Adaptív közvilágítási rendszerek felépítésnek bemutatása az E+Grid projekt kapcsán Bátai Roland, Prikler László Imagination at work.
Motiváció – EU 20-20-20 policy
2013-as státusz -18%
+13%
-5% *EEA Report 2013
Megoldás – E+grid E+GRID: Az E+GRID rendszer éves szinten több energiát termel meg mint amit a hozzá kapcsolt közvilágítási elfogyaszt. Éves energia mérleg KWh
Energia termelés Visszatáplálás Adaptív világítás Mozgás alapú világításvezérlés Idő alapú világításvezérlés Magas hatásfokú LED-ek Hagyományos Nátrium lámpa Hagyományos LED-es közvilágítás közvilágítás
Intelligens LED-es közvilágítás
Adaptív LED-es közvilágítás
Rendszer architectura E+GRID projekt: A projekt célja kifejleszteni és demonstrálni egy energia pozitív, adaptív világításvezérlésen alapuló közvilágítási rendszert.
Adaptive lighting system, Energy eqipments Central computer, Energy management model Weather station, PV measurements Electrical connectivity Communication network
Grid connectivity, Elecrical design and measurements 4
Konzorcium - KMR-12-1-2012-0031 2012 Q3
2012 Q4
2013 Q2
WP2
WP1 Tervezés • • •
Rendszerterv KPI mutatók Ütemezés
2013 Q4
Specifikáció • • •
2014 Q2
2014 Q4
WP3
WP4
WP5
Prototípus
Installáció
Finomhangolá s
Interface definíció • HW tervezés • Technikai spec. •
Fejlesztői környezet • Összeszerelés • Gyári tesztek •
• Telepítés Helyszíni teszt• • Pilot run
Hibajavítás Üzembe helyezés Hosszú távú tesztek
Konzorcium vezető • • •
Világítás tervezés Vezérlési sémák Energetikai rendszerterv
• • •
Időjárás állomás • Szenzor • integráció • Napelem tesztek
Powerflow model Kezelőfelület ICT kommunikáció
• • •
Hálózati integráció Villamos tervezés Villamos mérések
Demonstrációs terület Energetikai berendezések
21 kWp
Útvilágítás Napelemek
18 kWh
Parkvilágítás
6,4 kW
•
Budapest, KFKI campus
•
78 db parkvilágító lámpatest
•
113 db útvilágító lámpatest
Világítási rendszer
Adaptive világítás Adaptív világításnak nevezzük azokat a világításvezérlési megoldásokat, melyekben a lámpatestek megvilágításának mértékét a közvetlen környezetükből mért eseményekhez, paraméterekhez igazítva szabályozzák.
8 Energy positive adaptive LED street lighting BORDWIIS+ October 16, 2013.
Útvilágító lámpatest prototípus Antenna
Mozgásérzékelők
1 2 3 4
Mozgásérzékelők SMART vezérlő Kombinált antenna LED driver
Parkvilágító lámpatest prototípus
Antenna
3
Mozgásérzékelő
1 2 3 4
Mozgásérzékelők SMART vezérlő Kombinált antenna LED driver
Kommunikációs hálózat Gigabit LAN
WiFi
Rendszerelemek közötti Kommunikáció
Távoli programozás Működési adatgyűjtés
~1.6MB/s
RF MESH Világításvezérlés Önszervezés
switchbox
~20 kB/s central computer
smart meter
weather station
DALI Világításvezérlés
Vezérlési logika Vezérlési logika az úton
Vezérlési logika a parkokban
(Wireless kapcsolat)
(DALI kapcsolat)
Névleges fényáram, érzékelő Csökkentett fényáram, érzékelő Csökkentett fényáram
Világítási sémák Ritka forgalom • Jármű/gyalogos megkülönböztetés érzékelési idő alapján
50m
200m
50m
Normál forgalom • Folyamatos világítás
200m
50m
50m
50m
50m
On-line felület
Energia megtakarítás útkategóriánként Road class
cd/m2
Savin g
Traffic distribution
ME4 0.75
41%
0.30
67%
ME6
0h
6h
18h
24h
Lámpatesthálózat fogyasztás az L1 fázison Mért fogyasztási adatok és a névleges maximális teljesítmény [kW] 2014.09.07. 19:45-től 2014.09.08 06:00-ig
P [kW] 2,5
Elméleti fogyasztás a névleges adatok mellett: 23,1 kWh
2
Megtakarítás : 55,71 %
1,5
1
Névleges teljesítmény [kW]
Ténylegesen felvett teljesítmény [kW]
6:00:00
5:45:00
5:30:00
5:15:00
5:00:00
4:45:00
4:30:00
4:15:00
4:00:00
3:45:00
3:30:00
3:15:00
3:00:00
2:45:00
2:30:00
2:15:00
2:00:00
1:45:00
1:30:00
1:15:00
1:00:00
0:45:00
0:30:00
0:15:00
0:00:00
23:45:00
23:30:00
23:15:00
23:00:00
22:45:00
22:30:00
22:15:00
22:00:00
21:45:00
21:30:00
21:00:00
20:45:00
20:30:00
20:15:00
20:00:00
19:45:00
0
21:15:00
Tényleges fogyasztás: 10,23 kWh
0,5
t [hh:mm:ss]
Energia felhasználás / megtakarítás Energia felhasználás [%] 100
~ 20 – 30%
90 80
Megtakarítás [%]
70 60
~ 55 65%
ME4 50
ME5
40
ME6 30 20 10 0
Vezérlés nélkül
Idővezérelt világítás
Eseményvezérelt adaptív világítás
Energetikai rendszer
Energetikai rendszer elemei
19
Energetikai rendszer fő műszaki paraméterei Napelemes alrendszerek STC Napelem technológia teljesítmény PV#1
Inverter kimeneti teljesítménye
Inverter topológia
3,46 kWp
a:Si / µ:Si (vékonyréteg)
3,00 kW
HF trf.
