kućanski uređaji i odziv potrošnje

HRZZ istraživački projekti (šifra natječaja: IP-2019-04): Active NeIghborhoods energy Markets pArTicipatION ANIMATION

Tehnički izvještaj: Kućanski uređaji i odziv potrošnje

Datum: 26.05.2020.

Autori: Vedran Bobanac, Ivan Grcić, Hrvoje Pandžić, Marija Miletić, Karlo Šepetanc

Stranica: 1 od 32

Kućanski uređaji i odziv potrošnje

1. Uvod Osnovni preduvjet pogona elektroenergetskog sustava je jednakost proizvodnje i potrošnje. Budući da su kupci električne energije slobodni trošiti električnu energiju prema vlastitim željama i potrebama, regulaciju, odnosno uravnoteženje proizvodnje i potrošnje električne energije, pružaju konvencionalne elektrane (hidroelektrane, termoelektrane). Međutim, integracijom obnovljivih izvora energije (OIE), čija je proizvodnja električne energije slabo predvidiva i promjenjiva u vremenu, sve je teže korištenjem elektrana uravnoteživati elektroenergetski sustav [1]. Naime, neupravljivi obnovljivi izvori energije, poput vjetroelektrana i solarnih elektrana, ne samo da povećavaju zahtjeve za resursima koji uravnotežuju sustav, već i smanjuju snagu konvencionalnih elektrana u pogonu. Obnovljivi izvori energije u proteklom su desetljeću postali isplativi čak i bez subvencija, te imaju sve veći udio u elektroenergetskom sustavu na globalnoj razini. Međutim, trenutačnim načinom pogona sustava ne mogu se ostvariti značajna povećanja udjela OIE u sustavu. Povećanje udjela OIE stoga mora biti popraćeno izmjenom regulative i dizajna tržista kako bi se nagradili izvori fleksibilnosti. Pojam fleksibilnost odnosi se na sposobnost korisnika (proizvodnje, potrošnje ili spremnika energije) da upravljaju tokovima snaga na svom sučelju prema elektroenergetskom sustavu [2], [3]. Konvencionalni pružatelji usluga fleksibilnosti su elektrane na fosilna goriva. S druge strane, moderni elektroenergetski sustavi iziskuju druge vrste pružatelja fleksibilnosti, pa se tako pojavljuje nova paradigma prema kojoj se fleksibilnost pruža sa strane potrošnje, a ne kao dosad sa strane proizvodnje [4], [5]. To za posljedicu ima da su odziv potrošnje [6] i spremnici energije [7], [8] dodatno stimulirani za ulazak na energetska i druga povezana tržišta. Novi energetski paket Europske Unije [9] postavlja krajnje korisnike u središnje mjesto modernog elektroenergetskog sustava gdje oni djeluju kao karika koja nedostaje u povezivanju visokog udjela varijabilnih OIE i povećanih zahtjeva za fleksibilnošću. Odziv potrošnje odnosi se na sposobnost potrošača električne energije da mijenja svoju krivulju potrošnje u cilju pružanja fleksibilnosti operatoru sustava, energetskom tržištu ili drugim korisnicima sustava. Pružatelji odziva potrošnje općenito se mogu podijeliti na: industrijske [10], [11], komercijalne [12], [13] te rezidencijalne [14]. Velika većina današnjih pružatelja odziva potrošnje odnosi se na velike potrošače koji pripadaju skupini industrijskih ili komercijalnih pružatelja odziva potrošnje. S druge strane, odziv potrošnje u rezidencijalnom sektoru je mnogo specifičniji budući da podrazumijeva narušavanje privatnog prostora vlasnika kućanstava [15]. Međutim, postoje brojna istraživanja koja pokazuju da je odziv potrošnje u kućanstvima održiva opcija [16], [17], [18], [19], [20]. Kada se govori o odzivu potrošnje, problem predstavlja snaga kućanstva koja je vrlo mala u usporedbi sa snagom elektroenergetskog sustava. Rezidencijalni sektor sastoji se od mnoštva kućanstava s nizom malih uređaja, kao što su hladnjaci, perilice, klima uređaji itd. Kako bi kućanstva moglo sudjelovati na energetskim tržištima potrebno je:

1) Povezati što više malih uređaja (potrošača) unutar kućanstva. 2) Povezati veći broj kućanstava koji onda nastupaju združeno.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 2 od 32

Ovaj izvještaj koncentrira se na točku 1) na način da istražuje mogućnosti pametnih kućanskih uređaja i njihova povezivanja. Cilj je pronaći što veći broj komercijalnih kućanskih uređaja koji imaju mogućnost komunikacije i razmjene informacija s drugim uređajima. Izvještaj popisuje takove dostupne kućanske uređaje, te analizira njihove karakteristike, kao i mogućnosti njihova povezivanja preko neke od dostupnih platformi za upravljanje i nadzor, a s ciljem stvaranja aktivnog kućanstva. Aktivno kućanstvo je izraz koji se koristi u projektu ANIMATION za označavanje kućanstva koje je spremno i sposobno uključiti se u programe odziva potrošnje za određenu financijsku naknadu. Naravno, ovo za sobom povlači i određeni stupanj gubitka komfora. Točka 2) adresirati će se u daljnjim fazama projekta, te će rezultirati entitetom koji se u projektu ANIMATION naziva aktivno susjedstvo. Aktivno susjedstvo predstavlja agregatora aktivnih kućanstava. Što je veći broj kućanstava u aktivnom susjedstvu, manji je gubitak komfora po kućanstvu, te veći potencijal za smanjenje troškova električne energije ili čak zaradu.

2. Općenito o kućanskim uređajima i aktivnom kućanstvu Glavna ideja odziva potrošnje jest da se u određenim vremenskim intervalima ugasi ili upali što više potrošača. Na primjer, tijekom vršnih opterećenja elektroenergetskog sustava, želja je operatera sustava ugasiti što više potrošača. S druge strane, ako je trenutna proizvodnja u sustavu prevelika, želja operatera može biti paljenje potrošača. Cilj je uvijek balansiranje proizvodnje i potrošnje. Zahtjevi za paljenje/gašenje uređaja od strane agregatora prema aktivnim kućanstvima dolaze trenutno. Za aktivna kućanstva ovakva postupanja znače smanjenje komfora, te bi zauzvrat trebala biti adekvatno financijski nagrađena. Povezivanjem i korištenjem što većeg broja kućanskih uređaja, te njihovim pametnim upravljanjem, smanjenje komfora može se svesti na minimum, istovremeno znatno pridonoseći balansiranju elektroenergetskog sustava. Zbog toga je prilikom razvoja algoritama za upravljanje aktivnim kućanstvima ključno uzeti u obzir karakteristike kućanskih uređaja.

2.1. Podjela kućanskih uređaja Aktivno kućanstvo sastoji se od različitih komponenti, tj. električnih kućanskih uređaja, od kojih svaki ima svoje tehničke karakteristike i profil upotrebe. Standardni uređaji mogu se podijeliti u dvije skupine:

• Uređaji kojima je moguće upravljati automatski o Automatski upravljani uređaji imaju potencijal za izravno povezivanje s platformom za

upravljanje i nadzor aktivnog kućanstva, pri čemu bi se na temelju postavljenih granica (temperatura, tlak, vrijeme završetka procesa itd.) mogao osigurati odziv potrošnje bez ljudske intervencije.

o Uređaji u ovoj skupini su: hladnjaci, zamrzivači, njihova kombinacija u jednom uređaju, perilice rublja, sušilice rublja, njihova kombinacija u jednom uređaju, perilice posuđa, klima uređaji i toplinske pumpe, električni grijači vode i prostora (bojleri i radijatori), ventilatori, ovlaživači/odvlaživači,



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 3 od 32

drobilice otpada, pročišćivači vode, itd.

