Adaptív közvilágítási rendszerek felépítésnek bemutatása az E+Grid projekt kapcsán

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 közvilágítás LED-es 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

2012 Q3 Konzorcium - KMR-12-1-2012-0031 2012 Q4 2013 Q2 2013 Q4 2014 Q2 WP1 WP2 WP3 WP4 WP5 Tervezés Specifikáció Prototípus Installáció Finomhangolá s Rendszerterv KPI mutatók Ütemezés Interface definíció HW tervezés Technikai spec. Fejlesztői környezet Telepítés Összeszerelés Gyári tesztek Pilot run 2014 Q4 Hibajavítás Helyszíni teszt 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 Mozgásérzékelők 2 SMART vezérlő 3 Kombinált antenna 4 LED driver

Parkvilágító lámpatest prototípus Antenna 3 Mozgásérzékelő 1 Mozgásérzékelők 2 SMART vezérlő 3 Kombinált antenna 4 LED driver

Kommunikációs hálózat Gigabit LAN Rendszerelemek közötti Kommunikáció WiFi Távoli programozás Működési adatgyűjtés ~1.6MB/s switchbox RF MESH Világításvezérlés Önszervezés ~20 kb/s central computer smart meter weather station DALI Világításvezérlés

Vezérlési logika Vezérlési logika az úton (Wireless kapcsolat) Vezérlési logika a parkokban (DALI kapcsolat) Névleges fényáram, érzékelő Csökkentett fényáram, érzékelő Csökkentett fényáram

Világítási sémák Ritka forgalom Jármű/gyalogos megkülönböztetés érzékelési idő alapján 50m 200m 200m 50m 50m 50m 50m 50m Normál forgalom Folyamatos világítás

On-line felület

Energia megtakarítás útkategóriánként Road class cd/m 2 Traffic distribution Savin g ME4 0.75 41% ME6 0.30 67% 0h 6h 18h 24h

P [kw] 2,5 2 1,5 1 0,5 0 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 Elméleti fogyasztás a névleges adatok mellett: 23,1 kwh Megtakarítás : 55,71 % Tényleges fogyasztás: 10,23 kwh 5:00:00 5:15:00 5:30:00 5:45:00 6:00:00 19:45:00 20:00:00 20:15:00 20:30:00 20:45:00 21:00:00 21:15:00 21:30:00 21:45:00 22:00:00 22:15:00 22:30:00 22:45:00 23:00:00 23:15:00 23:30:00 23:45:00 0:00:00 0:15:00 0:30:00 0:45:00 1:00:00 1:15:00 1:30:00 1:45:00 2:00:00 2:15:00 2:30:00 2:45:00 3:00:00 3:15:00 3:30:00 3:45:00 4:00:00 4:15:00 4:30:00 4:45:00 t [hh:mm:ss] Névleges teljesítmény [kw] Ténylegesen felvett teljesítmény [kw]

Energia felhasználás / megtakarítás Energia felhasználás 100 [%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 ~ 20 30% Megtakarítás [%] ME4 ME5 ~ 55-65% ME6 0 Vezérlés nélkül Idővezérelt világítás Eseményvezérelt adaptív világítás

Energetikai rendszer

Energetikai rendszer elemei 19

Energetikai rendszer fő műszaki paraméterei PV#1 Napelemes alrendszerek Inverter STC teljesítmény Napelem technológia kimeneti teljesítménye 3,46 kw p a:si / µ:si (vékonyréteg) Inverter topológia 3,00 kw HF trf. PV#2 3,43 kw p Polikristályos 3,00 kw HF trf. PV#3 3,50kW p Monokristályos 3,00 kw HF trf. PV#4 10,08 kw p Polikristályos 3,00 kw Trf. nélküli Akkumulátoros alrendszerek 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) Energia csúcs Közvilágítás és rendszerterhelés [MW] 6000 5500 5000 4500 4000 3500 00:00 03:00 07:00 18:15 21:15 Rendszerterhelés közvilágítás nélkül [MW] Közvilágítás becsült teljesítmény felvétele [MW]

Az E+GRID energetikai rendszere 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) Visszatáplálás csúcsidőszakban Akkumulátorok töltése Közvilágítás és rendszerterhelés [MW] 6000 5500 5000 4500 4000 3500 00:00 03:00 07:00 18:15 21:15 25 20 15 10 5 0 Napelemek termelése, akkumulátorok töltése/kisütése [kw] Közvilágítás becsült teljesítmény felvétele [MW] Akkumulátorokból visszatáplált teljesítmény [kw] Napelemek termelése [kw] Rendszerterhelés közvilágítás nélkül [MW] Akkumulátorok töltése [kw]

Teljesítmény viszonyok az L2 fázison és az országos terhelési görbe Teljesítmény 3,5 [kw] Teljesítmény [MW] 5500 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 3,5 [kw] Teljesítmény [MW] 5500 3 2,5 2 1,5 Visszatáplálás az esti csúcsidőszakban Akkumulátor kisütés az esti csúcsidőszakban 5000 4500 1 0,5 4000 0-0,5 3500-1 -1,5 Akkumulátor töltés napenergiából 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 3,5 [kw] 3 Teljesítmény [MW] 5500 2,5 2 1,5 1 0,5 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 Teljes mérleg: +13,66 kwh Energiamérleg az esti csúcsban: Lámpafogyasztás: 2,11 kwh Felvett: 0,063 kwh Visszatáplált: 0,127 kwh Teljes mérleg: +0,64 kwh 5000 4500 4000 0-0,5-1 Tárolás AC-AC hatásfoka (az inverter stand by fogyasztását is számolva!): 71,83 % 3500-1,5 Akkumulátor inverter teljesítménye [kw] PV inverter teljesítménye [kw] Belső hálózatba visszatáplált teljesítmény [kw] Lámpák által felvett teljesítmény [kw] 3000

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 Vékonyréteg napelemek jobban termelnek. Ir max = 963 W/m 2 T modul = 50,73 C P max = 8,14 kw Termelt energia: PV#1 23,53 kwh PV#2 22,40 kwh PV#3 20,95 kwh Május változó időjárás Nagyjából azonos termelés, nagyobb csúcsok. Ir max = 1170 W/m 2 T modul = 31,59 C P max = 8,86 kw Termelt energia: PV#1 17,30 kwh PV#2 16,93 kwh PV#3 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 Title or Job Number XX Month 201X GE Business Unit Name 36

Jövőkép

A jövő kihívása SMART city Adaption to the environment Information Renewable energy Automation Big Data Intelligent infrastucture Analytics Digital community Traffic management

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 m 2 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 roland.batai@ge.com Imagination at work. Prikler László prikler.laszlo@vet.bme.hu