Die Gemeinde Basalt Vista, die sich hoch in den Bergen in Basalt, Colorado, befindet, ist dabei, im Streben nach Energieeffizienz und Integration erneuerbarer Energien noch viel intelligenter zu werden.
Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) installiert sein mit dem R&D 100 Award ausgezeichnetes vorhersehen™-Software in lokalen Haushalten, um im Rahmen des Smart Community-Projekts intelligentes Energiemanagement und Energieaggregation und -koordination auf Gemeindeebene zu testen. Die Software wird physikbasierte Modellierung, maschinelle Lernalgorithmen und fortschrittliche Datenanalysen nutzen, um Basalt-Hausbesitzern Energiekosteneinsparungen im gesamten Haus zu ermöglichen, die mit Komfort, Bequemlichkeit und Netzvorteilen kombiniert sind.
Teilnehmende Familien ermöglichen Cloud-basiertes vorhersehen um sich überall zu Hause mit Hardware und Internet-of-Things-Geräten zu verbinden. Dazu gehören Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, Warmwasserbereiter, Solar-Photovoltaik, Heimbatteriesysteme, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, drahtlose Energiemonitore und intelligente Wassermonitore. Die auf Amazon Web Services gehostete Energiemanagementsoftware koordiniert autonom die Gebäudelasten mit Photovoltaik-Erzeugung, Batteriespeicherung und dem Stromnetz und erfüllt gleichzeitig die Präferenzen der Bewohner in Bezug auf Energieeinsparungen, Komfort und Reduzierung der Kohlendioxidemissionen. Darüber hinaus koordiniert ein Cloud-basierter Aggregator mehrere Gebäude, um die Energieressourcen in der gesamten Gemeinde zu verwalten.
Autonomes Energiemanagement hält Einzug in echte Häuser
Nachdem er mehrere Jahre damit verbracht hatte, die Systeme in den NREL-Labors zu evaluieren und zu verfeinern, war der leitende Forscher Xin Jin sagte, er sei “wirklich neugierig, die Leistung von” zu sehen vorhersehen und der Aggregator in der realen Welt. Obwohl wir versucht haben, Modelle zu erstellen, die diesen Häusern so nahe wie möglich kommen, gibt es einige Elemente, die schwierig zu modellieren sind, z. B. menschliches Verhalten und Belegung. Wir sind gespannt, wie sich diese Unsicherheiten auf die tatsächliche Leistung auswirken.“
Rock-Solid Basalt-Partnerschaften
Das Basalt Vista-Pilotprojekt basiert auf einem Fundament lokaler und nationaler Partnerschaften. Die Demonstration im Feld der intelligenten Gemeinschaft wird von den Büros des US-Energieministeriums für Solarenergietechnologien und Gebäudetechnologien kofinanziert. Zu den lokalen Partnern zählen die Elektrokooperative Holy Cross Energy und Habitat for Humanity Roaring Fork Valley.
NREL hat Partnerschaft mit Holy Cross Energy und der Basalt Vista Community bei mehreren früheren Projekten. Der Chief Executive Officer von Holy Cross war zuvor Associate Laboratory Director of Energy Systems Integration bei NREL, und der einzigartige Energiebedarf und die geografischen Beschränkungen der Berggemeinde stellen eine wertvolle Testumgebung für innovative Ansätze für ein belastbares, nachhaltiges Energiemanagement dar. Da Basalt 3 1/2 Stunden von NREL entfernt ist, dient Holy Cross Energy auch als wichtige Brücke zur Gemeinde für die Rekrutierung.
Habitat for Humanity ist ein weiterer wichtiger Partner für die Kontaktaufnahme mit Hausbesitzern. Als Hausbauer der Basalt Vista-Community kennt das Habitat-Team die Konfiguration jedes Hauses und jeden einzelnen Hausbesitzer – lokale Schullehrer und andere Mitarbeiter, die am Bau dieser erschwinglichen Häuser mitgewirkt haben – und ermutigte sie, sich für das Pilotprojekt anzumelden. NREL wird die Ergebnisse des Pilotprojekts mit Habitat teilen, für das nachhaltiges und belastbares, bezahlbares Wohnen von entscheidender Bedeutung ist.
Weitere Partner sind Copper and Conservation Labs, die die Felddemonstration durch die Bereitstellung fortschrittlicher Sensortechnologien unterstützt haben, die einige der Schlüsselfunktionen des autonomen Energiemanagementsystems ermöglichen. Die drahtlosen Energiemonitore von Copper liefern nicht nur hochauflösende Energieverbrauchsdaten, sondern auch Spannungsmessungen von jedem Haus- und Servicetransformator in Echtzeit. Diese Daten werden vom autonomen Energiemanagementsystem verwendet, um seine Steuerungsaktionen zu aktualisieren und einen sicheren Betrieb des Verteilnetzes zu gewährleisten. H . der Naturschutzlabore2know smart water monitor, eine unaufdringliche Lösung zur Messung des Wasserverbrauchs eines Hauses, liefert die notwendigen Daten für vorhersehen Künstliche Intelligenzalgorithmen zur Identifizierung von Wassernutzungsmustern und Verhaltensänderungen in einem Haus.
