prof. dr hab. inż. Tadeusz Kuczyński dr inż. Piotr Ziembicki

Transkrypt

1 PROJEKT BADAWCZY Systemy energetyczne zintegrowane w ramach Smart Grid propozycje rozwiązań modelowych dla jednostek UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI prof. dr hab. inż. Tadeusz Kuczyński dr inż. Piotr

2 STAN ISTNIEJĄCY W chwili obecnej istnieje sztuczny i nieefektywny podział rynków energetycznych na sektory: rynek paliw, rynek energii elektrycznej, pozostała gospodarka energetyczna w tym ciepłownictwo. Niezwykle istotne jest nowe spojrzenie na efektywne energetycznie systemy produkcji i dostawy energii odejście od sektorowego spojrzenia na rynki energetyczne i podjęcie wyzwania optymalizacji produkcji i dostawy całej energii użytecznej dla odbiorcy, niezależnie od jej postaci. 2

3 CELE PROJEKTU BADAWCZEGO Stworzenie metodyki przekształcenia rozdzielonych systemów energetycznych istniejącej jednostki osadniczej w zintegrowany system energetyczny, optymalny z punktu widzenia produkcji, dystrybucji i zużycia energii. Integracja produkcja i dostawy wszystkich form energii do odbiorców za pośrednictwem inteligentnego oprogramowania, pracującego w oparciu o zbierane online dane telemetryczne z systemów energetycznych i budynków. Wdrożenie opracowanych rozwiązań w formie modelowego zintegrowanego systemu energetycznego w istniejących jednostkach. Monitoring i badania wdrożonego rozwiązania połączona z optymalizacją algorytmów sterowania i systemu decyzyjnego. Demonstracja. Edukacja. Badania psychologiczne, społeczne 3

4 SCHEMAT BADAŃ Realizację badań podzielono na trzy zadania badawcze analiza i zarządzanie popytem na energię w wybranej jednostce osadniczej, integracja obszarów technologicznych infrastruktury elektroenergetycznej i ciepłowniczej, zintegrowany system wspomagania decyzji oraz regulacji adaptacyjnej systemów energetycznych oparty na analizie danych pomiarowych w czasie rzeczywistym. Wybór badawczej jednostki osadniczej Analiza stanu istniejącego Badania, analizy, modelowanie, optymalizacja Wdrożenie Modelowa jednostka osadnicza Monitoring i badania wdrożonego zintegrowanego systemu energetycznego. Edukacja. Badania psychologiczne, społeczne 4

5 Analiza i zarządzanie popytem na energię w wybranej jednostce osadniczej opracowanie zagadnienia zarządzania popytem na energię w istniejących obiektach budowlanych w skali mikro (budynek) i makro (gmina, miasto, dzielnica), analiza zasobów budowlanych, określenie potencjału zmniejszenia zużycia energii pierwotnej na wytworzenie i dystrybucje ciepła oraz jej wpływu na pracę systemu ciepłowniczego, analiza bilansu energii elektrycznej i cieplnej, stworzenie i implementacja (na podstawie danych eksploatacyjnych pozyskanych z budynków) algorytmu prognoz zużycia energii elektrycznej i ciepła, pełna integrację i wymiana danych i wyników z aplikacją do wspomagania zarządzania zintegrowanym systemem energetycznym, co pozwoli na lepsze zarządzanie produkcją i dystrybucją wszelkich form energii. 5

6 Integracja obszarów technologicznych infrastruktury elektroenergetycznej i ciepłowniczej opracowanie technicznych aspektów integracji infrastruktury elektroenergetycznej i ciepłowniczej, analiza możliwości poprawy wykorzystania istniejącej infrastruktury energetycznej poprzez optymalizację układu źródeł energii (np. ich rozproszenie), poprawę technologii, układu i regulacji sieci ciepłowniczej, zmianę parametrów pracy systemów energetycznych, wykorzystanie dodatkowych źródeł energii, takich jak: mikro i minikogeneracja; trigeneracja gazowa, odnawialne źródła energii elektrycznej i cieplnej (wiatrowe, fotowoltaiczne, słoneczne, geotermalne itd.), współspalanie osadów z gospodarki ściekowej, ciepło odzyskiwane ze ścieków gospodarczo-bytowych. 6

