Raziskovalno gospodinjstvo

Raziskovalno gospodinjstvo

Predstavljamo vam Petra, prebivalca soseske Seestadt Aspern na Dunaju, ki s svojim stanovanjem sodeluje pri naprednem raziskovalnem projektu urbane energetske prihodnosti. V spodnjem prispevku tudi več o najbolj inovativnem in trajnostnem projektu energetske učinkovitosti v Evropi.

Iz revije Hi!tech 1/20, maj 2020

Ko Peter zapušča svoje stanovanje, pritisne na eko stikalo zraven vhodnih vrat, s katerim deaktivira WLAN omrežje v stanovanju in prekine napajanje v vtičnicah za grelnik vode, televizijo ali kavni aparat. Naprave s časovnim vklopom ali digitalna ura imajo lastne vtičnice, v katerih je vedno električni tok. S posebno aplikacijo na svojem mobilnem telefonu lahko Peter vklopi talno ogrevanje, medtem ko še sedi na vlaku podzemne železnice na poti domov. Preko energetske aplikacije lahko ročno upravlja tudi luči in prezračevanje v stanovanju. Nastavitev za njegovo 50 kvadratnih metrov veliko stanovanje pravi, da v ponedeljek dela od doma, ob četrtkih pa po službi obišče še fitnes studio. Energetska aplikacija za tablične računalnike in pametne telefone mu v vsakem trenutku prikaže temperaturo in kakovost zraka v dnevni sobi pa trenutno porabo tople vode, ogrevanja in elektrike. Za več informacij so na voljo mesečne in letne statistike. Peter si lahko ogleda porabo za vsako posamezno napravo in se odloči, ali se mu izplača kupiti energetsko varčen hladilnik ali učinkovitejši pralni stroj. Aplikacija ponuja tudi varčevalne nasvete, vendar pri tem ni pokroviteljska. Tako lahko Peter brez večjih naporov nadzoruje in optimira svojo porabo energije.

 

Peter ni izmišljeni prebivalec pametne soseske, temveč v resnici obstaja. Že štiri leta živi v toplotno samozadostni stanovanjski stavbi v soseski Seestadt Aspern na Dunaju. Kot eden od 111 tim. 'pametnih uporabnikov' sodeluje pri demonstracijskem projektu zbiranja podatkov v živo, ki ga Siemens v sodelovanju z lokalnim ponudnikom energije Wien Energie ter upravljalcem elektroenergetskega omrežja Wiener Netze izvaja v soseski. Vendar to ni bil razlog, zakaj se je prijavil za sodelovanje. Peter enostavno rad živi v tej novogradnji v zelenem okolju mestnega obrobja: "Rad varčujem z električno energijo in se zanimam za energetsko tematiko. Zato sem se prostovoljno prijavil za ta terenski projekt", razloži. V vsakodnevnem življenju Peter sploh ne opazi, da je del raziskovalnega projekta, in uživa, da je kot pametni uporabnik med prvimi obveščen o novih možnostih in kot pionir preizkuša novosti, kot je talno hlajenje, ki ga bodo namestili letos.

Štirje stebri pametnega mesta 

'Pametni uporabnik' je samo eden od štirih stebrov mesta prihodnosti. Ostali trije so inteligentni sistemi, ki obkrožajo Petra. Prvi je pametna stavba, v kateri stanuje. Potem je tu pametno omrežje, ki ga oskrbuje z energijo. Tretji steber pa je pametna informacijska in komunikacijska tehnologija, ki omogoča, da vsi sistemi, kot so toplotna črpalka, solarni paneli in sistemi za optimizacijo delovanja stavbe, komunicirajo med sabo pa tudi s Petrom.

