new5 free

بهينه‌سازي مصرف انرژي در خانه‌هاي هوشمند

59.000تومان

توضیحات

دانشكده مهندسی صنايع

بهينه‌سازي مصرف انرژي در خانه‌هاي هوشمند با استفاده از رويكرد برنامه‌ريزي رياضي

پايان‌نامه براي دريافت درجه کارشناسی ارشد
در رشته مهندسی صنايع گرايش سيستم‌هاي اقتصادي اجتماعي

چکیده

امروزه مديريت مصرف انرژي در كانون توجه دولتمردان در سراسر جهان قرار گرفته است. مصرف بالاي انرژي در ساختمان‌هاي مسكوني يكي از عمده‌ترين دلايل مصرف بي‌رويه انرژي است كه هزينه‌هاي بالايي را در بلندمدت براي مصرف‌كنندگان و نيز در سطح ملي به دنبال دارد. از اينرو در اين پژوهش سعي شده است كه با اصلاح الگوي مصرف و ارائه يك برنامه پيشنهادي، مصرف‌كننده بتواند ضمن حفظ رفاه خود از تاثيرات مثبت اقتصادي نيز بهره ببرد.
در اين پژوهش ابتدا پيشينه‌اي از بهينه‌سازي مصرف انرژي در مقالات و تحقيقات موجود ارائه و سپس يك مدلسازي از دستگاه‌هاي خانگي مطرح شده است. در ادامه اين پژوهش، در يك مطالعه موردي، فهرستي از دستگاه‌هاي مورد استفاده توسط يك مصرف‌كننده داوطلب دريافت شده و مدل براي آن به اجرا درآمده است. سه سناريوي مختلف به عنوان اهداف اين پژوهش بررسي و با هم مقايسه شده اند. اين سه سناريو شامل موارد زير است:
• سناريوي 1: مي‌نيمم‌سازي پيك انرژي مصرفي (مديريت اضافه‌بار)
• سناريوي 2: مي‌نيمم‌سازي هزينه انرژي مصرفي
• سناريوي 3: تلفيق سناريوهاي 1و2
بررسي همزمان هر دو سناريوي 1و2 در سناريوي 3، اين پژوهش را از ساير پژوهش‌هاي مرتبط متمايز مي‌كند، زيرا در كارهاي مرتبط پيشين معمولا يكي از اهداف مورد بررسي در سناريوهاي 1 و 2، مورد بحث قرار گرفته‌اند. در پايان اين پژوهش سعي شده است با بررسي نمودارهاي توزيع انرژي دستگاه‌هاي خانگي و مقايسه سناريوهاي مطرح شده، بهترين برنامه زمان‌بندي براي بارها ارائه شود كه بطور همزمان هم پيك انرژي مصرفي را مي‌نيمم كند و هم به مي‌نيمم‌سازي هزينه برق مصرفي منجر شود.

واژه های کلیدی: مديريت مصرف انرژي، بهينه‌سازی مصرف انرژي، خانه‌هاي هوشمند، اتوماسيون ساختمان