• Uređaji kojima upravljaju ljudi o S druge strane, odziv potrošnje iz uređaja kojima upravljaju ljudi ovisi o korisničkoj volji da

pomaknu izvođenje planiranih aktivnosti u vremenu. o Uređaji u ovoj skupini su:

protočni bojleri, pećnice, ploče za kuhanje, nape, sitni kuhinjski uređaji (toster, mikser, blender), aparati za zabavu i informiranje (TV, računalo...), sušilo za kosu, glačalo, usisivač, itd.

Uređaji kojima je moguće upravljati automatski dalje se mogu podijeliti u dvije skupine:

• Uređaji koji rade kontinuirano o Uređaji koji rade kontinuirano su npr. hladnjaci, zamrzivači, klima uređaji, toplinske

pumpe… o Ovi uređaji u većini slučajeva reguliraju temperaturu, pri čemu korisnik na neki način zadaje

svoje preferencije u obliku željene temperature ili temperaturnih ograničenja (gornja/donja granica).

o U slučaju da je moguće zadavati temperaturna ograničenja, veći temperaturni raspon podrazumijeva veću fleksibilnost.

o Algoritam aktivnog kućanstva na temelju zadanih temperatura (ili temperaturnih ograničenja) i podataka s tržišta upravlja radom pojedinog uređaja.

o Potrebno je voditi računa o usklađivanju algoritma aktivnog kućanstva s inherentnom automatskom regulacijom uređaja.

• Uređaji koji rade diskontinuirano (po potrebi) o Uređaji koji rade diskontinuirano su npr. perilice/sušilice rublja, perilice posuđa… o Ovi uređaji su u tipičnim kućanstvima većinu vremena neaktivni. o Korisnik zadaje vremenski raspon unutar kojega želi da uređaj odradi svoj ciklus

(pranje/sušenje). Zadaje se trenutak kada je stroj spreman za pokretanje, te vrijeme do kojeg se želi da proces bude obavljen. Što je veći vremenski raspon, veća je fleksibilnost.

o Algoritam aktivnog kućanstva na temelju zadanog vremenskog raspona i podataka s tržišta upravlja radom pojedinog uređaja.

Kako bi aktivno kućanstvo koje pruža uslugu odziva potrošnje od toga imalo što veću korist, potrebno je korištenje i povezivanje što većeg broja kućanskih uređaja. Uređaji koji imaju najveći potencijal za odziv potrošnje su: hladnjak/zamrzivač, perilica/sušilica rublja, perilica posuđa, klima uređaj i električni bojler. U nastavku izvještaja naglasak je stavljen na ove uređaje budući da oni predstavljaju okosnicu aktivnog kućanstva, te su prvi u planu za kupnju u sklopu projekta ANIMATION. Spoj ovih uređaja u aktivno kućanstvo shematski je prikazan na Sl. 2.1.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 4 od 32

Sl. 2.1 Aktivno kućanstvo

2.2. Povezivanje kućanskih uređaja Razvojem informacijsko-komunikacijskih tehnologija ideja interneta stvari (engl. Internet of Things – IoT) preslikala se također i u rezidencijalni sektor [21], [22], [23], [24]. Aplikacije za pametna kućanstva ili sustavi automatizacije u kućanstvima imaju za cilj povećanje komfora vlasnika kućanstava omogućavajući im daljinsko upravljanje i raspoređivanje kućanskih uređaja. Korisnici mogu koristiti pametne aplikacije i uređaje da upale ili ugase svjetla, otvore/zatvore zastore na prozorima, upravljaju sobnom temperaturom, upravljaju nadzornim kamerama, alarmima itd. Aplikacije za pametna kućanstva su komercijalno dostupni alati razvijeni u širokom spektru sektora kao što su: proizvođači kućanskih uređaja (Miele [25], Samsung [26]), energetske tvrtke (Innogy [27]), informacijsko-kumunikacijske tvrke (Apple [28], Google [29]) te tvrtke koje se bave pametnim kućanstvima (Fibaro [30], Wink [31]). Međutim, nijedna od prethodno spomenutih aplikacija ne spominje odziv potrošnje niti na bilo koji način stimulira takvo ponašanje. Zbog toga se opravdano postavlja pitanje u kojoj mjeri se trenutno dostupne funkcionalnosti mogu iskoristiti za komunikaciju unutar aktivnog kućanstva. Idealno bi bilo kada bi svi pametni kućanski uređaji, uz postojeće funkcionalnosti, bili namijenjeni odzivu potrošnje i to u smislu da imaju:

• standardizirano komunikacijsko sučelje (npr. wi-fi, zigbee i sl.), • podršku za spajanje na neku od dostupnih platformi za upravljanje i nadzor (vidjeti Pogl. 4), • dostupna sva potrebna mjerenja, kao npr. trenutna temperatura u hladnjaku, potrošnja energije

itd., • mogućnost prihvata i procesiranja upravljačkih signala, kao npr. zadavanje temperature u

hladnjaku, zadavanje vremena izvođenja programa perilica/sušilica itd.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 5 od 32

U procesu izgradnje laboratorijskog postava aktivnog kućanstva problem bi mogla predstavljati dostupnost pametnih uređaja s gore navedenim karakteristikama. Izvjesno je da će neki uređaji imati samo dio potrebnih funkcionalnosti, pa će one koje nedostaju morati biti nadomještene nekim vanjskim rješenjem. Također, vrijedi proanalizirati mogu li se konvencionalni kućanski uređaji starijeg datuma na neki način modificirati tako da zadovolje gore navedene karakteristika i postanu dio aktivnog kućanstva.

2.3. Pametni utikači Kućanski uređaji starijeg datuma mogu se spojiti u utičnice preko pametnih utikača (engl. smart plug). Pametni utikači imaju mogućnost bežične komunikacije s platformom za upravljanje i nadzor, te je njihov princip rada jednostavan: ovisno o primljenom upravljačkom signalu oni omogućuju ili onemogućuju tok električne energije i time pale ili gase uređaj. Pritome je bitno znati kakav tip prekidača ima uređaj koji se spaja. Prekidači se mogu podijeliti na dvije glavne vrste: mehanički i elektronički. Za korištenje pametnih utikača nužno je da spojeni uređaj ima mehanički prekidač. Kako bi pametni utikač radio mehanički prekidač mora stalno biti u položaju „uključeno“. Elektronički prekidači nisu pogodni za korištenje, budući da oni koriste električnu energiju za pohranu trenutnog stanja, a u slučaju gubitka napajanja automatski odlaze u stanje „isključeno“ zbog čega ih je nemoguće automatski pokrenuti preko pametnog utikača. Svaki od kućanskih uređaja, kao i laboratorijski postav aktivnog kućanstva u cjelini, mora imati mjerni uređaj za bilježenje potrošnje energije. U ovu svrhu mogu se iskoristiti naprednije izvedbe pametnih utikača koje mogu mjeriti potrošnju energije. Primjena pametnih utikača, kao i drugih vanjskih rješenja kojima se nastoje stvoriti preduvjeti da se kućanski uređaji mogu koristiti u odzivu potrošnje, ponajviše ovise o značajkama samih uređaja, više o tome u nastavku.

2.4. Mjerači potrošnje Mjerači potrošnje prate koliko električne energije sustav preuzima ili predaje. Za razliku od pametnih utikača koji su namijenjeni mjerenju potrošnje pojedinog uređaja, mjerači se koriste za veće sustave. Primjer takvog sustava bi bilo kućanstvo ili solarni paneli spojeni na kućnu mrežu. Dolaze u jednofaznoj ili trofaznoj izvedbi. Pametni mjerači nude povećan opseg mjerenja. Osim potrošnje električne energije, mjere napon, struju, prividnu i radnu snagu te frekvenciju po fazama. Pri mjerenju potrošnje mogu zasebno mjeriti proizvedenu i potrošenu energiju. Pomoću Wi-Fi modula je omogućeno spajanje na oblak te praćenje potrošnje u realnom vremenu.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 6 od 32

3. Opis načina rada kućanskih uređaja Razmatrani kućanski uređaji razlikuju se po načinu rada, te je njihova važna karakteristika sa stajališta odziva potrošnje energetski profil radnog ciklusa. Naime, većina uređaja ne radi ravnomjerno, već im se kroz radni ciklus mijenja snaga, a time i potrošnja energije. Energetski profili radnih ciklusa pojedinih kućanskih uređaja moraju se uzeti u obzir prilikom planiranja rada aktivnog kućanstva. U nastavku su detaljnije opisani načini rada i karakteristike kućanskih uređaja koji imaju najveći potencijal za odziv potrošnje.

