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Gestire l'energia con Swarm Logic
Le unità di condizionamento dell'aria e i sistemi di riscaldamento sono esempi di apparecchiature assetate di energia che si accendono e si spengono regolarmente negli edifici commerciali. Quando questi dispositivi vengono accesi tutti contemporaneamente, il consumo di energia aumenta e i proprietari di un edificio vengono lasciati con pesanti addebiti per la domanda di picco sulle bollette elettriche.
Interruttore intelligente: Il controller mostrato qui potrebbe migliorare l'efficienza energetica degli elettrodomestici degli edifici. I dispositivi comunicano in modalità wireless e utilizzano algoritmi a sciame per decidere in modo collaborativo come gestire il consumo di energia.
Una startup con sede a Toronto afferma di aver trovato un modo per ridurre il consumo di energia imitando il comportamento auto-organizzato delle api. ENERGIA PIOGGIA ha sviluppato un controller wireless che si collega alla scatola di controllo su un'attrezzatura dell'edificio e funziona come un interruttore di alimentazione intelligente. Una volta che più controller sono stati attivati, si rilevano a vicenda utilizzando uno standard di rete chiamato ZigBee e iniziano a negoziare i tempi migliori per accendere e spegnere le apparecchiature. I dispositivi apprendono i cicli di alimentazione di ciascun apparecchio e li riconfigurano per massimizzare l'efficienza collettiva.
L'obiettivo è evitare che tutto accada contemporaneamente senza sacrificare le prestazioni individuali. I dispositivi affrontano questo problema utilizzando un algoritmo a sciame che coordina l'attività senza che un singolo dispositivo emetta ordini.
Ogni nodo pensa da solo, afferma Mark Kerbel, cofondatore e amministratore delegato di REGEN Energy, che ha inventato l'algoritmo proprietario incorporato in ogni dispositivo. Prima di prendere una decisione, spiega, un nodo prenderà in considerazione le circostanze degli altri nodi della sua rete. Ad esempio, se un frigorifero deve accendersi per mantenere una temperatura minima, un nodo collegato a una ventola oa una pompa rimarrà spento per altri 15 minuti per mantenere il consumo di energia al di sotto di una certa soglia. I dispositivi devono soddisfare il vincolo locale ma allo stesso tempo soddisfare l'obiettivo del sistema, afferma Kerbel, aggiungendo che un edificio tipico potrebbe avere tra 10 e 40 controller che lavorano insieme in un singolo alveare. I dispositivi sono semplici e veloci da installare e, poiché non c'è intervento umano, non richiedono una formazione speciale per essere utilizzati.
È un drammatico allontanamento dal modello di comando dall'alto verso il basso associato agli attuali sistemi di automazione degli edifici. Alcuni ricercatori affermano che l'approccio decentralizzato alla gestione dell'energia offre un modo più economico ed efficace per gestire la domanda e l'offerta in un sistema elettrico delicatamente bilanciato. In effetti, alcuni credono che potrebbe essere una prima ricetta per una smart grid emergente.
Stai vedendo molto più interesse per questo su una scala modesta, dice David Chassin , uno scienziato del gruppo di tecnologia energetica del Pacific Northwest National Laboratory, che sta dirigendo il GridWise iniziativa smart grid.
I vantaggi potrebbero estendersi oltre il risparmio di elettricità per i proprietari di edifici. Il sistema elettrico odierno è progettato per i picchi di consumo, il che significa che le centrali elettriche sono costruite per soddisfare quei pochi minuti di ogni giorno in cui la domanda di energia sale ben al di sopra della media giornaliera. Riducendo la domanda di picco su larga scala, le utility possono massimizzare il funzionamento delle centrali elettriche esistenti riducendo la necessità di costruire nuovi impianti per un uso occasionale. Un altro potenziale vantaggio è la riduzione delle emissioni di carbonio, poiché le centrali elettriche che forniscono elettricità di punta tendono ad essere meno efficienti e alimentate da carbone e gas naturale.
George Pappas , professore di ingegneria elettrica e dei sistemi presso l'Università della Pennsylvania ed esperto di sistemi di controllo distribuiti, afferma che la logica a sciame è una scelta naturale per le applicazioni energetiche. REGEN è all'avanguardia su questo, afferma Pappas.
Il funzionamento all'interno di un edificio è una cosa, ma meno certo è se ci si può fidare della logica dello sciame per gestire la rete stessa. Chassin afferma che la comunità ingegneristica è comprensibilmente diffidente nei confronti dei sistemi di controllo decentralizzati o emergenti per la rete perché, sebbene funzionino notevolmente bene in determinate applicazioni, l'approccio non è ben testato.
Kerbel ha avuto per la prima volta l'idea di utilizzare un algoritmo swarm per gestire il consumo energetico nel 2005. Ci è stato gentilmente detto che questo stile di controllo non è pronto e richiede molta più ricerca accademica, dice. È difficile pensare al di fuori della scatola di comando e controllo e consentire questo atto di fede, ovvero abbandonare le capacità decisionali ai singoli nodi del collettivo.
È un pregiudizio che Sinnock alle erbe , manager del Centennial Energy Institute, a Toronto, ammette di avere. Dice che gli ingegneri in genere desiderano un feedback costante in modo da poter misurare il funzionamento del sistema e apportare perfezionamenti. La tecnologia di REGEN fa a meno di tutto ciò, ma osserva che la sua applicazione consentirà alcuni errori. Non è che stanno posizionando barre di controllo nel nocciolo di un reattore nucleare. Stiamo parlando di influenzare la temperatura in una stanza di mezzo grado, quindi c'è spazio per gli errori, dice Sinnock.
L'istituto di Sinnock ha collaborato con REGEN per valutare le prestazioni dei suoi dispositivi sul campo. I test hanno finora dimostrato che i proprietari di edifici - di ospedali, hotel, centri commerciali, fabbriche e altre grandi strutture - potrebbero risparmiare fino al 30 percento sui costi di picco della domanda. Questi risparmi, sostiene REGEN, coprono più che il costo del noleggio dei dispositivi, che è un'opzione per i principali consumatori di elettricità riluttanti ad acquistare la tecnologia in anticipo. Se i dispositivi vengono acquistati, il rimborso è inferiore a tre anni, afferma Kerbel.
La semplicità dell'installazione è ciò che colpisce di più Sinnock. In poche ore, possono installare i dispositivi e capire il loro ambiente e dintorni, dice. Pappas, nel frattempo, afferma che si aspetta che ci sarà molto più interesse per questo tipo di applicazione nei prossimi anni, indicando un pacchetto di stimoli economici degli Stati Uniti che richiede maggiori investimenti nell'efficienza energetica e nelle tecnologie delle reti intelligenti. Molto del grande impatto e dei frutti a basso impatto proverrà dall'utilizzo di questo approccio, afferma.