Die Forscher Scott Carmichael, Bethany Sparn und Xin Jin (von links nach rechts) arbeiten im NREL Systems Performance Lab mit einer Heimbatterie, einem Solarwechselrichter und anderen gesteuerten Geräten, während sie vorhersehbare Energiemanagement-Software testen. Foto von Dennis Schroeder, NREL
Projektursprünge im Systems Performance Lab von NREL
Die Forscher betonten, dass Laborarbeit und Feldarbeit keineswegs getrennte Bemühungen sind. Lange bevor die Technologie zu Basalt gebracht wurde, führten die Forscher umfangreiche Experimente im Labor durch, um das Risiko des Systems zu verringern, bevor es ins Feld gebracht wurde. Forschungsingenieur Bethany Sparna beschreibt eine Weiterentwicklung vom Konzept zur Feldvalidierung: „Im ersten Jahr des Projekts wurden Steuerungsalgorithmen basierend auf simulierten Gebäuden entwickelt. Im zweiten Jahr nahmen wir diese Modelle mit realer Ausrüstung ins Labor, um Integrationsprobleme oder Hardwarekompatibilitätsprobleme zu identifizieren – und wir haben diese Knicke im Labor und nicht bei den Leuten zu Hause herausgearbeitet.“
NRELs Systemleistungslabor Infrastruktur ermöglichte es Forschern, Hardware-in-the-Loop-Experimente durchzuführen, um ein Modell eines Hauses zu betreiben und gleichzeitig die Klimabedingungen zu imitieren. Das Team nutzte das Labor, um verschiedene Steuerungsstrategien basierend auf der in den Basalthäusern gefundenen Hardware zu evaluieren, während eine Gebäude-zu-Netz-Co-Simulation mit NREL durchgeführt wurde Adler Supercomputer.
Mit Hardware-Knicken aus dem Weg, sagte Sparn, kann sich die Forschung in Basalt auf die tatsächlichen Kontrollstrategien konzentrieren. „Wir können das Gesamtziel des Projekts validieren, anstatt alle physischen Herausforderungen zu bewältigen, die bei dieser Art von Projekt oft auftreten.“
Im Viertel Basalt Vista in den zerklüfteten Ausläufern von Basalt testet NREL eine seiner neuartigen Netzbetriebslösungen mit den Kunden von Holy Cross Energy, der lokalen Stromgenossenschaft. Die bezahlbare Wohnsiedlung bietet einige der energieeffizientesten Wohnhäuser, die je gebaut wurden, die alle von Computern als Teil eines autonomen Netzes gesteuert werden. Foto von Dennis Schroeder, NREL
Künstliche Intelligenz verwaltet die Hausenergie nach den Prioritäten des Eigentümers
NRELs vorhersehen führt ein autonomes Energiemanagement basierend auf den angegebenen Präferenzen des Hausbesitzers durch:
- Wenn der Komfort des Besitzers am höchsten ist, hält das System die Innentemperatur so nah wie möglich am Ideal des Besitzers.
- Wenn der Besitzer bereit ist, auf Komfort zu verzichten, um seine Stromrechnungen zu senken, lässt das System die Temperaturen bei heißem oder kaltem Wetter etwas mehr schwanken.
- Wenn die erste Priorität des Eigentümers darin besteht, die Kohlendioxidemissionen zu reduzieren, vorhersehen wird den Energieverbrauch des Hauses reduzieren, wenn das Stromnetz CO2-intensivere Energiequellen wie Kohle verwendet.
Autonomes Energiemanagement in der realen Welt
Während der anfänglichen Bereitstellungsphase trifft sich das Forschungspersonal mit den Eigentümern, um ihre Präferenzen zu ermitteln, einschließlich ihrer bevorzugten Kühl- und Heiztemperaturen sowie ihrer Prioritäten, einschließlich Energieeinsparungen, Senkung der Energiekosten oder Komfort. Sobald das autonome Energiemanagementsystem in Betrieb ist, trifft es Entscheidungen basierend auf diesen festgelegten Präferenzen.
Wenn die Felddemonstration erfolgreich ist, merken die teilnehmenden Hauseigentümer es nicht einmal – außer vielleicht an ihrer gesenkten Stromrechnung. „Unser Ziel ist es, dass das System hinter den Kulissen funktioniert“, so Jin.
Das große Bild: Energiegerechtigkeit und Dekarbonisierung
Jenseits der unmittelbaren Hoffnungen auf komfortablere, energieeffizientere Häuser und Gemeinschaften erfüllt das Smart Community-Projekt zwei wichtige Energieprioritäten: Gerechtigkeit und Dekarbonisierung. Die Felddemonstration bringt bahnbrechende Energiemanagement-Technologien direkt von einem nationalen Labor in eine Gemeinde mit niedrigem Einkommen – Basalt Vista-Häuser wurden als erschwinglicher Wohnraum für die lokale Belegschaft gebaut.
Jin ist optimistisch, dass die Vorteile weit über die Berge von Colorado hinausreichen werden: „Hoffentlich können wir eine Vorlage für zukünftige Projekte schaffen, um mit noch mehr einkommensschwachen Gemeinden zusammenzuarbeiten.“
Artikel mit freundlicher Genehmigung von Nationales Labor für erneuerbare Energien.
Schätzen Sie die Originalität von CleanTechnica? Erwägen Sie, CleanTechnica-Mitglied, Unterstützer, Techniker oder Botschafter zu werden – oder ein Förderer von Patreon.