3.1. Hladnjak/zamrzivač

3.1.1. Princip rada hladnjaka Princip rada hladnjaka/zamrzivača prikazan je na Sl. 3.1.1 Na istom principu rade i klima uređaji, te toplinske pumpe. Glavni dijelovi rashladnog sustava su:

• kompresor, • ekspanzijski ventil, • isparivač, • kondenzator, • ventilator isparivača, • ventilator kondenzatora, • rashladni fluid.

Sl. 3.1 Princip rada hladnjaka

1 Prilikom izrade Sl. 3.1 i pripadajućeg opisa, između ostalog je korišteno i [32].



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 7 od 32

U okvirima na Sl. 3.1 dane su legende koje služe za pojašnjenje glavnog crteža. Unutrašnjost hladnjaka hladi se na način da se iz nje odvodi toplina koja se zatim predaje okolnome prostoru. To se događa zato što je temperatura rashladnog fluida u isparivaču manja od temperature unutrašnjosti hladnjaka, dok je temperatura rashladnog fluida u kondenzatoru veća od temperature okolnog prostora. Kompresor pogoni rashladni fluid kroz sustav, te mu povećava tlak, a time i temperaturu (kao npr. prilikom pumpanja gume od bicikla – povećava se tlak te se pumpa zagrijava). Nakon prolaska kroz kompresor fluid se nalazi u plinovitom stanju i ima temperaturu višu od okoline. Protjecanjem kroz kondenzator toplina se predaje okolini, te se fluid kondenzira, tj. prelazi u tekuće stanje. Prolaskom kroz ekspanzijski ventil fluidu pada tlak, a time i temperatura (kao npr. prilikom ispuštanja spreja – smanjuje se tlak te se kantica spreja hladi). Zbog naglog pada tlaka dio fluida prelazi u plinovite stanje. Fluid je sada dijelom u plinovitom, a dijelom u tekućem stanju, te ima temperaturu nižu od unutrašnjosti hladnjaka. Protjecanjem kroz isparivač toplina se preuzima iz unutrašnjosti hladnjaka, te fluid isparava, tj. prelazi u plinovito stanje. Dolaskom do kompresora, fluidu se ponovno povećava tlak i temperatura, te se cijeli ciklus ponavlja. Opisani prijenos toplinske energije zapravo se odvija u smjeru suprotnom od spontanog prijenosa topline, tj. od hladnijeg prema toplijem. Ovako nešto je moguće iz sljedećih razloga:

• Termodinamička karakteristika rashladnog fluida je takva da prilikom isparavanja velikom brzinom absorbira toplinu. Također, fluid ima relativno nisko vrelište, tako da do isparavanja može doći pri niskim temperaturama kakve su uobičajene za unutrašnjost hladnjaka ili zamrzivača. Vrelište fluida mijenja se s promjenom tlaka fluida.

• Kroz komprimiranje rashladnog fluida (u kompresoru) u sustav se ulaže energija. Ovaj utrošak energije manifestira se kao potrošnja električne energije kojom se pogoni elektromotor kompresora.

• Ekspanzijski ventil još se naziva termostatskim ekspanzijskim ventilom (engl. Thermostatic eXpansion Valve – TXV). Za isparavanje fluida do kojeg dolazi na ekspanzijskom ventilu potrebna je energija. Ova energija dolazi iz samog fluida te mu zato pada temperatura. Ovaj ventil je samoregulirajući, što znači da radi na način da u ovisnosti o temperaturi fluida u isparivaču (mjeri se bliže kompresoru) automatski mijenja otvorenost ventila. Na ovaj način, ako je temperatura fluida previsoka (odvođenje topline iz unutrašnjosti hladnjaka je nedovoljno), otvorenost ventila se smanjuje što doprinosi većem padu tlaka i temperature fluida prolaskom kroz ventil. Ako je temperatura fluida preniska, događa se obrnuto. Odlično objašnjenje i prikaz rada ekspanzijskog ventila može se pronaći u [33].

• Cijevi kondenzatora i isparivača izvedene su od toplinski vodljivih materijala, te su montirane u namotima kako bi prijenos topline bio što efikasniji.

• Prijenosu topline značajno pridonose ventilatori kondenzatora i isparivača. Komponente hladnjaka koje troše električnu energiju su [34]:

• kompresor – troši najviše energije, • ventilator kondenzatora – u pravilu se pali i gasi zajedno s kompresorom, • ventilator isparivača – uvijek radi.

Ilustrativni primjer karakteristike rada hladnjaka dan je na Sl. 3.2 Primjer karakteristike rada hladnjakaSl. 3.2, gdje je s Tmj označena mjerena temperatura u unutrašnjosti hladnjaka, a s Tref referentna temperatura koju zadaje korisnik. Temperaturne granice (prikazane crvenom isprekidanom linijom) u pravilu se ne mogu zadavati, već su vezane za referentnu temperaturu. Koliko točno ove granice iznose ovisi od



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 8 od 32

hladnjaka do hladnjaka, a u prikazanom primjeru radi se o ±1°C. Uređaj koji se zove termostat upravlja radom hladnjaka tako da na temelju mjerene i referentne temperature pali ili gasi kompresor koji ima samo dva stanja: upaljen (1 na grafu) ili ugašen (0). Kada kompresor radi temperatura u hladnjaku se smanjuje, a potrošnja energije je relativno visoka. Kada temperatura padne ispod donje granice kompresor se gasi čime potrošnja energije jako pada, a temperatura u hladnjaku počinje rasti do gornje granice kada se kompresor ponovno pali. Termostat radi na principu histereze što je prikazano na malom grafu (dolje desno) na Sl. 3.2. Temperatura u hladnjaku dakle uvijek oscilira oko neke manje ili veće referentne temperature koju zadaje korisnik. Ovisno o snazi i zapremnini hladnjaka, period oscilacija može varirati od 15 minuta do nekoliko sati. Na period oscilacija značajno utječe i način korištenja, tj. broj i trajanje otvaranja vrata hladnjaka. Važno je naglasiti da hlađenje hladnjaka (kompresor upaljen) u pravilu traje kraće od zagrijavanja (kompresor ugašen). Još je bitno naglasiti da gašenjem kompresora, temperatura u hladnjaku ne počinje rasti trenutno, nego prvo dolazi do propada temperature koji se događa zato što rashladni fluid u isparivaču nastavlja preuzimati toplinu. Slično se događa i prilikom paljenja kompresora (temperatura u hladnjaku ne počinje padati trenutno), ali tu je nadvišenje temperature ipak manje izraženo budući da rashladni fluid brzo počinje preuzimati toplinu jednom kada počne cirkulirati.

