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Energiemanagement mit Swarm Logic
Klimaanlagen und Heizungen sind Beispiele für stromhungrige Geräte, die sich in Gewerbegebäuden regelmäßig ein- und ausschalten. Wenn diese Geräte alle gleichzeitig eingeschaltet werden, steigt der Stromverbrauch in die Höhe und die Eigentümer eines Gebäudes müssen hohe Lastspitzen auf ihrer Stromrechnung bezahlen.
Intelligenter Schalter: Der hier gezeigte Regler könnte die Energieeffizienz von Hausgeräten verbessern. Die Geräte kommunizieren drahtlos und verwenden Schwarmalgorithmen, um gemeinsam zu entscheiden, wie der Stromverbrauch verwaltet wird.
Ein Startup mit Sitz in Toronto sagt, dass es einen Weg gefunden hat, den Energieverbrauch zu reduzieren, indem es das selbstorganisierende Verhalten von Bienen nachahmt. REGEN Energy hat einen drahtlosen Controller entwickelt, der sich mit der Steuerbox einer Gebäudeausrüstung verbindet und als intelligenter Netzschalter fungiert. Sobald mehrere Controller aktiviert wurden, erkennen sie sich gegenseitig mithilfe eines Netzwerkstandards namens ZigBee und beginnen, die besten Zeiten für das Ein- und Ausschalten von Geräten auszuhandeln. Die Geräte lernen die Stromzyklen jedes Geräts und konfigurieren sie neu, um die kollektive Effizienz zu maximieren.
Ziel ist es, zu vermeiden, dass alles gleichzeitig passiert, ohne die individuelle Leistung zu beeinträchtigen. Die Geräte lösen dieses Problem mit einem Schwarmalgorithmus, der die Aktivität koordiniert, ohne dass ein einzelnes Gerät Befehle ausgibt.
Jeder Knoten denkt für sich selbst, sagt Mark Kerbel, Mitbegründer und CEO von REGEN Energy, das den proprietären Algorithmus erfunden hat, der in jedes Gerät eingebettet ist. Bevor er eine Entscheidung trifft, erklärt er, werde ein Knoten die Umstände anderer Knoten in seinem Netzwerk berücksichtigen. Wenn beispielsweise ein Kühlschrank eingeschaltet werden muss, um eine Mindesttemperatur aufrechtzuerhalten, bleibt ein mit einem Lüfter oder einer Pumpe verbundener Knoten für weitere 15 Minuten ausgeschaltet, um den Stromverbrauch unter einem bestimmten Schwellenwert zu halten. Die Geräte müssen die lokale Beschränkung erfüllen, aber gleichzeitig das Systemziel erfüllen, sagt Kerbel und fügt hinzu, dass ein typisches Gebäude zwischen 10 und 40 Controllern haben kann, die in einem einzigen Bienenstock zusammenarbeiten. Die Geräte sind einfach und schnell zu installieren und erfordern keine spezielle Schulung, da kein menschlicher Eingriff stattfindet.
Es ist eine dramatische Abkehr vom Top-Down-Befehlsmodell, das mit aktuellen Gebäudeautomationssystemen verbunden ist. Einige Forscher sagen, dass der dezentrale Ansatz des Energiemanagements eine kostengünstigere und effektivere Möglichkeit bietet, Angebot und Nachfrage in einem fein ausbalancierten Stromsystem zu steuern. Einige glauben sogar, dass dies ein frühes Rezept für ein aufkommendes Smart Grid sein könnte.
Sie sehen in bescheidenem Umfang viel mehr Interesse daran, sagt David Chassin , ein Wissenschaftler der Energietechnologie-Gruppe des Pacific Northwest National Laboratory, die den GridWise Smart-Grid-Initiative.