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل1مقدمه 7
1-1.مقدمه 8
1-2.ساختمانهوشمندچيست؟ 8
1-2-1. سيستم‌هايمديريتواتوماسيونساختمان 9
1-2-2. تعاملبينساكنانوساختمانهوشمند 9
1-2-3. سيستم‌هايمدرنمديرتساختمان 10
1-3.نگاهاينپژوهش 10
1-3-1. شبكههوشمند 11
1-3-2. تكنيكپاسخبهتقاضا (DR) 12
1-3-3. انواعبرنامه‌هايپاسخبهتقاضا (DR) 12
1-3-4. تعاملبينمصرف‌كنندهوبرنامه‌هايپاسخبهتقاضا (DR) 13
1-3-5. مقايساتیبيناينپژوهشوپژوهش‌هايانجامشده 14
1-4.فصل‌بندي 16
فصل2مروريبرمنابعمطالعاتي 18
2-1.مقدمه 19
2-2.مسألهتغييرزمانبار 19
2-2-1. سيستممديريتمصرفانرژيدرخانه‌هايمسكوني 20
2-2-1-1. ارائهمسألهبرنامه‌ريزي 21
2-2-1-2. استخراجاطلاعاتبارهايخانگي 21
2-3.رويكرديازتغييرزمانبارها 22
2-3-1. اعمالفرضياتگوناگون 23
2-4.مديريتطرفتقاضا (DSM) 23
2-5.رويكردDSMدراينپژوهش 24
2-6.بررسيتفصيلياولينپژوهشمرتبط 25
2-6-1. چارچوبمدل 25
2-6-1-1. فازهايكاري 26
2-6-1-2. مقايسهپژوهشموردمطالعهبااينپژوهش 26
2-6-2. فرمول‌بنديمدل 26
2-6-3. انتقاداتيبرپژوهشموردمطالعه 29
2-7.بررسيتفصيليدومينپژوهشمرتبط 30
2-7-1. سناريوي 1: مديريتاضافه‌باردرحوزهخانه 30
2-7-2. سناريوي 2: بهينه‌سازيصرفه‌جويياقتصادي 30
2-7-3. سناريوي3: مديريتطرفتقاضا (DSM) 31
2-7-4. چارچوبمدل 32
2-7-4-1. معماريسيستم 32
2-7-4-2. مدلسازيبارهايخانگي 34
2-7-4-3. مدلسازيانرژيمصرفيدستگاه‌ها 35
2-7-5. فرمول‌بنديمسألهكنترلرهوشمندخانگي 37
2-7-5-1. تعاملبينمصرف‌كنندهودستگاه‌هايهوشمندخانگي 37
2-7-5-2. رفتارSHCدربرابرسيگنال‌هايDSM 39
2-7-5-3. ارائهمدلرياضيازMدستگاهخانگي 40
2-7-5-4. مسألهبرنامه‌ريزيSHC 42
2-7-5-5. حلمسألهبرنامه‌ريزيSHC 43
فصل3مدل‌پيشنهاديكنترلرهوشمند 47
3-1.دياگرامكليمسأله 48
3-1-1. دياگرامسيستممديريتبارهايخانگي 48
3-1-2. تقسيم‌بنديبارهايخانگي 49
3-1-3. توسعهسيستممديريتبار 50
3-1-4. نيازمندي‌هايارتباطيسيستم (پروتكلارتباطيزيگبي) 51
3-2.تشريحمسألهوفرضيات 52
3-2-1. ادبياتمدل 52
3-2-2. فرموله‌سازيواعمالفرضيات 53
فصل4الگوريتمحلمسألهبرنامه‌ريزي 59
4-1.مقدمه 60
4-2.برنامه‌ريزيخطيعددصحيحمختلط 60
4-3.برنامه‌ريزيآرماني 63
فصل5مطالعهمورديوتفسيرنتايج 66
5-1.مقدمه 67
5-2.دريافتاطلاعاتازمصرف‌كننده 68
5-3.مدلسازيدستگاه‌هايخانگيدرمطالعهموردي 70
5-4.بررسيسناريوهايمختلف 78
5-4-1. سناريوي 1: مي‌نيمم‌سازيپيكانرژيمصرفي 79
5-4-1-1. نمودارتوزيعانرژيدستگاه‌هايخانگي 79
5-4-1-2. بررسيكلانرژيمصرفي 85
5-4-1-3. بررسيهزينهكلانرژيمصرفي 87
5-4-2. سناريوي 2: مي‌نيمم‌سازيهزينهانرژيمصرفي 89
5-4-2-1. نمودارتوزيعانرژيدستگاه‌هايخانگي 90
5-4-2-2. بررسيكلانرژيمصرفي 96
5-4-2-3. بررسيهزينهكلانرژيمصرفي 98
5-4-3. سناريو 3: تلفيقسناريوهاي 1و2 100
5-4-3-1. بررسيكلانرژيمصرفي 100
5-4-3-2. بررسيهزينهكلانرژيمصرفي 102
فصل6نتيجه‌گيريوپيشنهادات 104

