Ondřej Novák Katedra řídicí techniky FEL ČVUT

1. Řízení spotřeby domácností s ohledem na bezpečnou integraci OZE Koncept řídicího systému a představení pilotního projektu Ondřej NovákKatedra řídicí techniky FEL ČVUT České vysoké učení technické v Praze Ondřej Novák, ČVUT ondrej.novak@fel.cvut.cz Projekt BIOZE

2. Projekt BIOZE • Společný projekt FAV ZČU, FEL ČVUT, FEL ZČU, Pontech s.r.o. a Cygni spol. s r.o. • Grant TAČR projekt AlfaTA01020865 • Dílčí projekt: řízení spotřeby s ohledem na integraci OZE Projekt BIOZE

3. Skupina řízení energetických systémů • Výzkumná skupina při Katedře řídicí techniky Elektrotechnické fakulty ČVUT zabývající se modelováním, simulacemi a optimalizacemi v energetice • Spoluřešitel projektu BIOZE • Od roku 2005 spoluřešitel projektu SESyS – Spolehlivost a ekonomika systémových služeb pro ČEPS, a.s. • Modelování dispečerského řízení v přenosové soustavě • Simulační optimalizace regulačních rozsahů podpůrných služeb • rutinní nasazení jako analytický nástroj pro přípravu podkladů k roční přípravě provozu přenosové soustavy Projekt BIOZE

4. Řízení spotřeby • Cíl: minimalizace negativních dopadů instalovaných OZE (FVE) na DS • Přetok do DS • Přepětí v síti • Idea: spotřebovat energii v místě, kde se vyrobila • Akumulace výroby FVE do bojlerů v domácnostech Projekt BIOZE

5. Výkonová bilance trafostanice 100 50 Výkon [kW] 0 -50 Bilance po optimalizaci Původní bilance -100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Dny Importovaná a exportovaná energie Maximální import a export 800 100 import 80 600 60 400 40 20 200 Energie [kWh] Výkon [kW] 0 0 -20 -40 -200 -60 -400 -80 -100 -600 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Dny Dny Cíle řízení spotřeby export Bez řízení spotřeby S řízením spotřeby ProjektBIOZE

6. Princip řídicího algoritmu Predikce neovládané spotřeby Predikce neovládané spotřeby Predikce neovládané výroby • 2. fáze: Dodržení vypočtené reference z 1.fáze • Optimalizace spínání jednotlivých bojlerů • Výpočet každých 5 minut • Optimalizační omezení: • Kapacita bojlerů (dostatek teplé vody) • Omezení spínání bojlerů (zamezení nadměrnému opotřebení) Predikce neovládanévýroby Optimalizátor Ovládanáspotřeba + - + Výsledná bilance Dvoufázový výpočet časů spínání bojlerů: • 1. fáze: Minimalizace toků výkonu z a do oblasti (= maximalizace využití lokálně vyrobené energie) • Podle predikované výroby a spotřeby v řízené oblasti na 12 hodin • Výsledek: referenční výkonová bilance oblasti na následujících 12hodin ProjektBIOZE

7. Princip řídicího algoritmu Predikce neovládané spotřeby Neovládanáspotřeba Neovládanávýroba • 2. fáze: Dodržení vypočtené reference z 1.fáze • Optimalizace spínání jednotlivých bojlerů • Výpočet každých 5 minut • Optimalizační omezení: • Kapacita bojlerů (dostatek teplé vody) • Omezení spínání bojlerů (zamezení nadměrnému opotřebení) Predikce neovládanévýroby Optimalizátor Ovládanáspotřeba + - + Výsledná bilance Dvoufázový výpočet časů spínání bojlerů: • 1. fáze: Minimalizace toků výkonu z a do oblasti (= maximalizace využití lokálně vyrobené energie) • Podle predikované výroby a spotřeby v řízené oblasti • Výsledek: referenční výkonová bilance oblasti na následujících 12h ProjektBIOZE

8. Implementace řídicího algoritmus měřením výkonové bilance na DTS „DD“ FVE TDD Meteodata předpověď oblačnosti (t : t + TP) bilance neovládané spotřeby (t) Predikce neovládané výroby (FVE) a spotřeby Neovládaná výroba a spotřeba typická výroba FVE (t : t + TP) denní diagram spotřeby (t : t + TP) Ovládaná spotřeba Měření výkonového toku DTS Optimalizátor příkon ovládané spotřeby (t) příkazy pro ovládání bojlerů (t) predikce průběhu výroby FVE (t : t + TP) saldo výkonu DTS (t) predikce průběhu spotřeby (t : t + TP) měření předávaná data TP– predikční horizont výpočtu = 12 hodin ProjektBIOZE