Sl. 3.2 Primjer karakteristike rada hladnjaka

Kod klasičnih hladnjaka korisnik ne zadaje referentnu temperaturu u °C, već preko termostata zadaje stupanj hlađenja. Termostat je najčešće okrugli prekidač s brojčanim oznakama smješten u unutrašnjost hladnjaka, pri čemu veća brojka znači veće hlađenje (0 je ugašen hladnjak). Pametni hladnjaci funkcioniraju na istom principu, ali im se temperatura ne zadaje postavljanjem termostata na neki broj, već izravno u °C preko ugrađenog digitalnog sučelja ili pak daljinski preko pametne aplikacije. Kod nekih proizvođača može se očitati i trenutna temperatura u hladnjaku.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 9 od 32

3.1.2. Uključivanje hladnjaka u aktivno kućanstvo Algoritam aktivnog kućanstva predstavlja posrednika između tržišta (agregatora, aktivnog susjedstva) s jedne strane i kućanskog uređaja koji pruža odziv potrošnje, u ovom slučaju hladnjaka, s druge strane (vidjeti Sl. 2.1). Osnovna komunikaciju između algoritma aktivnog kućanstva i upravljačkog sustava hladnjaka podrazumijeva sljedeće:

• Algoritam aktivnog kućanstva prima informacije o: o referentnoj (zadanoj) temperaturi hladnjaka, o trenutnoj (mjerenoj) temperaturi u hladnjaku. o stanju kompresora (upaljen/ugašen).

• Algoritam aktivnog kućanstva hladnjaku zadaje naredbu za paljenje ili gašenje kompresora u svrhu pružanja odziva potrošnje. U ovom potpoglavlju opisana je logika upravljanja, a konkretna provedba zadavanja naredbi opisana je za klasične i pametne hladnjake u potpoglavljima 3.1.3, odnosno 0.

Uzimajući u obzir princip rada i trenutno stanje hladnjaka, algoritam može prihvatiti ili odbiti zahtjev za paljenjem/gašenjem koji dolazi od agregatora (aktivnog susjedstva). Odluka se donosi na temelju temperaturnih razina kako je prikazano na Sl. 3.3:

• Neka je elektroenergetski sustav preopterećen, te od agregatora (aktivnog susjedstva) stiže zahtjev za smanjenjem potrošnje. Algoritam aktivnog kućanstva reagira na jedan od sljedećih načina:

o Ako je kompresor isključen (faza zagrijavanja), zahtjev se ignorira. o Ako je kompresor uključen, pri čemu je mjerena temperatura u hladnjaku iznad razine za

isključenje (tirkizna boja na Sl. 3.3), zahtjev se ignorira. o Ako je kompresor uključen, pri čemu je mjerena temperatura u hladnjaku ispod razine za

isključenje (tirkizna boja na Sl. 3.3), zahtjev se prihvaća. • Neka je elektroenergetski sustav podopterećen, te od agregatora (aktivnog susjedstva) stiže

zahtjev za povećanjem potrošnje. Algoritam aktivnog kućanstva reagira na jedan od sljedećih načina:

o Ako je kompresor uključen (faza hlađenja), zahtjev se ignorira. o Ako je kompresor isključen, pri čemu je mjerena temperatura u hladnjaku ispod razine za

uključenje (purpurnocrvena boja na Sl. 3.3), zahtjev se ignorira. o Ako je kompresor isključen, pri čemu je mjerena temperatura u hladnjaku iznad razine za

uključenje (purpurnocrvena boja na Sl. 3.3), zahtjev se prihvaća. Opisanom logikom temperatura se drži unutar dozvoljenih granica, te se sprečavaju premali vremenski razmaci između paljenja i gašenja kompresora koji nisu poželjni. Na primjer, ukoliko se kompresor tek uključio, temperatura se nalazi blizu gornje granice, te bi prihvaćanje eventualnog zahtjeva za odzivom potrošnje gašenjem kompresora rezultiralo vrlo brzom potrebom za ponovnim paljenjem kompresora, što niti je dobro za kompresor, niti ima smisla sa stajališta odziva potrošnje. Također, ukoliko hladnjak posjeduje internu zaštitu od prečestog paljenja/gašenja kompresora, može se dogoditi prekoračenje temperaturnih ograničenja što nije prihvatljivo (ključno je da temperatura unutrašnjosti hladnjaka uvijek bude unutar zadanih granica).



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 10 od 32

Sl. 3.3 Razine za odziv potrošnje

Da bi opisana logika funkcionirala algoritam aktivnog kućanstva mora imati pouzdanu informaciju o temperaturnim granicama (prikazane crvenom isprekidanom linijom na Sl. 3.3) koje su određene iznosom referentne temperature (formiraju pojas oko referentne temperature). Nezgodno je što točni iznosi temperaturnih granica u pravilu nisu eksplicitno dostupni, a nužni su za funkcioniranje sustava, te se zbog toga zadaju na jedan od sljedeća dva načina:

• Automatski, učenjem kroz nekoliko punih ciklusa hlađenja/zagrijavanja, pri čemu algoritam bilježi temperature pri kojima dolazi do ukapčanja/iskapčanja kompresora, te u konačnici uzima srednju vrijednost, npr. metodom pomičnog prosjeka (engl. moving average).

• Ručno, preko sučelja aktivnog kućanstva, pri čemu osoba koja unosi podatke mora imati pouzdane informacije o temperaturnim granicama – određuju se npr. iz detaljnih specifikacija hladnjaka (ako postoje, što je malo vjerojatno) ili bolje eksperimentalno, analizom logirane temperature unutrašnjosti hladnjaka kroz više punih ciklusa hlađenja/zagrijavanja.

Razine za prihvaćanje/odbijanje zahtjeva za odzivom potrošnje (tirkizna i purpurnocrvena linija na Sl. 3.3) određuju se kao neki postotak temperaturnih granica i to opet može biti:

• automatski, nekom metodom koja uzima u obzir temperaturne granice, te trajanje ciklusa hlađenja/zagrijavanja koje također bilježi algoritam aktivnog kućanstva,

• ručno, određuje i zadaje osoba zadužena za konfiguraciju sustava uzimajući u obzir karakteristike hladnjaka.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 11 od 32

3.1.3. Klasični hladnjak uz pametni utikač Kada se govori o uključivanju klasičnih (nepametnih) hladnjaka u aktivno kućanstvo, jasno je da je potrebno napraviti određene prilagodbe. Najjednostavnija moguća prilagodba je korištenje pametnih utikača koji se spajaju na platformu za upravljanje i nadzor. Prednost ovog rješenja je da se kompresor (ali i cijeli hladnjak) može jednostavno uključiti/isključiti na zahtjev agregatora (aktivnog susjedsva). Nedostataka je mnogo više, a odnose se na period isključenosti hladnjaka:

• gasi se cijeli hladnjak, pa tako i ventilator isparivača koji bi trebao uvijek raditi, • nema nadzora temperature u hladnjaku, pa se ne može znati u kojem dijelu ciklusa se hladnjak

nalazi u trenutku gašenja – ako je temperatura blizu gornje granice (kompresor bi se uskoro trebao upaliti), izvjesno je da može doći do kvarenja ili pada kvalitete namirnica što nije prihvatljivo,

• ne radi svjetlo u frižideru – smanjenje komfora. Zbog navedenih razloga, zaključuje se da upravljanje klasičnim hladnjacima preko pametnih utikača nije prihvatljivo rješenje za pružanje usluge odziva potrošnje.

3.1.4. Klasični hladnjak uz novi sklop i jednosmjernu komunikaciju Drugo moguće rješenje za klasične hladnjake je vanjska intervencija u upravljačku logiku koja je ugrađena u hladnjak. Ovo rješenje zahtijeva modifikaciju elektronike hladnjaka dodavanjem posebno izrađenog sklopa kako je opisano u nastavku. Na Sl. 3.4 shematski je prikazana inherentna upravljačka petlja kojom se regulira temperatura u hladnjaku. Termostat na temelju razlike zadane (referentne, Tref) i mjerene temperature (Tmj) pali ili gasi kompresor (vidjeti Sl. 3.2).