فهرست اشکال
عنوان صفحه
فصل1مقدمه 7
شکل1-1.بخش‌هايمختلفيكساختمانهوشمند 10
فصل2مروريبرمنابعمطالعاتي 18
شکل2-1.تعرفهقيمتانرژيالكتريكيبرايشهرنيويورك، 15 ماهفوريه 2011 (NYISO) 24
شکل2-2.معماريسيستم 33
شکل2-3.تعاملبينمصرف‌كنندهودستگاه 38
شکل2-4.منطقكاركردسيستمكنترلرهوشمند 39
فصل3مدل‌پيشنهاديكنترلرهوشمند 47
شکل3-1.دياگرامسيستممديريتبار 48
شکل3-2.تقسيم‌بنديبارهايخانگي 50
فصل4الگوريتمحلمسألهبرنامه‌ريزي 59
فصل5مطالعهمورديوتفسيرنتايج 66
شکل5-1.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 1 (تهويهمطبوع) 79
شکل5-2.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 2 (يخچال) 79
شکل5-3.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 3 (اجاقبرقي) 80
شکل5-4.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 4 (سيستمصوتيتصويري) 81
شکل5-5.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 5 (اتومبيلشارژي) 81
شکل5-6.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 6 (پمپآبی) 82
شکل5-7.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 7 (ماشينلباسشويي) 83
شکل5-8.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 8 (ماشينظرفشويي) 84
شکل5-9.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 9 (اتويبرقي) 84
شکل5-10.نمودارتوزيعانرژي 9 دستگاهدريكشكل 86
شکل5-11.كلمصرفانرژيالكتريكيدرساعاتشبانه‌روز 86
شکل5-12.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 5 (اتومبيلشارژي) باپيكانرژي 5/2 كيلوات‌ساعت 90
شکل5-13.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 5 (اتومبيلشارژي) باپيكانرژي 5 كيلوات‌ساعت 90
شکل5-14.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 6 (پمپآبي) باپيكانرژي 5/2 كيلوات‌ساعت 92
شکل5-15.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 6 (پمپآبي) باپيكانرژي 5 كيلوات‌ساعت 92
شکل5-16.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 7 (ماشينلباسشويي) باپيكانرژي 5/2 كيلوات‌ساعت 93
شکل5-17.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 7 (ماشينلباسشويي) باپيكانرژي 5 كيلوات‌ساعت 93
شکل5-18.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 8 (ماشينظرفشويي) باپيكانرژي 5/2 كيلوات‌ساعت 94
شکل5-19.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 8 (ماشينظرفشويي) باپيكانرژي 5 كيلوات‌ساعت 94
شکل5-20.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 9 (اتويبرقي) باپيكانرژي 5/2 كيلوات‌ساعت 95
شکل5-21.نمودارتوزيعانرژيدستگاهشماره 9 (اتويبرقي) باپيكانرژي 5 كيلوات‌ساعت 95
شکل5-22.نمودارتوزيعانرژي 9 دستگاهدريكشكلبرايپيك 5/2 كيلوواتساعت 96
شکل5-23.كلمصرفانرژيالكتريكيدرساعاتشبانه‌روزبرايپيك 5/2 كيلوواتساعت 96
شکل5-24.نمودارتوزيعانرژي 9 دستگاهدريكشكلبرايپيك 5 كيلوواتساعت 97
شکل5-25.كلمصرفانرژيالكتريكيدرساعاتشبانه‌روزبرايپيك 5/2 كيلوواتساعت 97
شکل5-26.نمودارتوزيعانرژي 9 دستگاهدريكشكلتلفيقسناريو 1و2 101
شکل5-27.نموداركلمصرفانرژيالكتريكيدرساعاتشبانه‌روزتلفيقسناريو 1و2 101
فصل6نتيجه‌گيريوپيشنهادات 104

فهرست جداول
عنوان صفحه
فصل1مقدمه 7
فصل2مروريبرمنابعمطالعاتي 18
جدول2-1.معرفيپارامترهايمدل 40
فصل3مدل‌پيشنهاديكنترلرهوشمند 47
جدول3-1.جدولتعرفهمتغيربازمانبرايانرژيالكتريكي 56
فصل4الگوريتمحلمسألهبرنامه‌ريزي 59
فصل5مطالعهمورديوتفسيرنتايج 66
جدول5-1.جدولترجيحاتمصرف‌كنندهومشخصاتدستگاه‌ها 69
جدول5-2.تعرفهقيمتبرقدرساعاتشبانه‌روز 88
فصل6نتيجه‌گيريوپيشنهادات 104

