一個家庭能源管理系統可實現對熱泵和光伏發電的最佳控制

在過去的幾十年中，全球研究人員開發了越來越多的系統，可以產生可再生能源，例如太陽能，風能或水力發電。盡管一些公司和個人已經開始采用這些技術，但尚未完全過渡到更具可持續性的能源系統。簡化工業和住宅環境中可再生能源系統的實施和管理的工具最終可以幫助實現這一過渡。

考慮到這一點，柏林理工大學的研究人員最近創建了一個能源管理系統，該系統專門設計用于調制光伏(PV)技術和居住環境的熱泵。這個新系統發表在Elsevier的Applied Energy期刊上發表的一篇論文中，是使用JuMP開發的，JuMP是一種數學優化的建模框架，嵌入在稱為Julia的編程語言中。

“我們的主要目標是為綜合的最佳家庭能源管理系統建模，該系統不僅包括光伏電池和電池，還包括熱泵和蓄熱器，以捕獲部門耦合的季節性影響，”研究者之一Lissy Langer進行這項研究的人士告訴TechXplore。“對我們來說，特別重要的是，還必須在開放許可下發布模型代碼，并使用開放源代碼優化框架JuMP，以使我們的研究具有可重復性。”

作為研究的一部分，蘭格和她的同事托馬斯·沃爾林(Thomas Volling)對一個假設建筑物進行了建模，該建筑物由空氣動力熱泵，光伏系統，電池和蓄熱系統調制，用于地板采暖和熱水供應。他們的模型還包括一個電網饋送系統，該系統可確保將光伏技術產生的任何多余電能饋入電網。研究人員實施的電網饋電系統考慮了居民的舒適度和固定的上網電價(即，向可再生能源生產商提供的經濟激勵措施)。

蘭格說：“我們提出的家庭能源管理系統利用了經典的模型預測控制算法，該算法在假定完美信息的情況下得出了建筑物的最佳流量。” “由于在Julia JuMP中實現了該系統的滾動式實施，我們能夠在短短幾秒鐘內以1h的時間分辨率來分析整個一年。”

Langer和她的同事最近進行的研究探索了與稱為“滾動范圍”的優化方法相關的一些常見建模效果，這種方法可能會改善能源管理系統中的建模。此外，研究人員還計算出了特定的目標充電狀態，可以用作增強當今常用的基于規則的能源管理系統的參考。

將來，由這組研究人員設計的家庭能源管理系統可以簡化和促進在居民區生產可再生能源的技術的實施。他們開發的基于Julia JuMP的模型是開源的，可以輕松地在線訪問，因此它也可以為其他嘗試開發可持續能源管理系統的團隊提供參考。

蘭格說：“目前正在審查的后續論文將分析在由prosumager，prosumers和消費者組成的對等市場中，市場和電價設計的影響，” Langer說。“在我們的下一篇文章中，我們還計劃將不確定性引入我們的模型中，看看是否可以使用強化學習方法來實現接近最佳的策略。”