Die Vorteile könnten über Stromeinsparungen für Gebäudeeigentümer hinausgehen. Das heutige Stromsystem ist auf Spitzenverbrauch ausgelegt, was bedeutet, dass Kraftwerke gebaut werden, um die wenigen Minuten des Tages zu decken, in denen der Strombedarf weit über den Tagesdurchschnitt steigt. Durch die Reduzierung der Spitzennachfrage in großem Maßstab können Versorgungsunternehmen den Betrieb bestehender Kraftwerke maximieren und gleichzeitig den Bedarf für den Bau neuer Kraftwerke für den gelegentlichen Einsatz reduzieren. Ein weiterer potenzieller Vorteil sind reduzierte CO2-Emissionen, da Kraftwerke, die Spitzenstrom liefern, in der Regel weniger effizient sind und mit Kohle und Erdgas betrieben werden.
George Pappas , Professor für Elektro- und Systemtechnik an der University of Pennsylvania und Experte für verteilte Steuerungssysteme, sagt, dass Schwarmlogik eine natürliche Lösung für Energieanwendungen ist. Hier sei REGEN ganz vorne mit dabei, sagt Pappas.
Der Betrieb innerhalb eines Gebäudes ist eine Sache, weniger sicher ist jedoch, ob man der Schwarmlogik vertrauen kann, das Netz selbst zu verwalten. Chassin sagt, dass die Ingenieursgemeinschaft dezentralen oder neu entstehenden Steuerungssystemen für das Netz verständlicherweise misstrauisch ist, da sie in bestimmten Anwendungen zwar bemerkenswert gut funktionieren, der Ansatz jedoch nicht gut getestet ist.
Kerbel hatte 2005 erstmals die Idee, den Stromverbrauch mithilfe eines Schwarmalgorithmus zu steuern. Uns wurde höflich gesagt, dass diese Art der Steuerung einfach noch nicht fertig ist und viel mehr akademische Forschung erfordert, sagt er. Es ist schwierig, außerhalb der Befehls- und Kontrollbox zu denken und diesen Vertrauensvorschuss zuzulassen – das heißt, Entscheidungskompetenzen an einzelne Knoten des Kollektivs abzugeben.
Es ist eine Voreingenommenheit, dass Kräuter-Sinnock , Manager des Centennial Energy Institute in Toronto, gibt zu. Er sagt, dass Ingenieure normalerweise ständiges Feedback wünschen, damit sie den Systembetrieb messen und Verfeinerungen vornehmen können. Die Technologie von REGEN verzichtet auf all das, weist aber darauf hin, dass die Anwendung einige Fehler zulässt. Es ist nicht so, als würden sie Steuerstäbe in einem Kernreaktor positionieren. Wir sprechen davon, die Temperatur in einem Raum um ein halbes Grad zu beeinflussen, also gibt es Raum für Fehler, sagt Sinnock.
Das Institut von Sinnock arbeitet mit REGEN zusammen, um die Leistung seiner Geräte im Feld zu bewerten. Tests haben bisher gezeigt, dass Gebäudebesitzer – von Krankenhäusern, Hotels, Einkaufszentren, Fabriken und anderen großen Einrichtungen – bis zu 30 Prozent ihrer Spitzenlasten einsparen können. Diese Einsparungen, so REGEN, decken die Kosten für die Miete der Geräte mehr als ab, eine Option für große Stromverbraucher, die die Technologie nur ungern im Voraus kaufen. Werden die Geräte gekauft, beträgt die Amortisation weniger als drei Jahre, sagt Kerbel.
Die Einfachheit der Installation beeindruckt Sinnock am meisten. In wenigen Stunden können sie die Geräte installieren und ihre Umgebung und Umgebung herausfinden, sagt er. Pappas rechnet in den kommenden Jahren mit einem deutlich stärkeren Interesse an dieser Art von Anwendung und verweist auf ein US-Konjunkturpaket, das mehr Investitionen in Energieeffizienz und Smart-Grid-Technologien fordert. Viele der großen Auswirkungen und die tief hängenden Früchte werden durch diesen Ansatz erzielt, sagt er.