Sl. 3.4 Regulacija temperature hladnjaka

Razmatrana modifikacija prikazana je na Sl. 3.5. Novi elektronički sklop upravljan je algortimom aktivnog kućanstva, a radi tako da „lažira“ mjerenje temperature (Tmj_laz) s ciljem paljenja/gašenja kompresora izvan uobičajenih vremenskih intervala.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 12 od 32

Sl. 3.5 Regulacija temperature klasičnog hladnjaka – jednosmjerna komunikacija s aktivnim kućanstvom

Logika upravljanja je sljedeća. Kada od agregatora (aktivnog susjedstva) stigne zahtjev za gašenjem potrošača, algoritam aktivnog kućanstva daje novom sklopu nalog za lažno prikazivanje temperature nižom nego što stvarno jest kako bi regulacijska histereza ugasila kompresor. Odziv hladnjaka na ovu pobudu prikazan je na Sl. 3.6. Stvarna mjerena temperatura i lažna temperatura se veliku većinu vremena poklapaju (novi sklop jednostavno proslijeđuje mjerenu vrijednost na svoj izlaz), a jedina razlika je negativni impuls lažne temperature koji počinje u trenutku t1, kada se želi prisilno ugasiti kompresor. Ovaj impuls ne mora trajati dugo, tek toliko da ga termostat stigne registrirati. Nakon prisilnog gašenja kompresora slijedi porast temperature, te povratak hladnjaka u uobičajeni ciklus. Istom logikom, kada od agregatora stigne zahtjev za paljenjem potrošača, algoritam aktivnog kućanstva daje novom sklopu nalog za lažno prikazivanje temperature višom nego što stvarno jest kako bi regulacijska histereza upalila kompresor. Odziv hladnjaka na ovu pobudu prikazan je na Sl. 3.7. Jedina razlika između mjerene i lažne temperature je pozitivni impuls lažne temperature koji počinje u trenutku t1, kada se želi prisilno upaliti kompresor. Nakon prisilnog paljenja kompresora slijedi pad temperature, te povratak hladnjaka u uobičajeni ciklus.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 13 od 32

Sl. 3.6 Odziv hladnjaka na lažno smanjenje mjerene temperature

Sl. 3.7 Odziv hladnjaka na lažno povećanje mjerene temperature

Opisano rješenje s novim sklopom bitno je pametnije od jednostavnog korištenja pametnih utikača. Svi ranije spomenuti nedostaci, vezani uz korištenje pametnih utikača, ovdje ne postoje. Istina je da niti ovdje algoritam aktivnog kućanstva nema informaciju o mjerenoj temperaturi, međutim strah od prekoračivanja temperaturnih ograničenja hladnjaka znatno je umanjen, budući da se, s iznimkom kratkotrajnih impulsa, u potpunosti koristi inherentna upravljačka logika hladnjaka. Iz istog razloga, sustav zadržava mogućnost promjene referentne (zadane) temperature od strane korisnika u bilo kojem trenutku, uz napomenu da veće promjene referentne temperature mogu dovesti do prekida pružanja odziva potrošnje (promjene stanja kompresora).



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 14 od 32

Nedostatak opisanog rješenja je jednosmjerna komunikacija, što znači da algoritam aktivnog kućanstva nema nikakvu informaciju o stanju u kojem se hladnjak nalazi, te nekontrolirano (bez povratne informacije) šalje naloge za paljenje/gašenje kompresora (lažnim prikazivanjem temperature). Ovo ima sljedeće implikacije:

• U slučaju kada nalog ne bi rezultirao promjenom stanja kompresora, npr. šalje se nalog za gašenje kompresora u trenutku dok je kompresor ugašen (ili obrnuto), ne događa se ništa. Iznimka je situacija kada se nalog, tj. impuls lažne temperature, pošalje u trenutku dosezanja granične temperature. Ovo za posljedicu može imati kašnjenje promjene stanja kompresora. Maksimalni iznos kašnjenja jednak je duljini trajanja impulsa, te ne utječe značajno na rad hladnjaka.

• U slučaju kada bi nalog rezultirao promjenom stanja kompresora, prisutan je problem nemogućnosti korištenja razina za odziv potrošnje prikazanih na Sl. 3.3, tj. postoji mogućnost da se promjena stanja kompresora dogodi u neodgovarajućem trenutku. Ovo za posljedicu može imati (pre)kratko pružanje odziva potrošnje. Također, ukoliko hladnjak posjeduje internu zaštitu od prečestog paljenja/gašenja kompresora, može doći do prekoračenja temperaturnih granica (vidjeti diskusiju u Pogl. 3.1.2).

• Ako zahtjevi za odzivom potrošnje učestalo stižu od agregatora, algoritam aktivnog kućanstva ih samo proslijeđuje hladnjaku, što također može dovesti do prečestog paljenja/gašenja kompresora. Ovo se može riješiti na način da algoritam poštuje neko minimalno vrijeme između slanja dvaju naloga, što pak može rezultirati propuštenim prilikama za pružanje odziva potrošnje (npr. ukoliko prethodni nalog nije rezultirao promjenom stanja kompresora, sljedeći nalog će možda predugo čekati).

Praktični nedostatak ovog rješenja je zadiranje u tvorničku konstrukciju hladnjaka kako bi se u povratnu vezu mjerenja temperature ubacio novi elektronički sklop. Iako relativno jednostavan, ovaj zahvat će rezultirati gubitkom garancije kod novijih uređaja. Rješenje razmatrano u ovom potpoglavlju može se primijeniti samo na robusne klasične hladnjake kod kojih je dozvoljeno često paljenje/gašenje kompresora.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 15 od 32

3.1.5. Klasični hladnjak uz novi sklop i dvosmjernu komunikaciju U ovom potpoglavlju predlaže se najnaprednije rješenje za klasične hladnjake, koje je u osnovi isto kao i prethodno opisano (Pogl. 3.1.4), s razlikom što je sada komunikacija između algoritma aktivnog kućanstva i upravljačkog sustava hladnjaka dvosmjerna, kako je prikazano na Sl. 3.8.

Sl. 3.8 Regulacija temperature klasičnog hladnjaka – dvosmjerna komunikacija s aktivnim kućanstvom

Na ovaj način algoritam aktivnog kućanstva uvijek ima informacije o stanju hladnjaka: stanje kompresora (upaljen/ugašen), mjerena i referentna temperatura (Tmj i Tref). Na temelju ovih informacija algoritam aktivnog kućanstva odlučuje hoće li zahtjev za promjenom potrošnje, koji zaprima od agregatora (aktivnog susjedstva), proslijediti hladnjaku ili neće (tj. hoće li zadati nalog za slanje impulsa lažne temperature ili neće). Primjeri odziva sa Sl. 3.6 i Sl. 3.7 vrijede i u ovom slučaju. Za razliku od prethodna dva rješenja (opisana u Pogl. 3.1.3 i 3.1.4), ovom upravljačkom konfiguracijom moguće je implementirati kompletnu logiku opisanu u Pogl. 3.1.2. Prednost ovog rješenja je velika fleksibilnost u upravljanju, a nedostatak relativno velik zahvat kojim se modificira tvornička konstrukcija i upravljačka logika hladnjaka (gubitak garancije kod novijih uređaja). Rješenje razmatrano u ovom potpoglavlju može se primijeniti na sve klasične hladnjake na kojima je moguće načiniti opisane modifikacije.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 16 od 32

3.1.6. Pametni hladnjak uz jednosmjernu komunikaciju Kada se govori o pametnim hladnjacima, želja je koristiti njihove pametne funkcionalnosti, bez fizičkih intervencija u upravljačku logiku, čime se pojednostavljuje uključivanje u aktivno kućanstvo, te se zadržava tvornička garancija uređaja. Traže se hladnjaci koji imaju mogućnost preciznog zadavanja temperature u °C (ili čak zadavanja raspona temperature), kao i mogućnost mjerenja temperature unutar hladnjaka. Može se dogoditi da kod nekih modela pametnih hladnjaka nije dostupna mjerena temperatura, te se tada govori o jednosmjernoj komunikaciji (pretpostavka je da nije dostupna niti informacija o stanju kompresora). Upravljačka petlja tada će izgledati kako je prikazano na Sl. 3.9, pri čemu algoritam aktivnog kućanstva ima informaciju o referentnoj temperaturi koju zadaje korisnik.