7 Integracja obszarów technologicznych infrastruktury elektroenergetycznej i ciepłowniczej (c.d.) opracowanie optymalnego sposobu pozyskiwania i gromadzenia energii odnawialnej na potrzeby grzewcze i chłodnicze poprzez określenie zasobów energii odnawialnej możliwej do pozyskania, po racjonalnych kosztach, w warunkach zabudowy miejskiej oraz analizę i wybór optymalnej technologii, analiza styku systemu elektroenergetycznego i ciepłowniczego, np. przy wykorzystaniu kogeneracji czy konwersji nadmiarowej energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych na inne formy przykład: wykorzystanie ciepła w silnikach Stirlinga do produkcji energii elektrycznej czy energii elektrycznej z ogniw fotowoltaicznych do podgrzewu ciepłej wody użytkowej). 7

8 Integracja obszarów technologicznych infrastruktury elektroenergetycznej i ciepłowniczej (c.d.) określenie optymalnych parametrów pracy agregatów mikro i minikogeneracyjnych pracujących na potrzeby grzewcze, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz wentylacji i technologii, opracowanie optymalnej technologii gromadzenia i przechowywania ciepła, zdefiniowanie metodyki i algorytmu doboru pojemności zasobników ciepła, określenie parametrów gromadzonego czynnika (różne rozwiązania np. centralne zasobniki zewnętrzne, np. w odwiertach, czy lokalne niewielkie zasobniki zlokalizowane blisko źródeł ciepła), zasobniki ciepła wykorzystujące materiały zmiennofazowe (PCM), możliwości wykorzystania sieci ciepłowniczej jako bufora ciepła (wykorzystanie pojemności cieplnej nośnika krążącego w sieci), 8

9 Integracja obszarów technologicznych infrastruktury elektroenergetycznej i ciepłowniczej (c.d.) stworzenie oprogramowania komputerowego przeznaczonego do symulacji współpracy systemu ciepłowniczego z zasobnikiem lub zasobnikami ciepła. opracowanie możliwości wykorzystania ciepła nadmiarowego (np. nie wykorzystanego w budynku, pochodzącego z mikrokogeneracji w okresach letnich, czy produkowanego w układach pozyskiwania energii odnawialnej) do zasilania systemu ciepłowniczego, w szczególności: rozwiązanie problemu różnicy w parametrach czynnika sieciowego i czynnika w instalacjach, opracowanie algorytmu regulacji pracy sieci zasilanej ciepłem nadmiarowym, w szczególności regulacji pracy scentralizowanego źródła ciepła, analiza możliwości wydzielania w ramach systemu ciepłowniczego fragmentów sieci w celu zmiany parametrów pracy dla wykorzystania ciepła nadmiarowego, 9

10 Zintegrowany system wspomagania decyzji oraz regulacji adaptacyjnej systemów energetycznych opartej na analizie w czasie rzeczywistym danych pomiarowych opracowanie systemu zbierania danych online z podstawowych elementów zintegrowanych systemów energetycznych, stworzenie oprogramowania opartego na silnych algorytmach analitycznych i wspieranego metodami sztucznej inteligencji, pozwalającego na analizę w czasie rzeczywistym zbieranych danych pomiarowych oraz wspomaganie na tej podstawie zarządzania zintegrowanymi systemami energetycznymi, implementacja modułów przeznaczonych do integracji z urządzeniami automatyki regulacyjnej i sterującej zlokalizowanymi w sieci elektroenergetycznej i ciepłowniczej, a także w źródłach energii zarówno centralnym jak i rozproszonych. 10

11 Zintegrowany system wspomagania decyzji oraz regulacji adaptacyjnej systemów energetycznych opartej na analizie w czasie rzeczywistym danych pomiarowych rozpoznanie stanu prawnego oraz zaproponowanie rozwiązań prawnych i organizacyjnych definiujących możliwości współdzielenia zasobów informatycznych oraz danych pochodzących z systemów energetycznych i odbiorców energii i służących optymalizacji oraz integracji systemów energetycznych w ramach Smart Grid, zdefiniowanie optymalnych sposobów integracji rozproszonych źródeł mikro i minikogeneracyjnych z siecią ciepłowniczą i elektroenergetyczną. 11

