Håndtering af energi med Swarm Logic

Klimaanlæg og varmeanlæg er eksempler på strømkrævende udstyr, der jævnligt tændes og slukkes i erhvervsbygninger. Når alle disse enheder er tændt på én gang, stiger strømforbruget, og en bygnings ejere står tilbage med store spidsbelastningsafgifter på deres elregninger.

Smart switch: Den her viste controller kunne forbedre energieffektiviteten af ​​byggeapparater. Enhederne kommunikerer trådløst og bruger sværmende algoritmer til i fællesskab at beslutte, hvordan strømforbruget skal styres.

En startup baseret i Toronto siger, at den har fundet på en måde at reducere energiforbruget ved at efterligne biers selvorganiserende adfærd. RAIN Energi har udviklet en trådløs controller, der kobles til styreboksen på et bygningsudstyr og fungerer som en smart strømafbryder. Når flere controllere er blevet aktiveret, registrerer de hinanden ved hjælp af en netværksstandard kaldet ZigBee og begynder at forhandle sig frem til de bedste tidspunkter for at tænde og slukke udstyr. Enhederne lærer strømcyklusserne for hvert apparat og omkonfigurerer dem for at maksimere den kollektive effektivitet.

Målet er at undgå, at alt sker på samme tid uden at ofre den enkeltes præstation. Enhederne løser dette problem ved hjælp af en sværmalgoritme, der koordinerer aktivitet uden at nogen enkelt enhed udsteder ordrer.

Hver knude tænker for sig selv, siger Mark Kerbel, medstifter og administrerende direktør for REGEN Energy, som opfandt den proprietære algoritme, der er indlejret i hver enhed. Før han træffer en beslutning, forklarer han, vil en node overveje omstændighederne for andre noder i sit netværk. For eksempel, hvis et køleskab skal tænde for at opretholde en minimumstemperatur, vil en node, der er tilsluttet en ventilator eller pumpe, forblive slukket i yderligere 15 minutter for at holde strømforbruget under en vis tærskel. Enhederne skal opfylde den lokale begrænsning, men samtidig opfylde systemmålet, siger Kerbel og tilføjer, at en typisk bygning kan have mellem 10 og 40 controllere, der arbejder sammen i en enkelt bikube. Enhederne er enkle og hurtige at installere, og fordi der ikke er nogen menneskelig indgriben, kræver det ingen særlig træning at bruge.

Det er en dramatisk afvigelse fra top-down-kommandomodellen forbundet med nuværende bygningsautomatiseringssystemer. Nogle forskere siger, at den decentraliserede tilgang til energistyring tilbyder en billigere og mere effektiv måde at styre udbud og efterspørgsel på i et delikat afbalanceret elsystem. Nogle mener faktisk, at det kunne være en tidlig recept på et kommende smart grid.

Du ser meget mere interesse for dette i et beskedent omfang, siger David chassin , en videnskabsmand ved Pacific Northwest National Laboratorys energiteknologigruppe, som leder GridWise smart-grid initiativ.

Fordelene kan strække sig ud over elbesparelser for bygningsejere. Dagens elsystem er designet til spidsforbrug, hvilket betyder, at kraftværker er bygget til at tilfredsstille de få minutter af hver dag, hvor strømbehovet stiger et godt stykke over det daglige gennemsnit. Ved at reducere spidsbelastning i stor skala kan forsyningsselskaber maksimere driften af ​​eksisterende kraftværker og samtidig reducere behovet for at bygge nye anlæg til lejlighedsvis brug. En anden potentiel fordel er reducerede kulstofemissioner, da kraftværker, der leverer peak-elektricitet, har tendens til at være mindre effektive og drevet af kul og naturgas.

George Pappas , professor i elektrisk og systemteknik ved University of Pennsylvania og ekspert i distribuerede kontrolsystemer, siger, at sværmlogik er en naturlig pasform til energianvendelser. REGEN er foran kurven på dette, siger Pappas.

Drift i en bygning er én ting, men mindre sikkert er, om sværmlogik kan stole på til at styre selve nettet. Chassin siger, at ingeniørsamfundet forståeligt nok er på vagt over for decentraliserede eller nye styresystemer til nettet, fordi selvom de fungerer bemærkelsesværdigt godt i visse applikationer, er tilgangen ikke velafprøvet.

Kerbel kom først med ideen om at bruge en sværmalgoritme til at styre strømforbruget i 2005. Vi fik høfligt at vide, at denne kontrolstil bare ikke er klar og kræver langt mere akademisk forskning, siger han. Det er svært at tænke uden for kommando-og-kontrol-boksen og tillade dette trosspring – det vil sige at afgive beslutningsevner til individuelle noder i kollektivet.

Det er en skævhed det Urt Sinnock , leder af Centennial Energy Institute, i Toronto, indrømmer at have. Han fortæller, at ingeniører typisk ønsker konstant feedback, så de kan måle systemdrift og foretage justeringer. REGENs teknologi undlader alt det, men han bemærker, at dens anvendelse vil tillade nogle fejl. Det er ikke sådan, at de placerer kontrolstænger i en atomreaktorkerne. Vi taler om at påvirke temperaturen i et rum med en halv grad, så der er plads til fejl, siger Sinnock.

Sinnocks institut har arbejdet sammen med REGEN for at evaluere ydeevnen af ​​dets enheder i marken. Tests har indtil videre vist, at bygningsejere – af hospitaler, hoteller, indkøbscentre, fabrikker og andre store faciliteter – kunne spare så meget som 30 procent på deres spidsbelastningsafgifter. Disse besparelser, hævder REGEN, mere end dækker omkostningerne ved at leje enhederne, hvilket er en mulighed for større elforbrugere, der er tilbageholdende med at købe teknologien på forhånd. Hvis enhederne er købt, er tilbagebetalingen mindre end tre år, siger Kerbel.

Installationens enkelhed er det, der imponerer Sinnock mest. På få timer kan de få installeret apparaterne og finde ud af deres miljø og omgivelser, siger han. Pappas siger i mellemtiden, at han forventer, at der vil være meget mere interesse for denne type applikationer i de kommende år, og peger på en amerikansk økonomisk stimuluspakke, der kræver flere investeringer i energieffektivitet og smart-grid-teknologier. Meget af den store effekt og lavthængende frugt kommer fra at bruge denne tilgang, siger han.

skjule