Odsek za sisteme in vodenje

Inštitut Jožef Stefan

Optimizacija stroškov porabe energije za hladilno tehniko v nakupovalnih središčih

Vodja projekta:

doc. dr. Damir Vrančić

Trajanje:

1.8.2013 - 31.7.2016

Financiranje:

ARRS - Agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije, L2-5476 (C), s sofinanciranjem Entia d.o.o.

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 s 3,5 odstotka največji porabnik električne energije v omenjenih zgradbah.

V okviru projekta bomo izvedli 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 s 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.