 

Čeprav je 'pametni uporabnik' Peter v tem prispevku označen z imenom, mu je v okviru raziskovalnega projekta zagotovljena anonimnost. Peter namreč podatke o udobju in porabi energije dobavlja preko pametnega števca energije in pametne aplikacije, stanuje pa tako ali tako v pametni stavbi, ki lahko proizvaja toploto in električno energijo in ju tudi shranjuje. Pametne stavbe so namreč opremljene z optimiziranimi in avtomatiziranimi krmilnimi in regulacijskimi mehanizmi, ki naj bi jim pomagali izravnavati ponudbo in povpraševanje po toploti in električni energiji. Sposobnost shranjevanja in kasnejše porabe energije pomeni fleksibilnost, ki bi jo lahko uporabili tudi na energetskih trgih ali za stabilizacijo pametnega omrežja.    

Pametno omrežje se stabilizira samo in ohrani stabilnost tudi v luči prihajajočih izzivov, predvsem vedno večje elektrifikacije na področju mobilnosti, proizvodnje toplotne energije in upravljanja stavb, nihanj v ponudbi energentov obnovljivih virov energije, kot sta veter in sonce, raznolikih porabnikih glede na vremenske razmere, življenjski stil in e-mobilnost, ter vedno večje decentralizacije. Proizvodnja električne energije ni več samo stvar konvencionalnih elektrarn, saj lahko elektriko proizvajamo tudi s sončnimi paneli ali vetrno turbino na strehi stanovanjske hiše. V prihodnosti bo tudi shranjevanje električne energije porazdeljeno - na primer v šolah, stanovanjskih hišah ali nakupovalnih centrih. 

 

Za usklajevanje vseh podatkovnih tokov, sistemov, standardov in procesov pa je potrebna pametna informacijska in komunikacijska tehnologija. Pametna IKT preveva in združuje ostale tri stebre. Glede na nalogo v konkretni situaciji lahko deluje kot univerzalni tolmač, nadzorni center, podatkovna banka, dirigent, termometer za merjenje telesne temperature ali ekonom. Čeprav se to sliši kot znanstvena fantastika, pa je dejansko že v fazi snovanja, izdelave in uspešnega preizkušanja.  

Kaj vse lahko dosežemo na področju energetske učinkovitosti in katere rešitve nas bodo privedle do zadanega cilja, nam prikazuje projekt dunajske soseske Aspern, kjer ustrezne koncepte preizkušajo že od leta 2013. Do leta 2028 naj bi pozidali vseh 240 hektarjev nekdanjega letališča, na katerih bo delalo in bivalo okoli 20.000 ljudi. Vzporedno z izgradnjo nove mestne soseske pa je bilo leta 2013 ustanovljeno tudi raziskovalno združenje "Aspern Smart City Research" (ASCR). Prva faza uspešnega sodelovanja se je zaključila leta 2018, ko je bila sprejeta odločitev o podaljšanju projekta in opredeljena denarna sredstva za obdobje 2019-2023. Poleg Siemensa kot tehnološkega partnerja v združenju sodelujejo še Gospodarska agencija Dunaj (oz. Wirtschaftsagentur Wien), sistemski operater Wiener Netze, distributer električne energije Wien Energie ter družba za razvoj mestne soseske Wien 3420 Aspern Development AG. 

Z eko stikalom se lahko izogne nepotrebni porabi električne energije med mirovanjem električnih aparatov.

S pomočjo aplikacije lahko Peter upravlja ogrevanje in razsvetljavo tudi, ko ga ni doma.

Za celo morje podatkov

V prvi fazi projekta so v omrežje povezali in raziskovali toplotno samozadostni stanovanjski objekt z 213 stanovanjskimi enotami, v katerem ima stanovanje tudi Peter, ter toplotno samozadostni izobraževalni kampus z vrtcem in osnovno šolo ter študentskim domom s 300 posteljami. Petrov tok podatkov se skupaj s podatki drugih 'pametnih uporabnikov' in številnih senzorjev v stavbah, tehničnih sistemih, neposredni okolici in lokalnem elektroenergetskem omrežju steka v podatkovno morje, ki ga analizira združenje Aspern Smart City Research. Seveda je prva želja vsakega 'pametnega uporabnika' udobno življenje. Če ima motivacijo in možnost, pa pri tem lahko še prihrani pri energiji in stroških. Skupni cilj ASCR je optimizacija proizvodnje, distribucije, shranjevanja in porabe energije v celotni soseski. 

