Projekti / Programi
Optimizacija stroškov porabe energije za hladilno tehniko v nakupovalnih središčih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.01 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
Tehnologija vodenja sistemov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T125 |
Tehnološke vede |
Avtomatizacija, robotika, nadzorno inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
hladilni sistemi, nakupovelni centri, poraba energije, stroški energije, zmanjšanje stroškov energije, optimizacija stroškov energije, adaptivni sistemi vodenja, sistemi za upravljanje z energijo v realnem času
Raziskovalci (9)
Organizacije (2)
Povzetek
Varčevanje energije in pametno upravljanje z energijo je v zadnjem času zaradi povečanega zavedanja o omejenosti energijskih virov pridobilo na pomembnosti. Za grosistična podjetja predstavlja elektrika velik strošek, zato je učinkovito upravljanje z njo eden pomembnejših strateških ciljev. Rezultati raziskav so pokazali, da predstavlja poraba električne energije v nakupovalnih centrih 3 % celotne porabe električne energije na Švedskem, podobni rezultati veljajo tudi za Slovenijo. Razlog za visoko porabo električne energije v nakupovalnih centrih pa se nanaša ravno na hladilno tehniko, ki je z 3,5 odstotka največji porabnik električne energije v omenjenih zgradbah.
V okviru predlaganega projekta smo se odločili izvesti poglobljeno analizo za načrtovanje in izvedbo sistemov za avtomatsko upravljanje hladilne tehnike v velikih nakupovalnih centrih z namenom optimizacije porabe finančnih sredstev za električno energijo. Cilj projekta je torej zasnova in razvoj ključnih elementov centralno nadzornega sistema, ki bo zagotavljal popoln nadzor nad delovanjem posameznih hladilnih sistemov, poleg tega pa bo omogočal upravljanje obremenjenosti hladilnega agregata glede na temperaturo v hladilniku in v hladilnem tokokrogu. Centralno nadzorni sistem se ne bo nahajal ob samih hladilnih napravah, pač pa bomo vse hladilne naprave preko IP omrežja upravljali iz oddaljenega skupnega operaterskega mesta. Gre torej za operaterski pristop k upravljanju hladilne tehnike v nakupovalnih središčih.
Cilj uporabe centralno nadzornega sistema in operaterske rešitve je v optimizaciji porabe in stroškov porabe električne energije, kar bomo dosegli na dva načina:
- S časovnim razporejanjem procesov odtajevanja na posameznih hladilnih sistemih
- Z načrtovanjem regulacijskih algoritmov za optimalno vodenje hladilne tehnike
Hladilne naprave v nakupovalnih središčih navadno delujejo z konstantno močjo, razen v fazi odtajevanja ledu iz ekspanzijskega ventila. Med procesom odtaljevanja se hladilni agregat ugasne, dokler se ves led ne odtali. Hladilne naprave v nakupovalnih središčih se odtajujejo štiri do šestkrat dnevno, en cikel odtajevanja pa traja približno eno uro. Ker cena električne energije niha v odvisnosti od časa (dnevna nihanja do 30%) in tudi povpraševanja/ponudbe, bi bilo za posamezno hladilno napravo smiselno, da se proces odtajevanja dogaja v času, ko je energija dražja. S pomočjo načrtovanega centralno nadzornega sistema bomo lahko razporejali procese odtajevanja na posamezni hladilni napravi na čas, ko je elektrika najdražja.
Izračuni kažejo, da bi prihranek ocenjen v denarju, lahko znašal do okoli 10 %.V primeru, ko imamo več hladilnih naprav lahko procese odtajevanja na posameznih hladilnikih izvedemo tako, da se časovno med seboj ne prekrivajo in tako zmanjšamo največjo potrebno moč, oziroma največjo dnevno konico v porabi energije, kar lahko znatno vpliva na znižanje stroška za električno energijo enega ali več nakupovalnih središč. Z operaterskim pristopom bomo torej zagotovili »pametno« vklapljanje posameznih hladilnih agregatov glede na trenutno obremenjenost omrežja s ciljem doseganja čim nižjih konic. Ocena je, da bi tako lahko prihranili še 10 % stroškov za električno energijo. Za optimizacijo energetske porabe posameznega hladilnega sistema je potrebno razviti napredne regulacijske algoritme, temelječe na uporabi poenostavljenih modelov in vnaprej vgrajenega znanja o obnašanju sistema. Algoritmi morajo biti sposobni izvesti učinkovit prehod iz nižje v višjo porabo električne energije v času, ko se konča proces odtajevanja. Pri tem želimo relativno hiter odziv s čim manjšim prevzponom, saj slednji pogojuje največjo konico porabe, ki pa lahko zopet vpliva na ceno električne energije. Tako zastavljen problem vodenja je netrivialen ter zahteva najnovejše izsledke s področja prediktivnega vodenja.