PV#2
3,43 kWp
Polikristályos
3,00 kW
HF trf.
PV#3
3,50kWp
Monokristályos
3,00 kW
HF trf.
PV#4
10,08 kWp
Polikristályosalrendszerek 3,00 kW Akkumulátoros
Trf. nélküli
Akkumulátor kapacitása
Technológia
Ciklus élettartam
AC-AC hatásfok
BAT#1
8,74 kWh
FLA (savas)
3000 (@40% DOD)
71 %
BAT#2
5,5 kWh
Li-ion
> 5000 (@70% DOD)
89 %
BAT#3
4 kWh
Li-ion
> 7000 (@60% DOD)
88 %
Napelemek Monokristályos
3,50kWp
Vékonyréteg
3,46 kWp
Polikristályos
10,08 kWp
Polikristályos
3,43 kWp
Energia menedzsment SMART mérők Kapcsolószekrények Kommunikációs eszközök Akkumulátorok
Töltésvezérlők Inverterek
Energetikai rendszer funkció Energiafolyam optimalizálása: • A rendszeradatok a központi számítógépbe (CC) futnak be, az akkumulátorok töltés/kisütését a CC vezérli az időjárás előrejelzés, fogyasztásbecslés és (jelenleg) fiktív tarifarendszer alapján. Az optimaliáció célfüggvénye: • A megtermelt energia helybeni felhasználása. • Közcélú elosztóhálózat használatának minimalizálása. • A töltésvezérlők saját méréseik alapján úgy szabályozzák az akkumulátorok töltés/kisütését, hogy – amíg az akkumulátorok töltöttsége/szabad kapacitása engedi – a csatlakozási ponton a teljesítményszaldó nulla legyen. Szigetüzemű működés: • Hálózati kimaradás esetén a lámpatesthálózat tápellátása szigetüzemre vált, a lámpák áramszünet esetén is világítanak. • Tervezett szigetüzemi működési idő 2 óra. • Szigetüzemben a feszültség- és frekvencia szabályozási feladatot az akkumulátor inverter látja el. Kültéri laboratórium: • Különböző napelem- és akkumulátortechnológiák összehasonlítása
Energetikai rendszer elemei
Az E+GRID energetikai rendszere 2014.03.19. (szerda)
6000
5500
5000
4500
Rendszerterhelés közvilágítás nélkül [MW]
21:15
18:15
07:00
3500
03:00
4000
00:00
Közvilágítás és rendszerterhelés [MW]
Energia csúcs
Közvilágítás becsült teljesítmény felvétele [MW]
Az E+GRID energetikai rendszere
Visszatáplálás csúcsidőszakban
15
4500
10
4000
5
3500
0
21:15
5000
18:15
20
07:00
5500
03:00
25
Közvilágítás becsült teljesítmény felvétele [MW]
Rendszerterhelés közvilágítás nélkül [MW]
Akkumulátorokból visszatáplált teljesítmény [kW]
Akkumulátorok töltése [kW]
Napelemek termelése [kW]
Napelemek termelése, akkumulátorok töltése/kisütése [kW]
Akkumulátorok töltése
6000
00:00
Közvilágítás és rendszerterhelés [MW]
2014.03.19. (szerda) – Előzetes helyszíni tesztek Napelemek által megtermelt energia: 85,66 kWh Csúcsidőszakban visszatáplált energia: 6,22 kWh Akkumulátorok AC-AC hatásfoka: 78% (FLA és Li-ion együtt)
Teljesítmény viszonyok az L2 fázison és az országos terhelési görbe Teljesítmény [MW] 5500
3,5 Teljesítmény [kW] 3 2,5
5000
2 1,5
4500
1 0,5
4000
0 -0,5
3500
-1 -1,5
Akkumulátor inverter teljesítménye [kW] PV inverter teljesítménye [kW] Belső hálózatba visszatáplált teljesítmény [kW] Lámpák által felvett teljesítmény [kW]
3000
Teljesítmény viszonyok az L2 fázison és az országos terhelési görbe Teljesítmény [MW] 3,5 5500 Teljesítmény [kW] 3 2,5 2
Visszatáplálás az esti csúcsidőszakban
5000
Akkumulátor kisütés az esti csúcsidőszakban
1,5
4500
1 0,5
4000
0 -0,5
3500
-1
Akkumulátor töltés napenergiából -1,5
Akkumulátor inverter teljesítménye [kW] PV inverter teljesítménye [kW] Belső hálózatba visszatáplált teljesítmény [kW] Lámpák által felvett teljesítmény [kW]
3000