12 Zintegrowany system wspomagania decyzji oraz regulacji adaptacyjnej systemów energetycznych opartej na analizie w czasie rzeczywistym danych pomiarowych zaproponowanie inteligentnej i zintegrowanej infrastruktury pomiarowej dla różnych nośników i postaci energii, a także określenie reguł i założeń inteligentnego zintegrowanego systemu energetycznego z uwzględnieniem wszystkich jego elementów, tzn.: systemów BMS budynków, gromadzących i analizujących dane o zużyciu energii w poszczególnych obiektach, źródeł ciepła (zarówno scentralizowanych jak i grupowych oraz lokalnych), agregatów mikrokogeneracyjnych, systemów pozyskiwania energii odnawialnej, zasobnika lub zasobników ciepła. 12

13 Zintegrowany system wspomagania decyzji oraz regulacji adaptacyjnej systemów energetycznych opartej na analizie w czasie rzeczywistym danych pomiarowych opracowanie optymalnej infrastruktury informatycznej obejmującej sieci teleinformatyczne niezbędne do przesyłania danych pomiarowych oraz sygnałów sterujących, zasoby sprzętowe serwery, aktywne urządzenia sieciowe, systemy zabezpieczające przed nieautoryzowanym dostępem, systemy backupowe oraz redundacja przetwarzania i przechowywania danych, których zbudowanie oraz wdrożenie i skonfigurowanie będzie niezbędne do prawidłowego funkcjonowania systemów energetycznych zintegrowanych w ramach Smart Grid. 13

14 WDROŻENIE WYNIKÓW BADAŃ Kluczowym elementem projektu badawczego będzie wdrożenie wyników (budyowa zintegrowanego systemu energetycznego) w wybranych jednostkach. Zbudowane i wdrożone będą wszystkie elementy badane w czasie projektu. Efektem prac wdrożeniowych będzie działający zintegrowany system energetyczny (ciepłowniczy z elektroenergetycznym) z wbudowanymi buforami ciepła, źródłami energii odnawialnej na potrzeby produkcji energii elektrycznej i ciepła oraz agregatami mikrokogeneracyjnymi. Wdrożone rozwiązania powinny być zintegrowane przy pomocy automatyki regulacyjnej pracującej w ramach systemu ciepłowniczego, budynków oraz sieci energetycznej. 14

15 SYSTEM DORADZTWA ENERGETYCZNEGO System będzie oparty na nowoczesnym oprogramowaniu integrującym bazy danych oraz aplikacje komputerowe w ramach jednego, kompleksowego serwisu internetowego. Celem systemu będzie opracowanie, na podstawie wyników poszczególnych zadań badawczych, zestawu spójnych wyników, narzędzi komputerowych i wytycznych pozwalających na korzystanie z efektów prac badawczych poprzez inżynierów, projektantów, inwestorów, deweloperów, a także osoby decydujące o prowadzeniu polityki energetycznej na poziomie gmin czy miast. zapoznanie społeczeństwa z korzyściami płynącymi z optymalizacji gospodarki energetycznej jednostek urbanistycznych, poprawa świadomości mieszkańców, oraz zwiększaniem możliwości przeprowadzania przedsięwzięć w tym zakresie, edukacja społeczna odbiorców, producentów i dystrybutorów energii, 15

16 SYSTEM DORADZTWA ENERGETYCZNEGO System będzie oparty na nowoczesnym oprogramowaniu integrującym bazy danych oraz aplikacje komputerowe w ramach jednego, kompleksowego serwisu internetowego. Celem systemu będzie opracowanie i przeprowadzenie kampanii promującej wyniki badań, a także przygotowanie spójnego systemu prezentacji efektów prac badawczych, przygotowanie, udostępnienie i promocja materiałów szkoleniowych i promujących rozwiązania, opracowanie i udostępnienie systemu pozwalającego na zbieranie i analizę uwag, sugestii i propozycji użytkowników systemów energetycznych, a także wyników badań psychologicznych i socjologicznych związanych z ich implementacją 16

17 ZAKOŃCZENIE Dziękuję za uwagę! 17