15.6 Обсуждение

Энергосистема, предложенная для концепции Smarthoood, способна достичь почти полной независимости от сети за счет использования гибкости, обеспечиваемой различными компонентами системы. Аквапоническая система, особенно, имеет положительный

Таблица 15.4 Гибкий спрос на систему аквапоники

стол тхед tr class=“заголовок» т Компонент /th т Порядок величин /th т Гибкость /th /tr /thead тбоди tr class=“нечетный» td rowspan=3 Насосы /td td 0,05—0,15 кВт.суб. MsUP3/SUP /td td rowspan=3 Не все насосы должны работать непрерывно. Основные процессы (контроль кислорода, контроль аммиака, контроль COSub2/Sub, обмен резервуарами, контроль взвешенных твердых веществ) должны выполняться непрерывно. Более мелкие процессы, такие как дозирование pH буфера, процедуры обратной промывки, обмен водой или резервное оксигенация, не должны выполняться непрерывно /td /tr tr class=“даже» td 1-3 кВтсуб/суб /td /tr tr class=“даже» td 8,76-28,26 МВтл/суб в год /td /tr tr class=“нечетный» td rowspan=2 Освещение /td td 80—150 Вт/мсуп2/SUP /td td rowspan=2 Растения нуждаются в ~4—6 ч темноты, в остальную часть дня они могут быть освещены искусственно. Это оставляет около 0 (лето) до 12 (зима) часов гибкого дополнительного освещения /td /tr tr class=“даже» td При коэффициенте пропускной способности 10— 20% это приводит к 28—105 МВт·суб/год кВт·суб/суб /td /tr tr class=“нечетный» td rowspan=2 Отопление помещений (пол) и отопление резервуаров для аквакультуры /td td 444 кВтч/под/MSUP2/суп/год /td td rowspan=2 Благодаря высокой тепловой массе бетонного пола и большому объему воды в резервуаре RAS тепловая нагрузка чрезвычайно гибка /td /tr tr class=“нечетный» td 177,8 МВтч/суб/год /td /tr tr class=“даже» td rowspan=2 Дистилляционная установка /td td 50 Kwsubth/sub/sub/год /td td rowspan=2 Дистилляционная установка работает на горячей воде (70—90 ˚C) и может эксплуатироваться со значительной степенью гибкости (MemSys 2017) /td /tr tr class=“нечетный» td 166,4 МВтч/суб/год /td /tr /tbody /таблица

влияние на общую гибкость системы. При самодостаточности мощности 95,38% эта система работает лучше, чем любая другая экономически целесообразная система, оцененная в предыдущих исследованиях (de Graaf 2018).

Control Architecture Облегчение децентрализованной местной энергетической экономики, такой как та, предложенная в концепции Smarthoods, требует платформы, которая отслеживает все одноранговые транзакции, происходящие в районе. Соответствующая одноранговая сеть может быть классифицирована как подход с несколькими агентами (MAS), при котором несколько узлов (например, домохозяйства или коммунальные здания) функционируют как независимые агенты со своей собственной целью (например, минимизировать затраты или максимизировать энергосбережение) и соответствующим процессом принятия решений. Такой децентрализованный, многоагентный подход к принятию решений необходим в силу сложности системы. Существует слишком много информации и слишком много переменных для вычисления иерархической, нисходящей и централизованной архитектуры управления.

Blockchain Архитектура управления многоагентной системой на основе блокчейна потенциально может обеспечить необходимую структуру для размещения децентрализованной одноранговой сети. Огромное количество распределенных узлов обеспечивает стабильность и безопасность сети, и может быть использована альтернатива майнингу: чеканка. При чеканке токены/монеты генерируются на основе данных, предоставляемых реальным устройством, таким как интеллектуальный счетчик энергии. При условии, что эти источники информации можно доверять, т.е. эти устройства могут быть защищены от несанкционированного вмешательства, может быть создана защищенная и независимая бухгалтерская книга, в которой различные заинтересованные стороны могут обмениваться товарами (например, электроэнергией) и услугами (например, управление спросом). Используя смарт-контракты, сложные сервисы, такие как гибкая торговля, могут быть запрограммированы в архитектуру управления системы.