Sl. 3.9 Regulacija temperature pametnog hladnjaka – jednosmjerna komunikacija s aktivnim kućanstvom

Logika upravljanja je sljedeća. Kada od agregatora (aktivnog susjedstva) stigne zahtjev za gašenjem potrošača, algoritam aktivnog kućanstva zadaje višu referentnu temperaturu kako bi regulacijska histereza ugasila kompresor. Odziv hladnjaka na ovu pobudu prikazan je na Sl. 3.10. Algoritam veliku većinu vremena zadaje referentnu temperaturu koju je zadao korisnik, a jedino odstupanje od ovoga je pozitivni impuls referentne temperature koji počinje malo prije trenutka t1, kada se želi prisilno ugasiti kompresor. Ovaj impuls ne mora trajati dugo, tek toliko da ga termostat stigne registrirati. Dozvoljene temperaturne granice pomiču se zajedno s promjenom referentne temperature. Termostat gasi kompresor u trenutku t1, kada donja granica naraste iznad mjerene temperature. Nakon prisilnog gašenja kompresora slijedi porast temperature, te povratak hladnjaka u uobičajeni ciklus. Istom logikom, kada od agregatora stigne zahtjev za paljenjem potrošača, algoritam aktivnog kućanstva zadaje nižu referentnu temperaturu kako bi regulacijska histereza upalila kompresor. Odziv hladnjaka na ovu pobudu prikazan je na Sl. 3.11. Jedino odstupanje od referentne temperature koju je zadao korisnik, događa se kada algoritam zadaje negativni impuls referentne temperature koji počinje malo prije trenutka t1, kada se želi prisilno upaliti kompresor. Termostat pali kompresor u trenutku t1, kada gornja granica padne ispod mjerene temperature. Nakon prisilnog paljenja kompresora slijedi pad temperature, te povratak hladnjaka u uobičajeni ciklus.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 17 od 32

Sl. 3.10 Odziv hladnjaka na impulsno povećanje referentne temperature

Sl. 3.11 Odziv hladnjaka na impulsno smanjenje referentne temperature

Opisano rješenje ima sljedeće pozitivne karakteristike:

• U potpunosti se koristi inherentna upravljačka logika hladnjaka (uz iznimku kratkotrajnih impulsa reference), te je zbog toga na zadovoljavajući način osigurano da temperaturna ograničenja hladnjaka ne budu prekoračena. Iz istog razloga, sustav zadržava mogućnost promjene referentne (zadane) temperature od strane korisnika u bilo kojem trenutku (osim za vrijeme trajanja impulsa), uz napomenu da veće promjene referentne temperature mogu dovesti do prekida pružanja odziva potrošnje (promjene stanja kompresora).

• Moguće je uzeti u obzir razine za odziv potrošnje (vidjeti Sl. 3.3 i vezana objašnjenja), na način da se:

o amplituda pozitivnog impulsa reference odabere tako da donja temperaturna granica poprimi vrijednost razine za isključenje (ovo je slučaj na Sl. 3.10),

o amplituda negativnog impulsa reference odabere tako da gornja temperaturna granica poprimi vrijednost razine za uključenje (ovo je slučaj na Sl. 3.11).



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 18 od 32

Na ovaj način do promjene stanja kompresora dolazi samo ako je trenutna temperatura odgovarajućeg iznosa, tj. sprečavaju se prečesta paljenja/gašenja kompresora koja nisu poželjna (vidjeti Pogl. 3.1.2). Pretpostavke za ovakvo uzimanje u obzir razina za odziv potrošnje su:

o dobro i pouzdano poznavanje iznosa temperaturnih granica hladnjaka, te razina za odziv potrošnje (eksperimentalno određivanje?),

o mogućnost dovoljno preciznog i točnog zadavanja referentne temperature preko algoritma aktivnog kućanstva.

Nedostatak opisanog rješenja je jednosmjerna komunikacija, što znači da algoritam aktivnog kućanstva nema nikakvu informaciju o stanju u kojem se hladnjak nalazi, te nekontrolirano (bez povratne informacije) šalje naloge za paljenje/gašenje kompresora (preko impulsa referentne temperature). Ovo ima sljedeće implikacije:

• U slučaju kada nalog ne bi rezultirao promjenom stanja kompresora, npr. šalje se nalog za gašenje kompresora u trenutku dok je kompresor ugašen (ili obrnuto), ne događa se ništa. Iznimka je situacija kada se nalog, tj. impuls reference, pošalje u trenutku dosezanja granične temperature. Ovo za posljedicu može imati kašnjenje promjene stanja kompresora. Maksimalni iznos kašnjenja jednak je duljini trajanja impulsa, te ne utječe značajno na rad hladnjaka.

• Ako zahtjevi za odzivom potrošnje učestalo stižu od agregatora, algoritam aktivnog kućanstva ih samo proslijeđuje hladnjaku, što može dovesti do prečestog paljenja/gašenja kompresora. Ovo se može riješiti na način da algoritam poštuje neko minimalno vrijeme između slanja dvaju naloga, što pak može rezultirati propuštenim prilikama za pružanje odziva potrošnje (npr. ukoliko prethodni nalog nije rezultirao promjenom stanja kompresora, sljedeći nalog će možda predugo čekati).

Iz gornjeg razmatranja zaključuje se da je rješenje razmatrano u ovom potpoglavlju vrlo slično rješenju iz Pogl. 3.1.4 (klasični hladnjak i jednosmjerna komunikacija), ali ipak valja naglasiti razlike:

• Velika prednost ovog rješenja je mogućnost uzimanja u obzir razina za odziv potrošnje, a razlog tomu je taj što ne dolazi do gubitka informacije o mjerenoj temperaturi (kod klasičnog hladnjaka, radi se lažiranje mjerenja temperature, te se ta informacija gubi).

• Mali nedostatak u odnosu na Pogl. 3.1.4 jest što kod pametnog hladnjaka može postojati inherentno ograničenje na brzinu promjene referentne temperature (npr. rampa). Učinak ovog ograničenja vidljiv je na Sl. 3.10 i Sl. 3.11, gdje algoritam zadaje skokovitu promjenu reference, ali se zbog pretpostavljenih ograničenja hladnjaka ona mijenja po rampi. Ako ovo ograničenje postoji, odziv potrošnje će se događati s odgodom. Ako ovo ograničenje ne postoji, referenca se mijenja skokovito, te nema kašnjenja odziva potrošnje.

• Još jedan nedostatak koji se odnosi na inherentna ograničenja pametnih hladnjaka. Pametni hladnjaci imaju određeni raspon unutar kojeg se može zadavati referentna temperatura. Ako hladnjak radi blizu rubova ovog raspona, gubi se prostor za zadavanje impulsa dovoljne amplitude (impulsi zadani od algoritma aktivnog kućanstva mogu ući u zasićenje). Zbog ovog ograničenja se potencijalno smanjuje raspon mogućih radnih temperatura pametnih hladnjaka.

Prednost ovog rješenja je što se bez zadiranja u tvorničku konstrukciju hladnjaka, samo uz zadavanje reference, može ostvariti funkcionalan odziv potrošnje. Međutim, za praktičnu provedbu, nužno je s visokom točnošću odrediti temperaturna ograničenja hladnjaka, što može biti problematično. Nedostatak je i potencijalno ograničen raspon zadavanja reference.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 19 od 32

Rješenje razmatrano u ovom potpoglavlju može se primijeniti na sve pametne hladnjake kojima vanjski uređaji (npr. bežičnom komunikacijom) mogu zadavati referentne temperature u oC s dovoljnom razlučivošću (npr. 0.25 oC).

3.1.7. Pametni hladnjak uz dvosmjernu komunikaciju Rješenje opisano u ovom potpoglavlju u osnovi je isto kao i prethodno opisano (Pogl. 0), s razlikom što je sada komunikacija između algoritma aktivnog kućanstva i upravljačkog sustava hladnjaka dvosmjerna, kako je prikazano na Sl. 3.12.