 

V pametnih stavbah se ogrevanje, hlajenje, prezračevanje, razsvetljava, varnostni sistemi in sistemi dostopa, toplotne črpalke, solarna termalna energija, sončni paneli, baterije in e-mobilnost obravnavajo kot celota. Njihovo podatkovno centralo si lahko predstavljamo kot Generalno skupščino ZN, vendar brez tolmačev. Siemensov glavni cilj je bil, da si ne prizadeva za poenotenje jezika stavbe, omrežja, porabniških vzorcev prebivalcev ter tehničnih standardov, ampak da razvije prevajalske prototipe oziroma univerzalno uporabne rešitve, ki bi bile nato pripravljene za pridobitev dovoljenja za promet na mednarodnem trgu, kar mu je tudi uspelo.   

 

S skupnimi prizadevanji pa so bile razvite rešitve za pametne stavbe in bodoči razvoj omrežne infrastrukture. Tako so sedaj na voljo aplikacije za nadzor trenutne obremenitve omrežja, učinkovitejšo uporabo omrežja ter avtomatsko zaznavanje, kako so različni senzorji v omrežju povezani - preko energetskega voda, optičnega kabla ali radijskega signala. Poleg tega je bilo pridobljenega veliko znanja o najprimernejših merilnih intervalih in optimalni opremljenosti s senzorji. 

Tako imenovani Building Energy Management System oziroma sistem za upravljanje energije v stavbah samodejno optimira porabo energije v stavbah, kar dokazano znižuje izpuste ogljikovega dioksida in energetske stroške. Pametna programska oprema v morju podatkov razbere, katero pot ubira elektrika v nizkonapetostnem omrežju. S takimi informacijami bomo lahko v prihodnje učinkoviteje upravljali energetsko omrežje in ga ustrezno pripravili na uporabo obnovljivih virov energije, domačih baterijskih akumulatorjev ali elektromobilnosti. 

 

V drugi fazi projekta bo ASCR obseg podatkov dopolnil z dodatno poslovno stavbo, ki ima tako imenovanega digitalnega dvojčka oziroma strojno berljivi, digitalni repozitorij prostorskih, časovnih in tehničnih informacij o stavbi od njenega načrtovanja do obratovanja. Raziskovalni cilj do leta 2023 je nadaljnje zniževanje stroškov obratovanja za samo stavbo in omrežno infrastrukturo, na primer s pomočjo napovednega vzdrževanja. Pri tem naj bi podatki o stavbi iz digitalnega dvojčka postali središčna točka, ki povezuje podatke, uporabnike in specifične načine uporabe. Na tej podlagi razvite rešitve naj bi se v večji meri konfigurirale same in bile enostavne za uporabo. Raziskovalci se bodo lotili tudi vse bolj pomembne tematike hlajenja v stavbah. Ekipa pri ASCR si želi tudi dobre integracije naraščajoče e-mobilnosti in pripadajoče polnilne infrastrukture v distribucijsko omrežje oziroma ju vključiti v nove, na podatkih temelječe energetske modele. Usmerjeno polnjenje in praznjenje baterij namreč ustvarja potencial za trgovanje z električno energijo, s čimer se lahko prihrani oziroma zasluži dodaten denar.  

 

'Pametni uporabnik' Peter bo torej še naprej prijetno bival v svojem stanovanju in se udobno izogibal nepotrebni porabi električne energije med mirovanjem električnih aparatov. V prihodnje bi rad sodeloval v modelu souporabe električnih vozil. V stavbi imajo namreč električno polnilnico in dobro izrabljena odpadna toplota iz garaže prispeva svoj delež k toplotni bilanci njegove stanovanjske hiše. Na zadnjem sestanku stanovalcev je bilo zastavljeno tudi vprašanje, ali bi se prebivalci pridružili pobudi za večji obseg proizvodnje elektrike v strešni elektrarni. Morda pa se bo tudi Petru zdelo zabavno, da presežno elektriko iz skupne fotovoltaične naprave po najboljši ceni dovaja v elektroenergetsko omrežje.