فصل1 مقدمه

1-1. مقدمه
اگر توجه داشته باشيم كه منابع تامين انرژي محدود است و به همين علت بهاي انرژي مصرفي بالاست مي‌توان معناي واقعي مديريت مصرف انرژي را درك كرد. متاسفانه در کشور ما فرهنگ صحیح استفاده از انرژی هنوز هم جایگاه مناسب خود را به دست نیاورده است؛ بگونه‌ای که آمار و ارقام موجود در این زمینه حاکی از مصرف بی‌رویه انرژی حتی تا چندین برابر استانداردهای جهانی می‌باشد. با توجه به اینکه در کشور ما بیش از 90% انرژی‌ها از منابع زیرزمینی و فسیلی تهیه می‌شود که منابعی محدود و پایان پذیر می‌باشند این مسأله از درجه اهمیت بالاتری برخوردار است لذا هوشمندسازی ساختمان در کشور ما یک امر بسیار مهم به شمار می‌آید که باید به یک عزم ملی تبدیل شود تا از این طریق هم به خودمان و هم به نسل‌های بعدی خدمت کنیم. راهكاري كه در اين پژوهش ارائه شده است، می‌تواند گامی جهت توسعه هوشمندسازي خانه‌ها باشد.
1-2. ساختمان هوشمند چيست؟
يك ساختمان هوشمند بنا به تعريف انستيتو ساختمان‌هاي هوشمند، بنايي است كه با استفاده بهينه از چند عنصر پايه شامل: سازه و سيستم و خدمات مديريت و روابط دروني آنها، محيطي مناسب و داراي صرفه اقتصادي ايجاد مي‌نمايد. در ساختمان هوشمند بسياري از اعمالي كه ساكنان از روي عادت و بصورت غيرارادي انجام مي‌دهند توسط سيستم‌هاي هوشمند انجام مي‌گردد كه باعث صرفه جويي در زمان و هزينه نيروي انساني مي‌گردد.
1-2-1. سيستم‌هاي مديريت و اتوماسيون ساختمان
امروزه عملكرد سيستم‌هاي مديريت و اتوماسيون ساختمان در جهت كاهش هزينه‌هاي صنعت ساختمان و استفاده بهينه از تكنولوژي و بكارگيري فناوري ارتباطات و رايانه رو به رشد هستند كه در مجموع صرفه‌جويي انرژي را در بر خواهد داشت، بطوريكه صرفه‌جويي‌هاي ناشي از بكارگيري اين سيستم‌ها در مدت زمان كوتاهي موجب جبران هزينه‌هاي مربوطه مي‌شود. سيستم‌هاي كنترل هوشمند داراي انعطاف بالايي هستند و مي‌توان براحتي آنها را با نيازهاي مختلف منطبق نمود. همچنين در هنگام بهره‌برداري براحتي مي‌توان عمليات تغيير و بهينه‌سازي براي راهبری بهتر و كاهش هزينه‌هاي انرژي را انجام داد.
با بكارگيري انواع و اقسام سنسورهاي حسي در داخل و خارج ساختمان و با بكارگيري يك شبكه و سيستم واحد مي‌توان بلادرنگ اطلاعات دما، فشار، رطوبت، دبي هوا، ميزان اكسيژن و دي اكسيدكربن را در اختيار داشت و از آنها در جهت رسيدن به شرايط ايده‌آل استفاده كرد. دريك ساختمان هوشمند كه با امكانات نرم‌افزاري بوجود آمده مي‌توان نمودارهاي مختلفي را بر حسب زمان در اختيار داشت و از آنها در جهت بهبود كيفي شرايط زيستي براي ساكنين استفاده كرد.
1-2-2. تعامل بين ساكنان و ساختمان هوشمند
در زمان كاركرد سيستم هوشمند ساكنان در جهت صرفه‌جويي مصرف انرژي حق بازكردن پنجره‌ها را نخواهند داشت و در ساختمانهاي اداري قبل از اتمام ساعت كار، اين سيستم بصورت اتوماتيك و متناوب شروع به خاموش كردن سيستم‌هاي تهويه مطبوع می‌كند. در يك ساختمان هوشمند با امكانات بوجود آمده مي‌توان در هر زمان ميزان مصرف انرژي سوخت و برق را بدست آورد و از آن در جهت كاهش مصرف انرژي و بهينه‌سازي مصرف سوخت در ساختمان بهره برد.