Sl. 3.12 Regulacija temperature pametnog hladnjaka – dvosmjerna komunikacija s aktivnim kućanstvom

Na ovaj način algoritam aktivnog kućanstva ima informaciju o stanju hladnjaka: mjerena temperatura (Tmj) i stanje kompresora (upaljen/ugašen). Realna je mogućnost da se od pametnog hladnjaka ne može dobiti izravna informacija o stanju kompresora, ali budući da kompresor ima samo dva stanja, ova informacija može se jednostavno estimirati na temelju mjerene temperature ili trenutne potrošnje energije hladnjaka. Uz dostupnu informaciju o stanju kompresora, opisanom upravljačkom konfiguracijom moguće je implementirati kompletnu logiku opisanu u Pogl. 3.1.2. Na temelju informacija o stanju hladnjaka algoritam aktivnog kućanstva odlučuje hoće li zahtjev za promjenom potrošnje, koji zaprima od agregatora (aktivnog susjedstva), proslijediti hladnjaku ili neće (tj. hoće li zadati impuls referentne temperature ili neće). Primjeri odziva sa Sl. 3.10 i Sl. 3.11 vrijede i u ovom slučaju, uz sljedeće napomene. U slučaju jednosmjerne komunikacije (Pogl. 0) amplitudu impulsa potrebno je zadati vrlo precizno, budući da se na taj način u obzir uzimaju razine za odziv potrošnje, tj. određuje se da li se hladnjak nalazi u prikladnom stanju za pružanje odziva potrošnje. U slučaju dvosmjerne komunikacije, stanje hladnjaka ocjenjuje se logikom opisanom u Pogl. 3.1.2, tako da amplitudu impulsa nije potrebno zadavati precizno, što znači da je sustav robusniji. Na primjer, ako hladnjak nema ugrađenu zaštitu u obliku rampe na promjenu reference, može se zadati neki impuls relativno velike amplitude koji će sigurno promijeniti stanje kompresora bez obzira na mjerenu temperaturu. S druge strane, ako hladnjak ima ugrađenu rampu na promjenu reference, može se iskoristiti podatak o trenutnoj (mjerenoj) temperaturi u hladnjaku, kako bi se zadao impuls dovoljne, ali ne prevelike amplitude čime se može skratiti trajanje impulsa.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 20 od 32

Prednost ovog rješenja je što se bez zadiranja u tvorničku konstrukciju hladnjaka, može ostvariti fleksibilno i robusno upravljanje u svrhu pružanja odziva potrošnje. Nedostatak je potencijalno ograničen raspon zadavanja reference (ovo je inherentno ograničenje pametnih hladnjaka), što znači da impulsi zadani od algoritma aktivnog kućanstva mogu ući u zasićenje. Rješenje razmatrano u ovom potpoglavlju može se primijeniti na sve pametne hladnjake koji imaju mogućnost dvosmjerne komunikacije s vanjskim uređajima (npr. bežična komunikacija), pri čemu se u oC zadaje referentna i očitava mjerena temperatura.

3.1.8. Zaključno o hladnjacima i odzivu potrošnje Predložena su dva koncepta za uključivanje hladnjaka u aktivna kućanstva:

A. U slučaju klasičnih hladnjaka, dodaje se novi elektronički sklop u povratnu vezu mjerenja temperature, te algoritam aktivnog kućanstva upravlja ovim sklopom. Upravljačke strukture dane su na Sl. 3.5 i Sl. 3.8, a primjeri odziva na Sl. 3.6 i Sl. 3.7.

B. U slučaju pametnih hladnjaka, algoritam aktivnog kućanstva upravlja zadavanjem referentne temperature. Upravljačke strukture dane su na Sl. 3.9 i Sl. 3.12, a primjeri odziva na Sl. 3.10 i Sl. 3.11.

Iako se upravljačke strukture u slučajevima A i B razlikuju, njima se u suštini postiže ekvivalentna funkcionalnost, uz pretpostavku da regulacija termostata u oba slučaja radi na isti način (princip histereze, vidjeti Sl. 3.2). U slučaju A, mjerena temperatura se (lažno) pomiče ispod donje temperaturne granice kada se želi ugasiti kompresor, odnosno iznad gornje temperaturne granice kada se želi upaliti kompresor. U slučaju B, pomiče se referentna temperatura tako da donja temperaturna granica dođe iznad mjerene temperature kada se želi ugasiti kompresor, odnosno da gornja temperaturna granica dođe ispod mjerene temperature kada se želi upaliti kompresor. Ovisno o tome kako se povezuju algoritam aktivnog kućanstva i hladnjak (jednosmjerna ili dvosmjerna komunikacija), predložena su ukupno četiri rješenja čije su karakteristike opisane u zasebnim potpoglavljima (Pogl. 3.1.4–3.1.7). Opisanim načinom upravljanja ne dolazi do promjene prosječne snage hladnjaka, pa tako niti do smanjenja potrošnje energije, već samo do preraspodjele potrošnje u vremenu. U konačnici, treba biti svjestan da održavanje kvalitete namirnica ima prioritet nad odzivom potrošnje. Na primjer, neka je sustav pružio odziv potrošnje gašenjem kompresora, nakon čega dolazi do povećanog broja otvaranja hladnjaka i/ili dodavanja velikog broja toplih namirnica. Ovo za posljedicu ima brže povećanje temperature u hladnjaku, ranije paljenje kompresora, te prekid odziva potrošnje. U ovom poglavlju detaljno je razrađeno uključivanje hladnjaka/zamrzivača u aktivno kućanstvo. Opisani koncepti i principi mogu se primijeniti i na brojne druge kućanske uređaje, prvenstveno na uređaje koji rade kontinuirano.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 21 od 32

3.2. Klima uređaj i toplinska pumpa

3.2.1. Klima uređaj Princip rada klima uređaja u osnovi je isti kao i princip rada hladnjaka. Odličan opis rada klima uređaja dostupan je u [33]. Korisnik u pravilu zadaje željenu temperaturu u oC preko digitalnog sučelja (najčešće daljinski upravljač). Termostat na temelju željene (zadane, referentne) i stvarne (mjerene) temperature određene prostorije regulira rad kompresora i time stupanj hlađenja. Klasični klima uređaji imaju motore i kompresore koji mogu raditi samo jednom brzinom. Ovo znači da se, kao i kod hladnjaka, temperatura regulira paljenjem/gašenjem kompresora, što rezultira velikim fluktuacijama u potrošnji energije, ali i određenom fluktuacijom temperature u hlađenoj prostoriji, budući da termostat radi na principu histereze. Logika upravljanja ovakvim uređajima ista je kao i ranije opisana logika upravljanja hladnjacima. Moderni klima uređaji uglavnom koriste motore koji mogu raditi varijabilnom brzinom budući da su upravljani preko invertera – posebnog sklopa energetske elektronike. Ovakvi uređaji često se reklamiraju riječju „inverter“ u svome nazivu. Ovo znači da se temperatura regulira promjenom brzine vrtnje motora koji pogoni kompresor, pri čemu se motor (kompresor) nikada ne gasi, osim naravno kada se ugasi cijeli klima uređaj. Ovakav način regulacije ima za posljedicu manje fluktuacije temperature u hlađenoj prostoriji, manje fluktuacije u potrošnji energije (povoljno za elektroenergetski sustav), ali i manju ukupnu potrošnju energije u odnosu na klasične klima uređaje. U nastavku ovog izvještaja podrazumijeva se korištenje modernih „inverter“ klima uređaja. Pametni klima uređaji imaju mogućnost zadavanja željene temperature na daljinu putem pametne aplikacije pri čemu se za komunikaciju koristi Wi-Fi ili neki drugi protokol. Osim temperature, obično se mogu zadavati i druge veličine kao npr. brzina vrtnje ventilatora ili vrijeme gašenja uređaja. Također, preko pametne aplikacije može se očitati trenutna temperatura prostora. Korištenje klima uređaja u svrhu odziva potrošnje podrazumijeva smanjenje/povećanje intenziteta rada kompresora, a time i smanjenje/povećanje potrošnje energije. Ovo se može postići zadavanjem nešto više/niže temperature klima uređaju, što će za posljedicu imati smanjenje komfora korisnika. Međutim ako veliki broj klima uređaja (aktivnih kućanstava) istovremeno pruža uslugu odziva potrošnje, tada i male promjene snage pojedinih kompresora mogu povoljno utjecati na balansiranje elektroenergetskog sustava. Algoritam aktivnog kućanstva zadaje referentnu temperaturu na temelju:

• zahtjeva za povećanjem/smanjenjem potrošnje koji dolazi od agregatora (aktivnog susjedstva), • željene temperature prostora koju zadaje korisnik, • mjerene temperature prostora.