9. Implementace řídicího algoritmus modelovanou výkonovou bilancí DTS (bez on-line měření bilance) „DD“ FVE TDD Meteodata denní diagramy spotřeby(t) a typická výroba FVE (t) korigované podle aktuálního počasí předpověď oblačnosti (t : t + TP) TDD „DD“ FVE Predikce neovládané výroby (FVE) a spotřeby typická výroba FVE (t : t + TP) denní diagram spotřeby (t : t + TP) Ovládaná spotřeba LoadFlow model sítě Optimalizátor změřený příkon a napětí v místech ovládání spotřeby (t) příkazy pro ovládání bojlerů (t) predikce průběhu výroby FVE (t : t + TP) saldo výkonu DTS (t) predikce průběhu spotřeby (t : t + TP) TP– predikční horizont výpočtu = 12 hodin ProjektBIOZE

10. Pilotní projekt Horušany • Horušany (Plzeňský kraj) • malá obec připojená k DS jednou napájecí TS (250kVA) • instalované zdroje FVE 120 kWp • problémy se s dodržováním napěťových limitů • „exportní saldo“ obce Projekt BIOZE

11. Simulační výsledky řízení • Prováděna za předpokladu možnosti řízení všech bojlerů v oblasti (40 domácností) • Prováděna pro období duben-květen 2011 (dostupná měření toku výkonu na DTS) • Spotřeba vody v domácnostech simulována na základě dat z projektu IEA ECBS – nemáme k dispozici měření spotřeby TUV • Simulace podle měřené bilanci na DTS Projekt BIOZE

12. Simulační výsledky řízení • Simulovány 3 scénáře demonstrující vliv informace o stavu bojleru (množství teplé vody): • Scénář 1: • bojlery bez měření množství teplé vody • objem teplé vody nesmí klesnout pod 45% celkové kapacity • nutno zajistit alespoň 1x denně nahřátí na 100% kapacity (pro synchronizaci odhadu stavu a skutečného stavu bojleru) • Scénář 2: • bojlery vybaveny senzorem detekujícím vybití na 25% kapacity teplé vody • objem teplé vody nesmí klesnout pod 20%celkové kapacity • Scénář 3: • bojlery vybaveny senzorem detekujícím stav, kdy je objem teplé vody menší než 25%, nebo větší než 75% celkové kapacity • objem teplé vody nesmí klesnout pod 20 % celkové kapacity Projekt BIOZE

13. Simulace řízení - výsledky ProjektBIOZE

14. Simulace řízení – detail 24h, scénář 1 • EMAX= 65 kWh (maximální import) • EMIN= -84 kWh (maximální export) • SE+ = 608 kWh (celková spotřeba) • SE- = -503 kWh (celková výroba) • EMAX = 58 kWh • EMIN = -56 kWh • SE+ = 496 kWh • SE- = -418 kWh ProjektBIOZE

15. Výkon na trafostanici řízení bojlerů 50 bez řízení bojlerů 0 Výkony [kW] -50 -100 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Čas Výsledky řízení spotřeby v reálném provozu • K řízení k dispozici 6 bojlerů ~ 13kW ProjektBIOZE

16. Výsledky řízení spotřeby v reálném provozu • Detail vlivu řízení spotřeby na výkonovou bilanci DTS • Sepnutí 13 kW na 15 minut ProjektBIOZE

17. Shrnutí • navržený algoritmus umí potlačit až na polovinu exportní charakter oblasti • řešení nabízí lepší využití přenosových kapacit DS • zlepšení kvality dodávky (stabilizace napětí) • možné úspory investic do posilování sítě ProjektBIOZE

18. Další vývoj • Implementace optimalizátoru jako embedded systém (na ARM architektuře) • Vývoj algoritmů pro odhad spotřeby TUV z příkonu bojleru • Rozšíření pilotního projektu o měření spotřeby vody (přinese zpřesnění řízení provozu bojlerů) • Extrapolace řídicího schématu pro regulace na VN úrovni • optimalizace provozu VN oblasti generující žádané hodnoty výkonu pro regulaci na NN úrovni • decentralizovaná kooperace mezi více NN oblastmi ProjektBIOZE