شکل1-1. بخش‌هاي مختلف يك ساختمان هوشمند
1-2-3. سيستم‌هاي مدرن مديرت ساختمان
سيستم‌هاي مدرن مديريت ساختمان امروزه بر پايه وب نگاشته مي‌شوند كه بزرگترين مزيت آن در بكارگيري امتيازات شبكه جهاني اينترنت و كنترل ساختمان از راه دور توسط سيستم‌هاي ارتباطي متداول در دنيا است. به اينصورت كه با راه‌اندازي سايت ساختمان مورد نظر و با وارد كردن شناسه كاربري و رمز عبور مي‌توان از هر مكاني بر ساختمان احاطه داشت. در اينگونه ساختمان‌ها مي‌توان با نصب تابلوهاي نمايشگر الكترونيكي در مكانهاي خاص ساختمان و نمايش دادن اطلاعات مختلف از سيستم‌هاي كنترلي ساختمان زندگي را براي ساكنين لذت بخش كرد.
1-3. نگاه اين پژوهش
در اين پژوهش بيشتر توان خود را صرف مديريت مصرف انرژی الكتريكي مي‌كنيم وبا نگاهي دقيق‌تر درمي‌يابيم كهمصرف انرژی الكتريكي بين ساعت‌های مختلف از روز، بين روزهای مختلف در هفته، و در بين فصل‌های مختلف از سال متفاوت است كه در آن بيشترين تقاضای انرژی الكتريكی به طور معمول زمانی رخ مي‌دهد كه دمای خارج افزايش مي‌يابد. در سال‌های اخير پيك انرژي مصرفي تغييرات زيادی كرده است و همين امر نگراني‌هاي ناشي از تعادل بين تقاضا و توليد نيرو را افزايش داده است. در آينده‌اي نزديك به دلايل زيست محيطي و اقتصادی،‌ نياز به شركت‌هاي توزيع با توانايي در نظر گرفتن سناريوهاي پيچيده‌ترِ تعادل نيرو احساس می‌شود؛ اين سناريوها بايد مبتنی بر معرفي منابع تجديدپذير توليد انرژی الكتريكي در مقياس بزرگ، وسايل نقليه الكتريكي شخصي و توزيع توليد انرژی الكتريكي در مناطق مسكوني (توليد پراكنده) باشد.
1-3-1. شبكه هوشمند
خيلي‌ها معتقدند كه يك تكامل اساسي در سيستم انرژي الكتريكي نياز است. از جمله اهداف اين تكامل اساسي؛ شبكه‌هاي توليد برق نسل جديد سازگار با محيط‌ زيست، قابل اعتماد و داراي سيستم هوشمند است، كه به طور كلی به عنوان شبكه هوشمند شناخته مي‌شود. در شبكه هوشمند، تكنولوژی‌هاي پيشرفته بازدهي توليد و انتقال انبوه در شبكه را بهبود مي‌دهند. تكنولوژیاطلاعات و ارتباطات به طور گسترده در شبكه‌ها براي افزايش بازدهي، اعتمادسازي و انعطاف‌پذيري به خدمت گرفته مي‌شوند[1] و [2]. در نهايت، مصرف كنندگان با مديريت فعالانه مصرف انرژي مي‌توانند از دريافت قبوض مصرفي با هزينه كمتر بهره ببرند. در حال حاضر شبكه هوشمند به يك موضوع تحقيقاتي جذاب تبديل شده است و محور اصلی پژوهش‌ها، طراحی زيرساخت‌هاي كاربردي ICT و برنامه‌هاي كاربردي مديريت انرژي مانند: مديريت منابع توزيع انرژي، مديريت وسايل خانگي (بارهاي خانگي) و تكنيك‌هاي پاسخ به تقاضا است كه به تفصيل