Doorzoek volledige site
06 januari 2015

Opinie (Arnout Aertgeerts): Demand side management van de thermische flexibiliteit in een residentiële wijk via een multi-agent controle systeem

Arnout Aertgeerts.

Op maandag 8 december 2014  werd de eerste IBPSA NVL Best Thesis Award 2014 uitgereikt in Leuven door prof Jan Hensen (TU Eindhoven), voorzitter van IBPSA NVL. Laureaat was Arnout Aertgeerts met zijn eindwerk “Demand side management of the thermal flexibility in a residential neighborhood using a hierarchical market-based multi-agent system”. Daarin breekt hij een lans voor Demand Side Management. 

"Kerncentrales die moeten stil gelegd worden, risico’s op een black-out, problemen in de elektriciteitsbevoorrading van België, … Het zijn bijna dagelijkse thema’s in het nieuws die aangeven dat er nieuwe technologische ontwikkelingen nodig zijn om de onzekerheid op het Belgisch elektriciteitsnet te verkleinen. Momenteel zorgen de flexibele gascentrales ervoor dat de elektriciteitsconsumptie steeds gelijk is aan de productie, maar zal dit nog genoeg zijn indien de onzekerheid op de productie stijgt door de stijgende capaciteit van hernieuwbare energie via windmolens of zonnepanelen?

Demand Side management (elektrische vraagsturing) zorgt voor een flexibele elektriciteitsconsumptie van de verschillende gebruikers en kan een veelbelovende oplossing zijn om de druk op het elektriciteitsnet te verlagen. Concreet houdt dit voor u en mij in dat ons elektriciteitsverbruik automatisch aangepast wordt aan de beschikbaarheid van energie. Dankzij gebouwen die verwarmd worden via warmtepompen en een slimme aansturing kan dit zelfs zonder dat u er iets van merkt!

Gebouwen (en andere thermische toepassingen zoals buffervaten) vertonen wat we noemen een thermische flexibiliteit die bepaald wordt door de comfortgrenzen van de bewoners. Deze comfortgrenzen stellen limieten in voor de maximale en minimale temperatuur in het gebouw waartussen de thermostaattemperatuur geregeld kan worden zonder dat dit het comfort van de gebruikers schaadt, bv een 20 en 21°C. Dit laat ons toe om thermische energie op te slaan in een gebouw en de verwarming van het gebouw flexibel aan te sturen zolang we maar binnen deze grenzen blijven. Indien de verwarming van een gebouw via een elektrische warmtepomp werkt, kunnen we het elektriciteitsverbruik van deze warmtepomp regelen om Demand Side Management toe te passen.

Het regelsysteem speelt een centrale rol in de efficiëntie bij het toepassen van DSM. Smart-grid ready-warmtepompen laten ons dan misschien reeds toe om de apparaten op een afstand te besturen, het blijft de verantwoordelijkheid van het regelsysteem om het ideale moment te kiezen voor de warmtepomp om elektriciteit te verbruiken en dus het gebouw of buffervat op te warmen. DSM van een enkele warmtepomp kan uiteraard geen problemen op het elektriciteitsnet oplossen, de samenwerking van de verschillende gebouwen uit een wijk kunnen echter wel iets betekenen op basis van een gemeenschappelijk objectief.

Ons onderzoek heeft uitgewezen dat een Multi-Agent-regelsysteem in een wijk een uitstekende manier is om een gemeenschappelijk objectief te kunnen communiceren naar verschillende huizen. In een dergelijk systeem wordt elk huis voorgesteld door een Agent die verantwoordelijk is voor de communicatie met het centrale besturingssysteem of Business Agent. Deze Business Agent kan dan op basis van gesofisticeerde beslissingsstrategiëen de totale elektriciteitsconsumptie van een wijk kiezen. Het Multi-Agent systeem zorgt er voor dat alle gebouwen samen de gekozen elektriciteit verbruiken en dat de temperatuur in elk gebouw steeds binnen de comfortgrenzen blijft.

Slimmere beslissingsstrategiëen toegepast door de Business Agent maken gebruik van weers- en/of elektricteitsprijsvoorspellingen om een objectief zo goed mogelijk te verwezenlijken. Spanningsproblemen op het net omwille van overproductie van zonne-energie kunnen opgelost worden door warmtepompen die buffervaten opladen tijdens deze momenten. Via voorspellingen van de elektriciteitsprijzen, die de problemen op het elektriciteitsnet goed weergeven, kan een Multi-Agent systeem zelfs het elektriciteitsverbruik van een wijk plannen opdat de wijk zo goedkoop mogelijk verwarmd wordt én het net uit de nood helpt!

Demand Side Management kan dus de druk op het elektriciteitsnet verlichten via een flexibele elektriciteitsconsumptie van warmtepompen. Verwarming is de grootste energieverbruiker in een gebouw en leent zich dus uitstekend tot DSM, zeker als we spreken over de totale hoeveelheid energie nodig om een gehele wijk te verwarmen. In samenhang met het beter isoleren van gebouwen om het energiegebruik te verminderen, kunnen onze gebouwen dus ook iets betekenen voor de veiligheid elektriciteitsbevoorrading dankzij hun flexibiliteit!"