Международная группа ученых из Дании и Германии представила усовершенствованную модель управления энергетическими системами зданий. В условиях, когда на долю зданий приходится около 78% мирового энергопотребления и более 60% выбросов парниковых газов, повышение их эффективности становится ключевой задачей для глобального энергетического перехода. Исследование показывает, как превратить здания из пассивных потребителей в активные и интеллектуальные энергетические хабы, способные гибко реагировать на вызовы современности.
В основе новой разработки лежит сложная двухуровневая модель оптимизации, предназначенная для управления зданиями, оснащенными современными технологиями, такими как фотоэлектрические панели, системы накопления энергии, тепловые насосы и когенерационные установки. Главная проблема эффективной эксплуатации таких систем – это неопределенность. Цены на электроэнергию постоянно колеблются, погодные условия влияют на выработку солнечной энергии, а потребности в отоплении и охлаждении меняются в течение дня. Традиционные подходы к управлению часто не могут справиться с таким количеством взаимосвязанных и непредсказуемых факторов, что приводит к неоптимальным решениям, повышенным затратам и излишним выбросам.
Предложенная модель решает эту проблему с помощью двухуровневого подхода, который можно сравнить со стратегическим и оперативным управлением в компании. На верхнем, «стратегическом» уровне система занимается управлением рисками. Используя теорию информационного разрыва (IGDT), она оценивает потенциальные негативные последствия неопределенности в спросе на электроэнергию, тепло и холод, а также в ценах на энергоресурсы. Этот уровень определяет «коридор безопасности» – допустимые пределы отклонений, в рамках которых работа энергосистемы здания останется надежной и экономически целесообразной. На нижнем, «оперативном» уровне, модель решает конкретную задачу – составляет оптимальный график работы всего оборудования на ближайшие 24 часа. Она стремится найти наилучший баланс между тремя ключевыми целями: минимизацией затрат на энергию, сокращением выбросов CO2 и других вредных веществ, а также снижением неудобств для пользователей, связанных с программами управления спросом.
Для проверки эффективности своей разработки исследователи применили ее к реальному промышленному зданию в Тегеране, используя фактические данные о его энергопотреблении и технических характеристиках оборудования. Результаты оказались впечатляющими. Внедрение предложенной модели позволило снизить общее потребление энергии на 12,34% и сократить эквивалентные выбросы углекислого газа на 11,87% по сравнению с базовым сценарием, где координация работы оборудования отсутствовала. Исследование также подтвердило, что максимальная эффективность достигается при одновременном использовании систем накопления энергии и программ управления спросом (DSM), которые позволяют смещать потребление на часы с более низкими тарифами. Кроме того, ученые доказали, что использование более точных, нелинейных математических описаний оборудования, хоть и усложняет вычисления, дает значительно более реалистичные и надежные результаты, чем упрощенные линейные модели.
Представленное исследование демонстрирует, что современные здания могут играть активную роль в энергетической системе, становясь «прозьюмерами» или «произтребителями» – не просто потребителями, но и производителями и хранителями энергии. Разработанный инструмент позволяет принимать взвешенные решения в условиях неполной информации, что особенно важно для внедрения возобновляемых источников энергии. Такой подход открывает новые возможности для декарбонизации городского хозяйства и может быть масштабирован для управления энергетикой целых районов, кампусов или промышленных парков, внося весомый вклад в построение устойчивого энергетического будущего.