در[3]تا [10] بحث شده است. در اصل شبكه هوشمند (SG) به عنوان يك تكنولوژي جديد امكان ارتباط دو طرفه و انتقال جريان بين كاربران نهايي و تسهيلات زندگي را فراهم مي‌كند. سه پيامد اصلي تحقق شبكه‌هاي هوشمند شامل: قابليت اطمينان شبكه‌هاي توزيع، بهره‌برداري از منابع انرژي پايدار و بهره‌وري انرژي هستند[11]. در زمينه بهره‌وري انرژي، پاسخ به تقاضا (DR) يك برنامه اساسي در سطح توزيع شناخته مي‌شود. مصرف‌كنندگان كه به طور سنتي به پرداخت نرخ ثابت براي انرژي الكتريكي عادت كرده اند، اكنون مي‌توانند تا مصرف انرژي الكتريكي خود را با توجه به تعرفه‌هاي متغير به طور عمده مديريت كنند[12] و [13].
1-3-2. تكنيك پاسخ به تقاضا (DR)
تكنيك پاسخ به تقاضا (DR) يك برنامه اختياری و داوطلبانه براي هر مصرف‌كننده است و به او فرصت نظارت، كاهش و يا تغيير مصارف را به گونه‌اي مي‌دهد كه صرفه‌جويي قابل ملاحظه‌اي در صورت‌حساب برق مصرفي دستگاه‌هاي خانگی خود داشته باشد[14]. موانع عمده در اجراي برنامه‌هاي پاسخ به تقاضا (DR‌) عدم دانش مصرف‌كنندگان در رابطه با چگونگی رفتار با تعرفه‌هاي متغير با زمان است و نيز تصميم‌گيري در شرايط مختلفي كه به عنوان طرح‌هاي تشويقي در نظر گرفته شده است. (براي مثال استفاده از دستگاه‌هاي پر مصرف در زمانی كه پيك مصرف پايين است؛ معمولا ساعات ابتدايي روز صورت مي‌گيرد). افزايش پياده‌سازي شبكه‌هاي هوشمند (SG) گامي مثبت در جهت به كارگيري برنامه‌هاي پاسخ به تقاضا (DR‌) است. در شبكه‌هاي هوشمند خانگی، هر مصرف‌كننده سيگنال‌هاي كنترلي را توسط سيستم دريافت مي‌كند و سيستم مي‌تواند كنترل دستگاه‌هاي خانگی را در جهت می‌نيمم‌سازي صورت‌حساب برق، در دست گيرد.
1-3-3. انواع برنامه‌هاي پاسخ به تقاضا (DR)
برنامه‌هاي پاسخ به تقاضا (DR) انواع مختلفي دارند كه هر كدام براي شرايط مختلف كاربرد دارند. دو دسته اصلي از اين برنامه‌ها، برنامه‌هاي مبتني بر زمان و برنامه‌هاي مبتني بر طرح‌هاي تشويقي- تنبيهي (مديريت طرف تقاضا ) هستند. برنامه‌هاي زمان محور بر پايه متفاوت بودن تعرفه قيمت انرژي الكتريكي در طول روز استوار است و تاثير آنها از طريق ترغيب مصرف‌كننده به مصرف برق بيشتر در ساعات كم‌باري كه انرژي الكتريكي قيمت كمتري دارد، محقق مي‌شود. برنامه‌هاي مبتنی بر طرح‌هاي مديريت طرف تقاضا (DSM) بر پايه پرداخت مبلغي به عنوان تشويق، يا جريمه مبلغي به عنوان، تنبيه به ترتيب در برابر كاهش ميزان مصرف در ساعات اوج بار يا افزايش ميزان مصرف در ساعات اوج بار، طراحي شده‌اند.
1-3-4. تعامل بين مصرف‌كننده و برنامه‌هاي پاسخ به تقاضا (DR)
اجراي موفق برنامه‌هاي پاسخ به تقاضا (در اينجا برنامه هايي كه زمان‌محور هستند) وابسته به انتخاب مصرف‌كننده‌ها براي كاهش مصرف برق در ساعاتي از شبانه‌روز است كه قيمت انرژي الكتريكي گرانتر است. بنابراين موفقيت‌آميز بودن برنامه‌هاي DR‌ به شدت وابسته به شرايط اقتصادي، فرهنگي و اجتماعي كشور و منطقه خواهد بود. به عبارت ديگر اجراي موفق برنامه‌هاي زمان محور، نيازمند وجود مصرف‌كنندگاني فعال و علاقه‌مند است كه با كم‌كردن مصرف خود در زمان‌هاي اوج بار (تعرفه قيمت برق بالا) و انتقال مصرف خود به ساعات كم باري به برنامه‌هاي DR پاسخ دهند.
براي بررسي كردن اين رفتار بايد شرايط زير را در نظر بگيريم؛ كه با زياد شدن تعرفه قيمت برق در يك بازه زماني،‌ مشتريان دو واكنش را بروز خواهند داد[15]:
1- بخشي از بار، قابل انتقال نيست و مشتركين فقط مي‌توانند در آن بازه زماني مصرف خود را كاهش دهند. به اين بخش از بار، بارهاي غيرقابل انتقال می‌گوييم. بارهاي روشنايي، تهويه مطبوع و سيستم‌هاي صوتي و تصويري از اين دسته بارها هستند.
2- بخش ديگري از بار اين قابليت را دارد كه به بازه‌هاي زماني ديگري از شبانه روز منتقل شوند كه به اين بخش از بار، بارهاي قابل انتقال مي‌گوييم. بارهايي نظير ماشين لباسشويي، ماشين ظرفشويي از اين دسته بارها هستند. البته در ادامه در جدولي كه براي مطالعه موردي در نظر گرفته شده است دسته سومي از بارها هستند كه اگرچه زير مجموعه بارهاي قابل انتقال هستند اما انرژي مصرفي آنها هم مي‌تواند متغير باشد و با تامين نياز شارژ روزانه، دستگاه آماده به كار مي‌شود. براي مثال بعضي از دستگاه‌هاي شارژي داراي شارژهاي هوشمندي هستند كه مي‌توانند در يك بازه انرژیمتغير و مخصوص به خود، انرژی مصرف كنند و لذا با مديرت مصرف انرژي مي‌توان آنها را به گونه‌اي برنامه‌ريزي كرد كه در ساعات اوج بار انرژي كمتري مصرف كنند و در زماني كه تعرفه قيمت برق پايين است انرژي بيشتري مصرف كنند. براي مثال دستگاه‌هاي نقليه الكتريكي شخصي (PEVs) از جمله اين بارهاي خانگی محسوب مي‌شوند.
واكنش اول از طرف مشتركين، مستلزم كم كردن مصرف و در نتيجه فدا كردن بخشي از رفاه اجتماعي از طرف مصرف‌كنندگان است و واكنش دوم نيز مستلزم انجام كارهاي روزمره در زمانهاي غيرمطلوب و در نتيجه از دست رفتن بخش ديگري از رفاه اجتماعي توسط مردم است. پس به عبارتي پاسخ به برنامه‌هاي زمان‌محور توسط مردم، با از دست رفتن بخشي از رفاه اجتماعي همراه خواهد بود كه باعث كمتر شدن همراهي مشتركين با برنامه‌هاي زمان‌محور DR خواهد شد چرا كه مشتركين نمي‌خواهند به سادگي بخشي از رفاه خود را از دست بدهند.

