11 جولای 2022 -توسط دن کارول، دانشگاه کارنگی ملون -اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0
الوین ویندل، دانشجوی دکتری رشته مهندسی عمران و محیط زیست در دانشگاه کارنگی ملون، موفقبه ایجاد مدلی شده است که می تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای از ساختمان ها و بهبود کارایی کلی شبکه کمک کند. این مقاله توسط مشاوران ویندل، ماریو برگس و بورکو آکینجی، هر دو استاد مهندسی عمران و محیط زیست، نوشته شده است.
در ایالات متحده، ساختمان ها بیش از 70 درصد مصرف برق و بخش بزرگی از کربن منتشر شده از بخش انرژی را تشکیل می دهند. ادغام پایدار انرژی های تجدیدپذیر در شبکه برق نیازمند منابع اضافی انعطاف پذیری عملیاتی است. منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید انرژی بسیار پاک تری نسبت به سوخت های فسیلی ارائه می دهند. با این حال، تنوع معرفی شده با تکیه بر فرآیندهای طبیعی برای تولید برق، به شبکه ای نیاز دارد که سازگارتر با تغییرات در مقدار انرژی موجود باشد. وزارت انرژی (DOE) از طریق اجرای فناوری‌ها و نوآوری‌هایی که به افزایش کارایی و کاهش انتشار کربن کمک می‌کند، پتانسیل را در تصور مجدد ساختمان‌ها به عنوان دارایی‌های انعطاف‌پذیر تشخیص داده است.
مدل این تیم برای انعطاف پذیری تقاضا در سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) راه حل هایی را در مدیریت تقاضای انرژی برای مدیران ساختمان و اپراتورهای شبکه ارائه می دهد. انعطاف پذیری تقاضا، ظرفیت ساختمان برای تغییر فعال مصرف انرژی است – ویژگی مهمی که می تواند به تعادل تقاضای انرژی در سراسر شبکه برق کمک کند.
روش‌های موجود برای تخمین انعطاف‌پذیری ساختمان‌های تجاری بر انعطاف‌پذیری حرارتی متمرکز شده‌اند و در عین حال پاسخ سیستم HVAC را ساده می‌کنند. این رویکرد اغلب منجر به دقت پایین در پیش‌بینی‌های انعطاف‌پذیری می‌شود، که تاکنون چشم‌انداز استفاده از ساختمان‌ها را برای خدمات شبکه‌ای که قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد، محدود کرده است. علاوه بر این، یک چالش اساسی در توسعه مدل‌های دقیق‌تر، در نظر گرفتن ناهمگونی در جمعیت ساختمان و ترجیحات راحتی فردی است.
هدف مدل جدید این است که این انعطاف‌پذیری را به عنوان ویژگی سیستم مکانیکی نصب شده با استفاده از جریان‌های داده تولید شده و ذخیره‌شده در سیستم‌های اتوماسیون ساختمان مدرن تعریف کند. تکثیر کنتورها و حسگرهای هوشمند در بیش از 60 درصد ساختمان‌های تجاری، داده‌های بی‌درنگ بیشتری را از سیستم‌های HVAC در اختیار این محققان قرار می‌دهد. مدل پیشنهادی آنها پیش‌بینی انعطاف‌پذیری تقاضای دقیق‌تری را برای کاهش تقاضا در مقایسه با رویکردهای موجود ارائه می‌کند و در عین حال از فرآیند کسب مدل مقیاس‌پذیر برای استفاده گسترده در ساختمان‌های تجاری پشتیبانی می‌کند.
مدل‌های بهتر برای تخمین انعطاف‌پذیری تقاضا راه‌های جدیدی را پیشنهاد می‌کنند که مدیران ساختمان و اپراتورهای برق می‌توانند برای دستیابی به کاهش‌های سودمند متقابل در تقاضای انرژی هماهنگ کنند. اگر یک ساختمان بتواند تصویر دقیق‌تر و به‌موقع‌تری از انعطاف‌پذیری تقاضای خود را به شبکه ارائه دهد، آن‌گاه مدیران شبکه می‌توانند تقاضای انرژی را بهتر متعادل کرده و فعال کنند و در عین حال انگیزه‌هایی را برای مدیران ساختمان فراهم کنند که بتوانند تقاضای خود را در صورت نیاز کاهش دهند. این تیم قبلاً این مدل را بر روی شبیه‌سازی‌های سه ساختمان تحت شرایط آب و هوایی مختلف در سراسر ایالات متحده آزمایش کرده‌اند. آنها در حال برنامه‌ریزی آزمایش‌های بیشتر بر روی سیستم‌های HVAC دنیای واقعی از تابستان امسال هستند تا یافته‌های این تحقیق جدید را تأیید کنند.
کار Vindel، Bergés و Akinci ابزاری برای کنترل فعال مصرف انرژی در ساختمان‌ها و ادغام بیشتر سیستم‌های HVAC با شبکه و در عین حال احترام به نیازها و ترجیحات ساکنان ارائه می‌کند. در پیش‌بینی عوامل منحصر به فرد مؤثر بر منابع انرژی تجدیدپذیر، آنها همچنین فرصت‌های جدیدی را برای مدیران ساختمان و اپراتورهای شبکه ارائه می‌کنند تا در تعادل تقاضای انرژی و کاهش مصرف در بخش انرژی کربن‌زدایی همکاری کنند.
