτεινότητα Αίθουσα Συνεδριάσεων Θερμοκρασία / Υγρασία Φωτεινότητα Θερµοκρασία / Υγρασία 10 th Maintenance Forum, Athens 21
INERTIA Βασικοί Άξονες 3 Βασικοί Άξονες Εφαρμογής του INERTIA 1. Έξυπνα εργαλεία αυτοματοποιημένης ενεργειακής διαχείρισης κτιρίων, αξιοποιώντας real-time πληροφορία παρουσίας ανθρώπων στους χώρους των κτιρίων 2. Ανίχνευση παρουσίας ανθρώπων σε εσωτερικούς χώρους κτιρίων, χρησιμοποιώντας δίκτυα αισθητήρων σε πραγματικό χρόνο (real-time occupancy extraction) 3. Συμμετοχή κτιριακών εγκαταστάσεων σε νέα ενεργειακά μοντέλα των Smart Grids o Demand Response Σήματα από τον Διαχειριστή του Δικτύου o Μοντέλα δυναμικής τιμολόγησης (Dynamic Pricing) o Ενεργειακή αποδοτικότητα (Energy Efficiency) με βάση τον ανθρώπινος παράγοντας 10 th Maintenance Forum, Athens 22
Ιδέα & Όραμα INERTIA Χρησιµοποιώντας την ευελιξία (Load flexibility) «µικρότερων» καταναλωτών (κτίρια) & διανεµηµένης παραγωγής ενέργειας (Distributed PV/Wind Generators) Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας «ακολουθεί» τα ζητούµενα φορτία Η ζήτηση σε ενέργεια «ακολουθεί» τη διαθέσιµη παραγόµενη ενέργεια Παθητικό Δίκτυο Έξυπνο Δίκτυο Smart Grid με «ενεργούς» καταναλωτές/παραγωγούς 10 th Maintenance Forum, Athens 23
INERTIA Οφέλη σε επίπεδο Smart Grid Το αυτοματοποιημένο πλαίσιο διαχείρισης κτιρίων του INERTIA: παρέχει την διαθέσιμη Ενεργειακή Ευελιξία (Flexibility) του κτιρίου στο διαχειριστή (Aggregator) στα πλαίσια του Έξυπνου Δικτύου (Smart Grid) εκμεταλλεύεται αθροιστικά την διαθέσιμη ευελιξία των συμμετεχόντων κτιρίων - Μετακίνηση Φορτίων για μείωση κατανάλωσης τις ώρες αιχμής (Peak demand) - Αποφυγή Υπερτάσεων / Υπερφορτίσεων εξοπλισμού - Αναδρομολόγηση τροφοδοσίας σε περιπτώσεις προβλήματος 10 th Maintenance Forum, Athens 24
INERTIA Οφέλη σε επίπεδο κτιρίου Οικονομικά οφέλη για τον καταναλωτή (κτίριο) μέσω συμμετοχής σε νέα ενεργειακά μοντέλα: Demand Response - Σήματα μείωσης/αύξησης κατανάλωσης σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα (π.χ. 1-2 ώρες) από τον Διαχειριστή του Δικτύου (Aggregator) Στοχευμένη μετατόπιση/μείωση από τον FM της κατανάλωσης εκμεταλλεύοντας την ενεργειακή ευελιξία του κτιρίου Χωρίς να επηρεάζεται η άνεση των χρηστών (Occupancy & User Profiling combination) Μετακινώντας (load shifting) καταναλώσεις π.χ. καθυστέρηση έναρξης λειτουργίας πλυντηρίου, φόρτισης συσκευών/ηλεκτρικών Αυτοκινήτων Προ-θέρμανση/ψύξη χώρων ή συσκευών (ψυγείο, θερμοσίφωνας), εκμεταλλευόμενοι την θερμική αδράνεια 10 th Maintenance Forum, Athens 25
INERTIA Οφέλη σε επίπεδο κτιρίου Μοντέλα δυναμικής μεταβλητής τιμολόγησης (Dynamic Pricing) μετατόπιση φορτίων σε φθηνότερες ζώνες Αύξηση της Ενεργειακής Απόδοσης του κτιρίου (Μείωση Κατανάλωσης ) χωρίς να επηρεάζονται οι προτιμήσεις στο περιβάλλον εργασίας των χρηστών: Επιθυμητή θερμοκρασία Επιθυμητή φωτεινότητα Λειτουργική κατάσταση συσκευών Κάποιες από αυτές τις εφαρμογές αποτελούν ήδη «Οδηγίες» της ΕΕ και εφαρμόζονται στις χώρες του εξωτερικού 10 th Maintenance Forum, Athens 26
Ερωτήσεις / Απορίες Ερωτήσεις / Απορίες Ευχαριστούμε!!! 10 th Maintenance Forum, Athens 27