Teljesítmény viszonyok az L2 fázison és az országos terhelési görbe Teljesítmény [MW] 3,5 5500 Teljesítmény [kW] 3 2,5
5000
2 1,5 1
Lámpafogyasztás: Akkumulátorból: 2,11 kWh Hálózatból: 5,54 kWh Összesen: 7,65 kWh
Energiamérleg: Összes termelt: 23,08 kWh Visszatáplált: 19,2 kWh Vételezett: 5,54 kWh
Energiamérleg az esti csúcsban: Lámpafogyasztás: 2,11 kWh Felvett: 0,063 kWh Visszatáplált: 0,127 kWh Teljes mérleg: +0,64 kWh
0,5
4500
4000 Teljes mérleg: +13,66 kWh
0 -0,5
Tárolás AC-AC hatásfoka (az inverter stand by fogyasztását is számolva!): 71,83 %
3500
-1 -1,5
3000 Akkumulátor inverter teljesítménye [kW] PV inverter teljesítménye [kW] Belső hálózatba visszatáplált teljesítmény [kW] Lámpák által felvett teljesítmény [kW]
On-line adatok: minden, bárhonnan, bárkinek (?)
29
Termelési adatok: napi, havi, éves bontásban
Title or Job Number | XX Month 201X
GE Business Unit Name
30
Besugárzási intenzitás, PV modulhőmérséklet
Title or Job Number | XX Month 201X
GE Business Unit Name
31
Monitoring rendszer – PV technológiák Május – tiszta égbolt
Termelt energia:
Vékonyréteg napelemek jobban termelnek. Irmax = 963 W/m2 Tmodul = 50,73 °C Pmax = 8,14 kW
PV#1 PV#2 PV#3
Május – változó időjárás
Termelt energia:
Nagyjából azonos termelés, nagyobb csúcsok. Irmax = 1170 W/m2 Tmodul = 31,59 °C Pmax = 8,86 kW
PV#1 PV#2 PV#3
23,53 kWh 22,40 kWh 20,95 kWh
17,30 kWh 16,93 kWh 15,30 kWh
Monitoring rendszer – Akkumulátor technológiák
FLA Hoppecke OPzS, SBU5000 inverter: Visszatáplált: 2,195 kWh AC-AC hatásfok: 83,49 %
Li-ion NeoQubee, SBU5000 inverter: Visszatáplált: 2,1875 kWh AC-AC hatásfok: 95,70 %
MPP szabályozó működési jellemzők
34
Hálózati feszültség: péntek - vasárnap - hétfő
35
E+grid video http://youtu.be/nKiQzD1cW3Q http://youtu.be/nKiQzD1cW3Q
Title or Job Number | XX Month 201X
GE Business Unit Name
36
Jövőkép
A jövő kihívása – SMART city Adaption to the environment
Analytics
Automation
Information
Big Data
Digital community
Renewable energy
Traffic management Intelligent infrastucture
„ If I had asked people what they wanted, they would have said faster horses ” - Henry Ford-
„ A lot of time, people don’t know what they want until you show it to them ” - Steve Jobs -
KFKI campus • • • •
274.000 m2 élő laboratórium Kutatói bázis, adatgyűjtés 200 világítási pont Telepített fejlesztői környezet
Kültéri bemutatóterem a jövő felhasználóinak, vevőinek, hogy megválaszolhassuk azt a kérdést, hogy:
Mik a vevői,felhasználói igények? 41
Kutatási irányok - Világítás mint SMART infrastruktúra Forgalomirányítási rendszerek • Forgalom intenzitásához igazított jelzőlámpa vezérlés • Forgalom optimalizáció • Utazási idő, dugók csökkentése
Nagy felbontású helyi információk • • •
Nagy sűrűségű szenzorhálózat Légszennyezettség, zaj, UV, stb. szenzorok integrációja On-line szmog, zaj, besugárzás térkép
SMART city infrastruktúra • • • •
Infrastruktúra a kültéri SMART city alkalmazásokhoz Helyi információk az utakról Kommunikáció az intelligens autókkal Város szintű WiFi hot spot
Köszönjük a figyelmet! A KMR-12-1-2012-0031 szerződésszámú projekt a Magyar Kormány támogatásával, a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség kezelésében, a Kutatási és Technológiai Innovációs Alap finanszírozásával valósul meg.
Bátai Roland
[email protected] Imagination at work. Prikler László
[email protected]