1-3-5. مقايساتی بين اين پژوهش و پژوهش‌هاي انجام شده
در راستاي تحقيقاتي مرتبط با مديريت مصرف انرژي در اروپا، اهدافي از قبيل اختصاص 20% از سهم توليد انرژي الكتريكي از ژنراتورهای تجديدپذير و 20% صرفه جويي در انرژی الكتريكي، در نظر گرفته شده‌اند تا در سال 2020 محقق شوند[16]. در[3] از تكنيك بهينه‌سازي محدب براي برنامه‌ريزي انرژي مصرفي هر كدام از دستگاه‌هاي خانگي استفاده شده است كه در آن هم روش‌هاي متمركز بهينه‌سازي بر مبناي برنامه‌ريزي خطي و هم روش‌هاي غيرمتمركز بر پايه تئوري بازي‌ها پيشنهاد شده است. با اين حال، چارچوب بهينه‌سازي ارائه شده در[3]، در عمل براي تمامي دستگاه‌هاي خانگي مناسب نمي‌باشد. دليل آن اينست كه برخي از دستگاه‌هاي خانگي الگوي انرژي مصرفي ثابتي را دارند به اين معني كه وقتي اين دستگاه روشن مي‌شود تا زماني كه كار خود را به اتمام برساند، بر اساس الگوي انرژي مصرفي خود انرژي مصرف مي‌كند. در اين مورد، ما مي‌توانيم فقط زمان شروع به كار دستگاه‌ را بهينه كنيم و انرژي مصرفي آن دستگاه‌ در حين عمليات تحت بهينه‌سازي قرار نمي‌گيرد و بنابراين پارامتر بهينه‌سازي محسوب نمي‌شود. در اين پژوهش، ما مايل به معرفي ويژگي‌اي هستيم كه در آن برخي از دستگاه‌هاي خانگي مشخص مانند ماشين لباسشويي يا ماشين ظرفشويي براي بهترين زمان شروع به كار برنامه‌ريزي مي‌شوند و بايد به آنها اجازه داده شود تا بدون وقفه براساس الگوي انرژي مصرفي خود، عملياتشان را به پايان برسانند.
در اين پژوهش سعي شده است كه تمركز اصلي بر روي برنامه‌ريزي انرژي مصرفي باشد كه به عنوان مديريت طرف تقاضا شناخته می‌شود. در اين پژوهش با الهام گرفتن از مكانيسم برنامه‌ريزي[3]، با استفاده از تكنيك برنامه‌ريزي خطي عدد صحيح يك متد مديريت تقاضا پيشنهاد شده است. مكانيسم پيشنهادي در اولين گام خود به عنوان هدف اوليه وظيفه می‌نيمم كردن پيك انرژي مصرفي در ساعات شبانه روز را بر عهده دارد. اين مكانيسم هم ترجيحات كاربر و هم مشخصات خاص هر يك از دستگاه‌هاي خانگی را به طور توأمان در نظر مي‌گيرد و مي‌تواند در دستگاه‌هاي مديريت مصرف انرژي در خانه يا كنترلرهاي هوشمند خانگی به كار رود. اين دستگاه‌ها به طور كلي به عنوان كنترل‌كننده بارهاي خانگي در شبكه‌هاي خانگي شناخته مي‌شوند. در ادامه اين پژوهش با تغييراتي كه در مدل رياضي ارائه مي‌شود با به خدمت گرفتن تعرفه قيمت انرژي الكتريكيِ متغير با زمان، بهينه‌سازي‌اي در جهت مي‌نيمم كردن هزينه انرژي مصرفي نيز ارائه مي‌شود. در نهايت هم براي تكميل كردن پژوهش، هر دوي اين اهداف را توأمان در نظر گرفته و ميبينيم آيا مي‌شود با مديريت پيك مصرف انرژي دستگاه‌ها را از آسيب‌پذيري در امان داشت و به طور همزمان به كاهش هزينه‌هاي برق مصرفي فكر كرد؟! همه اين نتايج و بيشتر از آن، در قالب نمودارهايي پس از حل مدل ارائه مي‌شودو نتايج با هم مورد مقايسه قرار مي‌گيرند.
[17] تا [19]، مديريتي از مصرف انرژي را بر اساس تعرفه قيمت انرژي الكتريكي متغير با زمان ارائه داده‌اند كه مخصوصا در كاهش پيك انرژي مصرفي هم تاثير دارند اما با اين وجود توازن برقرار كردن در بين بارهاي خانگی فقط در اينصورت امكانپذير است كه مصرف كنندگان هم بتوانند و هم مشتاق باشند تا از اطلاعات تعرفه‌ها بهره جويند. براي مثال خيلي دور از ذهن است كه از بيشتر مصرف‌كنندگان توقع داشت كه بهترين عملكرد اقتصادي دستگاه‌هاي خانگی خود را تحت تعرفه‌هاي متغير با زمان شناسايي كنند به طوري كه منجر به بروز اضافه بار هم نشود! به همين علت وجود يك سيستم تصميم‌گيري خودكار كه به طور مستقيم عملكرد دستگاه‌هاي خانگي را بر عهده بگيرد و توصيه‌هاي لازم را به مصرف‌كننده بكند، بسيار مطلوب است. در نظر گرفتن اين دو هدف اصلی در مديريت انرژيمصرفی شامل؛مي‌نيمم كردن پيك انرژي مصرفي در ساعات روز و مي‌نيمم كردن هزينه برق مصرفي در طول روز، اين پژوهش را از ساير پژوهش‌هاي مرتبط متمايز می‌كند. چراكه در كارهاي مرتبط پيشين معمولا يكي از اهداف مورد بررسي در اين پژوهش، مورد بحث قرار گرفته اند. كه در مرور ادبيات به تفصيل به آنها خواهيم پرداخت.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بهينه‌سازي مصرف انرژي در خانه‌هاي هوشمند”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

3 + 2 =

شناسه محصول: d1211 دسته: