Οι
περισσότεροι άνθρωποι αντιλαμβάνονται την ηλεκτρική ενέργεια ως ένα καταναλωτικό
αγαθό το οποίο είναι άμεσα διαθέσιμο. Η έξυπνη τεχνολογία και τα έξυπνα σπίτια οδηγούν
τους καταναλωτές να αναλάβουν δράση για τον έλεγχο της ενεργειακής κατανάλωσης των
συσκευών και την εξοικονόμηση ενέργειας. Ευρήματα από περιπτωσιολογικές μελέτες
δείχνουν ότι τα πρότυπα συμπεριφοράς των καταναλωτών δεν αλλάζουν με μόνο σκοπό
να εξοικονομήσουν ενέργεια. Παρόλο που η πλειοψηφία των ανθρώπων ισχυρίζεται
ότι ανησυχεί για το περιβάλλον και την εξοικονόμηση ενέργειας, είναι
αυταπόδεικτο ότι η άνεση και η ασφάλεια έχουν μεγαλύτερη βαρύτητα. Επομένως, οι
έξυπνες οικιακές τεχνολογίες πρέπει να σχεδιαστούν με τρόπο τέτοιο ώστε οι
επιθυμίες των καταναλωτών να συνδυάζονται με τον καλύτερο δυνατό τρόπο με τις
έξυπνες τεχνολογίες εξοικονόμησης ενέργειας. Ο ρόλος των νέων τεχνολογιών στα
έξυπνα σπίτια μεταξύ άλλων έχουν ως στόχο την αποτελεσματικότερη κατανάλωση
ενέργειας στα νοικοκυριά. Ένα έξυπνο σπίτι διαθέτει διασυνδεδεμένες συσκευές
και αισθητήρες που μπορούν αφενός να επικοινωνούν μεταξύ τους και αφετέρου να
ελέγχονται από απομακρυσμένα σημεία. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά παρέχουν στους
καταναλωτές την δυνατότητα να παρακολουθούν την κατανάλωση της ενέργειας ενώ συμπεριφορικά
τους προσφέρεται η ευελιξία να μπορούν να αλλάζουν τις καθημερινές συνήθειες
τους προκειμένου να καταναλώνουν πιο έξυπνα την ενέργεια αυτή (Bhati, A etc; 2017).
Οι “έξυπνες
τεχνολογίες” έχουν χρησιμοποιηθεί με ιδιαίτερα αυξητική τάση την τελευταία και
πλέον δεκαετία για να αυτοματοποιήσουν διάφορες καθημερινές συνήθειες και ενέργειες με στόχο να προσφέρουν περισσότερη
άνεση. Εντούτοις στο πεδίο της εξοικονόμησης ενέργειας στο οικιακό περιβάλλον
σχετικά πρόσφατα στράφηκε το ενδιαφέρον. Σύμφωνα με την μελέτη των Collota και
Pau (2015) οι “έξυπνες
τεχνολογίες” στην ενέργεια θα αποφέρουν τα δυνητικά τους οφέλη όταν ολοκληρωθεί
η διασύνδεση και επικοινωνία των έξυπνων οικιακών συσκευών και των έξυπνων
δικτύων μέσα στις κατοικίες. Επιπλέον, ο
σχεδιασμός κτιρίων και οι περιβαλλοντικές έννοιες επηρεάζουν επίσης την
εξοικονόμηση ενέργειας σε συνδυασμό με την άνεση, είναι επομένως απαραίτητο να
σχεδιάζονται ιδέες και λύσεις για
έξυπνες τεχνολογίες με κατανόηση του φυσικού περιβάλλοντος. Αυτό περιλαμβάνει
τις ανθρώπινες συμπεριφορές, τις τεχνολογικές συσκευές με αυτοματοποίηση, καθώς
και την τεχνητή νοημοσύνη. Επιπλέον, οι μονάδες IoT που ενσωματώνουν τις
συσκευές μέσω ενός έξυπνου ελεγκτή και ενός Smart Grid μπορούν να βελτιώσουν
την εμπειρία των χρηστών δίνοντας μια απρόσκοπτη αντίληψη της χρήσης της
τεχνολογίας (Bhati, A etc; 2017).
Ένα έξυπνο σύστημα διαχείρισης ηλεκτρικής ενέργειας
για το “έξυπνο σπίτι” (Smart Home Energy Management System – SHEMS) στόχο έχει να
μειώσει τη συνολική κατανάλωση ενέργειας και άρα το κόστος προμήθειας της,
ικανοποιώντας παράλληλα τις ανάγκες των ατόμων που ζουν σε αυτό. Σε γενικές γραμμές ένα τέτοιο σύστημα λαμβάνει
πληροφορίες σχετικά με τις δραστηριότητες που βρίσκονται κάθε στιγμή σε εξέλιξη
μέσα στην κατοικία και τις ανάγκες κατανάλωσης ενέργειας για την ασφαλή, άνετη
και απρόσκοπτη διενέργειας τους. Πιο συγκεκριμένα ένα τέτοιο σύστημα
αναλαμβάνει να ελέγχει και να ρυθμίζει την κατανάλωση κάθε συνδεδεμένης συσκευής
σύμφωνα με την διακύμανση της τιμής της ενέργειας σε πραγματικό χρόνο (Real Time Pricing – RTP) λαμβάνοντας ωστόσο υπόψη του και τις ιδιαίτερες
προτιμήσεις των ενοίκων του ώστε να τους εξασφαλίσει μια άνετη διαβίωση. Όπως
φαίνεται από το παρακάτω σχήμα ένα SHEMS
αρχικά συλλέγει χρήσιμες πληροφορίες όπως την RTP, τις
προτιμήσεις των χρηστών, τις δραστηριότητες τους κλπ. Έπειτα επεξεργάζεται τα
δεδομένα που έχει συλλέξει με στόχο την παραγωγή της βέλτιστης στρατηγικής κατανάλωσης
ώστε να ελέγξει και να προσαρμόσει
αποδοτικά την κατανάλωση βάσει της στρατηγικής αυτής και τέλος να
ανατροφοδοτήσει με τα σχετικά δεδομένα τον προμηθευτή της ενέργειας (Hu, Q., & Li, F. ; 2013).
Hu, Q.,
& Li, F.
(2013)
Ένας
αλγόριθμος τεχνητής νοημοσύνης (πχ naive Bayes classifier ή Hidden Markov Model) μπορεί να εφαρμοστεί
σε ένα τέτοιο SHEMS για την ανάλυση και την πρόβλεψη των δραστηριοτήτων των
ενοίκων ενός Smart Home με βάση τα δεδομένα που συλλέγονται από τους αισθητήρες. Έτσι το παραπάνω σχήμα από την σκοπιά του
υλικού και του συνδυασμού του με τους αλγορίθμους αυτούς απεικονίζεται όπως
παρακάτω (Hu, Q., & Li, F. ; 2013)
Electrical
water heater (EWH), heating, ventilation, and air conditioning (HVAC),
electrical vehicle (EV)
Hu, Q.,
& Li, F.
(2013)
Όταν
σχεδιάζεται μια τέτοια στρατηγική για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας μέσα
σε ένα κτίριο, είναι ιδιαίτερης σημασίας να κατανοηθεί που η ενέργεια αυτή έχει
απώλειες. Έτσι πρέπει να ληφθεί υπόψη η θερμική συμπεριφορά
του κτιρίου πχ ενδοδαπέδια θέρμανση, η θερμομόνωση της εξωτερικής επιφάνειας
του κτιρίου που έρχεται σε επαφή με το περιβάλλον, η ποιότητα και το υλικό κατασκευής των
κουφωμάτων (πόρτες, παράθυρα, υαλοπίνακες), η φωτεινότητα, οι ώρες σκίασης ανά
εποχή κλπ. Ένα τέτοιο έξυπνο σπίτι προτείνεται να είναι εξοπλισμένο επίσης με συσκευές
αποθήκευσης ενέργειας (μπαταρίες) ώστε σε ώρες που η υπάρχει διαθέσιμη ενέργεια
με χαμηλό κόστος (πχ αυξημένη ηλιοφάνεια, συγκεκριμένες ώρες με χαμηλότερη
χρέωση κλπ) να αποθηκεύεται για μελλοντική χρήση όταν οι απαιτήσεις κατανάλωσης
είναι αυξημένες και η τιμή της ενέργειας αυξημένη. Έχει αποδειχθεί (μέσω μελετών περίπτωσης) ότι
ένα τέτοιο σύστημα που ενσωματώνει τα παραπάνω χαρακτηριστικά μπορεί αφενός να
μειώσει την κατανάλωση οικιακής ενέργειας και άρα και το κόστος της, αφετέρου
να εξασφαλίσει ένα βέλτιστο προγραμματισμό εργασιών και ένα άνετο τρόπο ζωής
των χρηστών του (Anvari et; 2015).
Οι
τεχνολογικές εξελίξεις τα τελευταία χρόνια επέτρεψαν την ανάπτυξη και παραγωγή
συσκευών που αντικαθιστούν την παραδοσιακή διαχείρισης τους μέσω της ανθρώπινης
παρέμβασης με αυτοματοποιημένες λειτουργίες τύπου Μ2Μ ή μηχανής προς μηχανή. Η
δυνατότητα M2M σημαίνει
ότι μια συσκευή δύναται να συλλάβει μόνη της ένα συμβάν ή να παράγει δεδομένα
και στην συνέχεια να μεταδίδει τις πληροφορίες αυτές (συμβάν / δεδομένα) σε
άλλες συσκευές μέσω ενός ενσύμαρτου ή ασύρματου δικτύου επικοινωνίας. Γενικά, ο όρος M2M επικοινωνίες αναφέρεται σε
επικοινωνίες δεδομένων χωρίς ή με περιορισμένη ανθρώπινη παρέμβαση μεταξύ
διαφόρων τερματικών συσκευών όπως υπολογιστές, ενσωματωμένοι επεξεργαστές,
έξυπνοι αισθητήρες / ενεργοποιητές και κινητές συσκευές κ.λπ. Η εξέλιξη αυτή
έχει προκαλέσει αυξημένο ενδιαφέρον τόσο στο πεδίο της έρευνας όσο και της
βιομηχανίας. Ο αριθμός των συσκευών με δυνατότητα M2M που βρίσκεται σε λειτουργία αυξάνεται
εκθετικά και αναμένεται να φτάσει τα 50 δισεκατομμύρια μέχρι το έτος 2020. (Chen et; 2014)
Η προτεινόμενη αρχική αρχιτεκτονική
δικτύου M2M
αποτελείται από πέντε λειτουργικά στοιχεία: συσκευή M2M,
δίκτυο περιοχής M2M, πύλη M2M, δίκτυα επικοινωνιών M2M
και υπηρεσίες υποστήριξης M2M.
(Chen et 2014)
Σύμφωνα
με το Ευρωπαϊκό Πρότυπο Τηλεπικοινωνιών (Ινστιτούτο ETSI), ένα σύστημα M2M περιλαμβάνει τρεις τομείς, τον τομέα της συσκευής M2M, τον τομέα του δικτύου και τον τομέα
της εφαρμογής.
- Στον τομέα συσκευής M2M, οι συσκευές επιτρέπουν αυτοματοποιημένες και ποικίλες υπηρεσίες. Οι συσκευές M2M πρέπει να έχουν την δυνατότητα να εκτελέσουν διάφορες λειτουργίες, όπως η απόκτηση δεδομένων, η προεπεξεργασία δεδομένων, η αποθήκευση δεδομένων, η διακριτική διεύθυνση, ο ασύρματος πομποδέκτης, η αυτόνομη τροφοδοσία κ.λπ.
- Στον τομέα του δικτύου, ένα μεγάλος αριθμός ετερογενών σημείων πρόσβασης ενδέχεται να συνυπάρχουν. Έτσι, ο σχεδιασμός του συστήματος που υποστηρίζει τη βέλτιστη σύγκλιση των ετερογενών δικτύων είναι ένα δύσκολο ζήτημα.
- Στον τομέα της εφαρμογής ενδέχεται να υποστηρίζονται διάφορες υπηρεσίες όπως παρακολούθησης, εντολής, ελέγχου ή διαχείρισης .
Στις
επικοινωνίες M2M, οι περιορισμένες
δυνατότητες υπολογισμού, αποθήκευσης πληροφοριών και ενέργειας περιορίζουν την
ικανότητα τους να υποστηρίζουν όλο και πιο εξελιγμένες εφαρμογές. Η
υπολογιστική πολυπλοκότητα των προγραμμάτων και των αλγορίθμων επηρεάζει τον
ρυθμό εξάντλησης της μπαταρίας τους. Κατά συνέπεια, η μείωση της κατανάλωσης
ενέργειας γίνεται μια σημαντική πρόκληση στις επικοινωνίες M2M.
Αντιπροσωπευτικές αναφορές για
Smart Home Energy Management System – SHEMS είναι:
Wiser
SHEMS: Είναι μια ολοκληρωμένη λύση διαχείρισης ενέργειας για
επιχειρήσεις παραγωγής ενέργειας και ιδιώτες καταναλωτές. Δίνει την δυνατότητα
στους ιδιοκτήτες κατοικιών να μειώσουν ή να μετατοπίσουν τη χρήση ενέργειας. Το
σύστημα ενημερώνει για τα μεγέθη της οικιακής κατανάλωσης ενέργειας και του
κόστους της και επιτρέπει στους καταναλωτές να διαχειρίζονται ενεργά τη χρήση της.
Το σύστημα βοηθά επίσης τις επιχειρήσεις παραγωγής ενέργειας να αυξήσουν την
αποδοτικότητα του δικτύου τους, να μειώσουν το μέγιστο κόστος χρήσης και να
μεγιστοποιήσουν την αξιοπιστία της ισχύος, με αποτέλεσμα τη βελτίωση των
υπηρεσιών προς τους καταναλωτές και τη μειωμένη ανάγκη για ακριβές αναβαθμίσεις
της υποδομής.
Αρχιτεκτονική
συστήματος Smart Home Energy Management
(Chen et 2014)
FIDO Home Energy Watchdog: Το σύστημα
αυτό εποπτεύει τη χρήση ενέργειας και συνιστά τον τρόπο με τον οποίο οι
καταναλωτές μπορούν να μειώσουν τους λογαριασμούς ηλεκτρικού ρεύματος. Οι
ιδιοκτήτες σπιτιού λαμβάνουν τις τρέχουσες πληροφορίες τιμολόγησης από τον
παροχέα υπηρεσιών κοινής ωφέλειας μέσω μιας διεπαφής λογισμικού με ενημέρωση για
το πότε χρησιμοποιούν το μεγαλύτερο μέρος του ηλεκτρικού ρεύματος. Το σύστημα υποστηρίζει
την αποστολή σύντομων μηνυμάτων (SMS) ή την ενημέρωση μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου ενώ
ταυτόχρονα παρέχει υψηλό επίπεδο προστασίας της ιδιωτικής ζωής και της
καταγραφής των προσωπικών προτύπων χρήσης ενέργειας (Chen et; 2014).
Μια
πλειάδα από Smart Homes είναι δυνατόν να διασυνδεθούν σε ευρύτερα “έξυπνα δίκτυα” με
απώτερο στόχο την βελτιωμένη και αποδοτικότερη λειτουργία των εταιριών
παραγωγής ενέργειας δημιουργώντας οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη. Αναπτύσσεται
δηλαδή μια συνεργατική σχέση τεχνολογίας
- κοινωνίας με έμφαση στην αποδοτική χρήση της τεχνολογίας προς όφελος
του κοινού συμφέροντος. Οι έξυπνες οικιακές τεχνολογίες μπορούν να αλλάξουν τον
τρόπο αντίληψης, εμπειρίας και κατανόησης όσον αφορά την καθημερινή πρακτική και την οικιακή ζωή γενικότερα (Wilson et.; 2015).
Βιβλιογραφία
- Hu, Q., & Li, F. (2013). Hardware design of smart home energy management system with dynamic price response. IEEE Transactions on Smart grid, 4(4), 1878-1887.
- Bhati, A., Hansen, M., & Chan, C. M. (2017). Energy conservation through smart homes in a smart city: A lesson for Singapore households. Energy Policy, 104, 230-239.
- Collotta, M., & Pau, G. (2015). A solution based on bluetooth low energy for smart home energy management. Energies, 8(10), 11916-11938.
- Anvari-Moghaddam, A., Monsef, H., & Rahimi-Kian, A. (2015). Optimal smart home energy management considering energy saving and a comfortable lifestyle. IEEE Transactions on Smart Grid, 6(1), 324-332.
- Chen, M., Wan, J., González-Valenzuela, S., Liao, X., & Leung, V. C. (2014). A Survey of Recent Developments in Home M2M Networks. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 16(1), 98-114.
- Wilson, C., Hargreaves, T., & Hauxwell-Baldwin, R. (2015). Smart homes and their users: a systematic analysis and key challenges. Personal and Ubiquitous Computing, 19(2), 463-476.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου