Energetická flexibilita chytrého domu (3/4)

V minulých dílech byly představeny základní zdroje flexibility ve smart home. V následujícím článku budou přiblíženy možnosti, jak s flexibilitou pracovat a jaké jsou koncepty jejího využití. Naznačen je způsob, jak lze na tuto flexibilitu nahlížet z finanční stránky. 

Formalizace modelu flexibility

Pro využití flexibility různých zdrojů na úrovni smart home vzniká potřeba již na této úrovni flexibilitu agregovat a nahlížet na dostupnou flexibilitu jednotně, nezávisle na typu jejího zdroje. Každá taková flexibilita má objem energie omezený v určitém rozmezí nebo pevně daný, vázaný k nějakému časovému intervalu. Dále bude mít omezený výkon/příkon a budou se k ní vázat další provozně specifické parametry jako minimální nebo maximální doba provozu. 

Smart home EMS

Smart home energetický management v konečném důsledku řídí výkony spotřebičů a technologií s cílem minimalizovat spotřebu energie a optimálně využít vlastní vyrobenou energii. Podle finančního modelu může být místo minimalizace spotřeby energie cílem optimalizace nákladů. Jednodušší varianta EMS reaguje na aktuální stav a řiditelnou část spotřeby. V okamžiku, kdy je dostupná levnější energie, je aktivována flexibilní spotřeba. Pokud není levnější energie dostupná, může být aktivace flexibilní spotřeby odložena. Komplexnější variantou je plánování a řízení energií pro nějaký budoucí časový horizont. K tomu je třeba znát požadavky na budoucí provoz, budoucí stavy veličin ovlivňujících provoz a budoucí výrobu a spotřebu nebo jejich přiblížení.  

Predikce výroby a spotřeby

Výrobu FVE je možné dobře odvodit z předpovědi počasí nebo osvitu. Ohledně predikování spotřeby je situace složitější. Nutnou podmínkou pro predikce je existence historických dat, ze kterých je modelován průběh v budoucnu. V případě smart home je situace o něco jednodušší. Součástí EMS smart home je měření spotřeby technologií a spotřebičů a lze proto přijmout předpoklad, že vstup pro predikci spotřeby je k dispozici. Samotné predikce spadají do oblasti umělé inteligence a strojového učení. 

Spotřeba

Spotřeba smart home bude mít několik složek. První z nich bude minimální spotřeba, která je dána spotřebou smart home technologie, IT infrastruktury a spotřebou technologií a spotřebičů ve stand-by režimu. Na druhé straně je řiditelná flexibilní spotřeba a její omezující podmínky. Zbývající část spotřeby je spotřeba neřiditelná a těžko predikovatelná. 

Využití flexibility 

Identifikovaná flexibilita může být využita energetickým managementem uvnitř smart home k minimalizaci  celkových nákladů na energie domu nebo může být částečně či kompletně nabídnuta agregátorovi flexibility za účelem dalšího poskytnutí operátorovi distribuční nebo přenosové soustavy, případně ke zhodnocení na krátkodobých trzích se silovou elektřinou. V praxi si lze představit, s ohledem na úroveň smart home řešení, minimálně dva scénáře. 

Scénář 1 - aktuální flexibilita 

Identifikovaná flexibilita je průběžně aktualizována. Pokud je v určitém časovém okamžiku identifikována dostupná flexibilní spotřeba resp. dodávka a je k dispozici levnější energie resp. je vyšší výkupní cena energie, je flexibilita aktivována. Pokud je flexibilita nabízena agregátorovi, je informace o dostupném objemu předávána agregátorovi a k aktivaci dojde na povel agregátora. Pokud je v daný moment více zdrojů flexibility, lze jejich aktivaci řídit dle priorit. Způsob řízení flexibility je v tomto scénáři výpočetně nenáročný a lze předpokládat, že výpočetní výkon řídící jednotky smart home bude pro jeho realizaci dostatečný. 

Scénář 2 - plánování flexibility 

Druhý scénář je založen na principu optimalizačních algoritmů. Dostupná flexibilita je reprezentována ve formě formalizovaného modelu, viz předchozí popis. Úlohou optimalizace je najít, s ohledem na ceny dodávky a výkupu elektřiny, optimální rozložení flexibility v určitém časovém horizontu (aktuální den, aktuální a následující den, následujících 24 hodin apod.). Flexibilita může být dle plánu aktivována pro potřeby energetického managementu smart home nebo nabízena agregátorovi flexibility. Navíc plán flexibility může být průběžně aktualizován v čase, přičemž se zohlední již aktivovaná a zbývající flexibilita. Výhodou tohoto přístupu je lepší plánování v čase s lepším zohledněním rebound efektu. Formalizovaný model flexibility může navíc přispět k lepšímu plánování a řízení flexibility ze strany agregátora. Řízení flexibility s využitím optimalizací klade na řídící jednotku vyšší výpočetní nároky a výkon PLC nemusí být dostatečný. Na druhou stranu rozšíření smart home řešení o HW modul pro optimalizace nebo integrace na odpovídající webovou službu nemusí být překážkou.   

Finanční pohled 

Profit z flexibility je silně závislý na modelu a výši plateb za dodávku elektrické energie a platby za dodávku energie do distribuční sítě. Obecně lze říci, že při fixní platbě za kWh je argumentem pro využití flexibility ve smart home maximální využití vlastní výroby. Při cenotvorbě reflektující ceny denního trhu (nebo dynamické tarify v budoucnu) je přirozenou motivací spotřebovávat energii v časech s nízkou cenou nebo přebytkem energie a dodávat maximum energie v časech s vyšší cenou. Nutno poznamenat, že kvůli výkonovým omezením střídačů nelze vždy dodat celý přebytek výroby do distribuční sítě a bilancování s využitím flexibility může přispět ke snížení nákladů i při fixních cenách.  

Rozhodnutí mezi využitím identifikované flexibility pro vlastní energetický management nebo nabídnutím agregátorovi bude motivováno primárně finančními aspekty. Je třeba uvažovat náklady na flexibilitu jako je investice do technologie nebo její plánovaná životnost a dále míru finančního benefitu plynoucího z potenciální aktivace flexibility. Cílem tohoto článku není zabývat se způsoby oceňování energetické flexibility. Objem flexibility a míra jejího využití pro potřeby smart home bude vždy záviset na individuálním přístupu domácnosti a ochotě tvořit potenciál flexibility. Motivace nemusí být čistě finanční. Při poskytování flexibility agregátorovi lze naopak očekávat, že primární motivace bude finanční. Využití flexibility domácností na hladině NN a nastavení benefitů za její poskytování se dá očekávat v blízké budoucnosti. 

O autorovi

Martin Hatka se dlouhodobě věnuje problematice smarthome a efektivnímu využívání energií v chytrém době. Profesně působí v roli senior konzultanta v oblasti energetiky pro společnost Unicorn, kde se aktuálně věnuje tématu energetické flexibility. Fungování smarthome a potenciál flexibility v něm lze aplikovat i na větší objekty nebo areály s významným potenciálem flexibility, která může být využita přímo nebo agregována do větších objemů. Společnost Unicorn poskytuje v oblasti flexibility rodinu produktů Flexigy. Martin je součástí týmu, který Flexigy vyvíjí.