_Интернет вещей. Компоненты системы Smarthoood, такие как тепловые насосы, освещение теплиц или UASB, могут управляться с помощью подключенных к Интернету датчиков и приводов, известных как Интернет вещей. Сеть датчиков Интернета вещей позволяет осуществлять обширный сбор данных, начиная от концентрации питательных веществ в аквариумах и заканчивая, например, циклами нагрузки аккумулятора, причем все это происходит на временной основе. Эти данные могут быть использованы для проверки числовой модели и оптимизации динамического управления системой.

Оптимизация управления системой Smarthoood может быть выполнена путем анализа данных с использованием алгоритмов искусственного интеллекта, таких как генетическое программирование (эволюционные алгоритмы) или машинное обучение. Например, при обучении машинному армированию алгоритму передается набор действий и их влияние на окружающую среду в качестве входных аргументов, а также текущее состояние системы и кумулятивная объективная/стоимостная функция. Постепенно улучшающийся эвристический процесс принятия решений может быть реализован в каждом домохозяйстве, который будет динамично адаптироваться к ситуациям, чтобы найти почти оптимальную программу принятия решений, которая будет управлять потоками энергии внутри дома и Smarthood. Каждый дом может использовать такой алгоритм, в результате чего можно создать многоузловую архитектуру системы управления, известную как мультиагентная система (MAS), которая является относительно недорогой вычислительной (по сравнению с централизованным управлением) — и близка к оптимальному.

Legal Barriers Высоко инновационный характер различных аспектов концепции Smarthoood, таких как полигенерация микросетки, многоконтурная аквапонная система и нетрадиционные требования городского планирования, создает уникальный набор проблем, которые необходимо преодолеть. Для многих из этих проблем нынешняя нормативная база является недостаточной для учета изменений, предложенных в концепции Smarthoods.

Microgrids, например, лучше всего работать, когда существует местный рынок, на котором различные prosumers (потребители, которые одновременно производят энергию) могут участвовать в безфрикционной торговле энергией на свободном рынке. Затем рыночные силы будут работать над созданием местного энергетического рынка, на котором колебания цен на энергию будут вызваны местным спросом и предложением. Таким образом, такое колебание цен будет стимулировать интеллектуальные энергетические решения, такие как хранение энергии, управление спросом или гибкое производство энергии. В большинстве стран ЕС свободный местный рынок в настоящее время невозможен из-за нормативных положений; налоги должны уплачиваться за каждый кВтч, проходящий через счетчик электроэнергии, цена на электроэнергию для потребителей фиксирована, а участники рынка не могут участвовать в энергетическом рынке без вмешательства третьего называется aggregator. В связи с ожидаемым увеличением масштабов разработки проектов в области микросетей регуляторам придется изыскивать пути содействия развитию местных энергетических рынков, с тем чтобы полностью раскрыть потенциал высокоинтегрированных микросетей (см. пример 15.2).

Пример 15.2

Недавний прогресс в рамках нормативной базы в Нидерландах является введение экспериментального закона, который позволяет небольшое количество тщательно отобранных проектов (например, de Ceuvel, пример Z.1), чтобы энергетические кооперативы могли стать их собственным оператором распределительной системы, как если бы они находились за однометровым соединением. Этот закон свидетельствует о том, что директивные органы Нидерландов осведомлены о ранее упомянутых правовых барьерах, и поэтому, скорее всего, приведет к пересмотру действующего законодательства в области электроэнергетики в ближайшем будущем, с тем чтобы лучше учесть изменения в области микросетей.

Кроме того, в большинстве стран ЕС существуют некоторые правовые барьеры в отношении повторного использования очищенной черной воды для производства рыбы и растений, поскольку необходимо обеспечить полную ликвидацию патогенов человека. Более подробную информацию о правовой базе аквапоники можно найти в [главе 20](/community/articles/глава 20-регуляторные рамки для аквапоники в Европейском союзе).