Pomen za razvoj znanosti
Pomen rezultatov projekta za razvoj znanosti na področju optimizacije porabe energije in vodenja hladilne tehnike je večkraten. Najpomembnejši rezultat projekta je razvoj inovativne metode vodenja moči hladilne tehnike pri hkratnem upoštevanju omejitev za varno hrano (HACCP). Metoda temelji na principu vodenja ocenjene (ali merjene) notranje temperature hrane pri dodatnih omejitvah temperature zraka v hladilnih elementih. Na ta način lahko spreminjamo moč hladilne tehnike, pri tem pa upoštevamo vse predpisane temperaturne omejitve v sistemu. Glede na obstoječe metode vodenja ima razvita metoda prednost v večji fleksibilnosti krmilnih signalov in s tem v učinkovitejšem prilagajanju referenčnemu močnostnemu profilu. Drugi rezultat projekta je nov sistem za zmanjševanje tokovnih konic v nakupovalnih središčih. Le-ta temelji na zgoraj omenjeni inovativni metodi vodenja moči hladilne tehnike z modifikacijami, ki omogočajo občasno spreminjanje moči hladilnih elementov. Realizirali smo ustrezni regulacijski sistem, ki omogoča zelo hitro zmanjševanje tokovnih konic celotnega nakupovalnega centra na osnovi prilagajanja moči hladilnih elementov. Tretji pomemben rezultat projekta, ki je bil ključen za izvedbo zgoraj omenjenih rezultatov, je razvoj zaščite pred integralskim pobegom v kaskadni zasnovi sistema vodenja. Omejitve v sistemu, kjerkoli se pojavijo, imajo lahko negativne posledice na vseh nivojih vodenja sistema. Z ustrezno shemo za zaščito pred integralskim pobegom, ki neprekinjeno sega od zadnjega izvršnega elementa (ventila) do nadzornega regulatorja moči, nam omogoča stabilno delovanje sistema v vseh pogojih. Četrti rezultat projekta je razvit in na realnih podatkih identificiran in verificiran fizikalni model hladilnega sistema (vključno z modelom hrane). Model omogoča validacijo različnih optimizacijskih in regulacijskih pristopov. Peti rezultat projekta je razvit prototip oblačne platforme, ki uravnava porabo hladilne tehnike glede na predpisan scenarij (prilagajanje odjema ali zmanjševanje tokovnih konic). Tovrstna rešitev omogoča istočasen nadzor in vodenje večih fizično ločenih hladilnih sistemov.
Pomen za razvoj Slovenije
Pomen rezultatov projekta za razvoj Slovenije lahko povzamemo v naslednjih točkah: 1. Raziskave in rezultati projekta nakazujejo komercialno zanimivost področja. Pridobljene izkušnje in novi razviti pristopi vodenja hladilne tehnike predstavljajo osnovo za nadaljnjo iskanje ustreznega poslovnega modela. V tem kontekstu je bila v letu 2017 tudi oddana prijava na SME Instrument (H2020), v pripravi pa je tudi ustrezna zaščita intelektualne lastnine, ki bo zaobjemala v projektu razvito in validirano shemo vodenja hladilne tehnike. 2. Uporabljene rešitve bodo omogočale zmanjševanje tokovnih konic in s tem omogočale optimalnejšo dnevno prerazporeditev moči trgovskih centrov. S tem bodo znatno zmanjšane obremenitve elektroenergetskega sistema. Poleg tega bo prilagajanje in napovedovanje porabe omogočalo lažje vključevanje alternativnih virov energije (sonce, veter, bio masa, itd.) brez škodljivih posledic v energetski sistem Slovenije. 3. Nova znanja, ki smo jih pridobili na projektu bodo dvignila konkurenčnost in kompetentnost podjetij, ki so sodelovala na projektu, po drugi strani pa raziskovalnim organizacijam omogočila nadaljevanje raziskav na področju hladilne tehnike. Tako podjetjem, kot tudi raziskovalnim organizacijam bo tudi izboljšala njihovo kompetitivnost na mednarodnem nivoju. Oblačna platforma za uravnavo porabe hladilne tehnike je namreč zelo primerna za hitro širitev na tuje trge.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