Logika upravljanja klima uređajem u svrhu odziva potrošnje prikazana je na Sl. 3.13.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 22 od 32

Sl. 3.13 Regulacija klima uređaja

3.2.2. Toplinska pumpa Izraz „toplinska pumpa“ uobičajeno označava uređaje koji mogu kako hladiti, tako i grijati prostor, pri čemu prenose toplinsku energiju u smjeru suprotnom od spontanog prijenosa topline. Kućanska toplinska pumpa ljeti će hladiti, a zimi grijati prostorije. Princip rada toplinske pumpe u osnovi je isti kao i princip rada klima uređaja ili hladnjaka, s razlikom da prijenos topline može ići u oba smjera. Ljeti se toplina odvodi iz unutrašnjeg (hladnijeg) prostora i predaje vanjskom (toplijem), a zimi se toplina uzima iz vanjskog (hladnijeg) prostora i predaje unutarnjem (toplijem). Ovo je moguće zato što je sustav toplinske pumpe konstruiran na način da se kružni proces prijenosa topline (vidjeti Sl. 3.1) može odvijati u oba smjera. Logika upravljanja toplinskom pumpom u svrhu odziva potrošnje ista je kao i za klima uređaje. Ovdje valja naglasiti da postoje i obični klima uređaji s mogućnošću grijanja koji se ne mogu smatrati toplinskim pumpama. Ovakvi klima uređaji griju prostor koristeći običan strujni otpornički grijač preko kojeg se zrak upuhuje u prostor. U usporedbi s toplinskim pumpama ovakvi uređaji su jednostavniji i jeftiniji, ali također i manje energetski efikasni. Precizno govoreći, ovakvi klima uređaji rade kao toplinske pumpe samo u režimu hlađenja, a ne i u režimu grijanja unutrašnjeg prostora.

3.3. Električni bojler

3.3.1. Električni bojler za pripremu tople vode Električni bojleri za pripremu tople vode mogu se smatrati uređajima koji rade kontinuirano. Međutim, sam grijač koji troši električnu energiju ne radi stalno nego samo dok se ne postigne određena temperatura vode. Slično kao kod hladnjaka, kojemu se kompresor pali ili gasi u ovisnosti o temperaturi u hladnjaku, tako i termostat bojlera gasi električni grijač kada temperatura u kotlu naraste iznad gornje granice, a pali ga kada temperatura padne ispod donje granice (princip histereze). Gornja i donja granica u vezi su sa željenom temperaturom koju zadaje korisnik preko termostata ili digitalnog sučelja. U pravilu, ako se ne troše enormne količine vode, u tipičnom kućanstvu će grijač bojlera više vremena biti ugašen, nego upaljen. Logika upravljanja električnim bojlerom za pripremu tople vode u svrhu odziva potrošnje ista je kao i za hladnjake, te se može izvesti na dva načina ovisno o tome radi li se o klasičnom bojleru (vidjeti Sl. 3.8) ili pametnom bojleru (vidjeti Sl. 3.9).



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 23 od 32

3.3.2. Protočni električni bojler Gledano sa stajališta odziva potrošnje, protočni bojler spada u skupinu uređaja kojima upravljaju ljudi, te kao takav ima značajno različit karakter u odnosu na bojler za pripremu tople vode koji spada u skupinu uređaja kojima je moguće upravljati automatski. Protočni bojler se pali kada god netko u kućanstvu koristi toplu vodu iz slavine. Kao i kod drugih uređaja kojima upravljaju ljudi, odziv potrošnje iz protočnog električnog bojlera ovisi o korisničkoj volji da pomaknu korištenje tople vode u vremenu. Zbog toga je jedini način na koji se u ovom slučaju može pružiti odziv potrošnje taj da korisnik zna kada je:

• aktualan zahtjev za smanjenom potrošnjom aktivnog kućanstva, te da tada odluči odgoditi korištenje tople vode iz protočnog bojlera,

• aktualan zahtjev za povećanom potrošnjom aktivnog kućanstva, te da tada odluči koristiti toplu vodu iz protočnog bojlera za npr. pranje posuđa ili tuširanje.

3.4. Perilice i sušilica Perilice rublja, sušilice rublja, te perilice posuđa spadaju u skupinu uređaja koji rade diskontinuirano, tj. po potrebi. Za razliku od uređaja koji rade kontinuirano, ovi uređaji mogu raditi samo u vremenskom rasponu kojeg zadaje korisnik. Nakon što je korisnik napunio uređaj rubljem/posuđem, dodao deterdžent i sl., te odabrao program rada uređaja, slijedi zadavanje željenih vremena početka i završetka ciklusa pranja/sušenja. Korisnik može jednostavno signalizirati da je uređaj napunjen i trenutno spreman za pokretanje ili pak zadati neko kasnije vrijeme za pokretanje, ako npr. ne želi da mu uređaj odmah proizvodi buku i sl. Algoritam aktivnog kućanstva prima podatke o odabranom programu rada uređaja (bitno zbog trajanja programa), te željenih vremena početka i završetka. Na temelju ovih podataka koje zadaje korisnik, te na temelju podataka s tržišta električne energije (dobivenih od agregatora, tj. aktivnog susjedstva), algoritam odlučuje o pokretanju programa pranja/sušenja na sljedeći način:

• Ako je vremenski raspon za izvođenje zadan nelogično (npr. kraće od trajanja odabranog programa uređaja), program ne započinje, te se korisnik upozorava da mora ispravno zadati vremena početka i završetka.

• Algoritam pokreće program uređaja kada dobije zahtjev za povećanjem potrošnje ili kada je preostalo vrijeme do zadanog vremena završetka jednako trajanju programa pranja/sušenja (program mora završiti do zadanog vremena, bez obzira na odziv potrošnje).

• Ako tijekom rada uređaja stigne zahtjev za smanjenjem potrošnje, algoritam može pauzirati program uređaja, ali samo ukoliko uređaj to podržava, te ako ima dovoljno vremena do kraja zadanog vremenskog raspona. Ponovno pokretanje programa događa se kada je zadovoljen jedan od dva uvjeta iz prethodne točke.

Radni ciklus perilice rublja sastoji se od nekoliko procesa: pranje, ispiranje i cijeđenje, u kojima se energija ne troši ravnomjerno. Najveći potrošači perilice rublja su električni grijač koji se koristi pri pranju, te elektromotor koji pokreće bubanj, a najveću potrošnju ima prilikom cijeđenja. Kod sušilice rublja, najveći potrošači su također električni grijač i elektromotor koji pokreće bubanj. Radni ciklus perilice posuđa sastoji



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 24 od 32

se od pranja, ispiranja i sušenja, pri čemu su najveći potrošači ponovno električni grijač, te elektromotor pumpe za cirkulaciju vode unutar perilice. Napredniji algoritam aktivnog kućanstva može u obzir uzeti energetski profil radnog ciklusa perilice/sušilice, za što je preduvjet da algoritam ima informaciju o tome u kojem se dijelu radnog ciklusa uređaj nalazi. Na temelju ovih informacija algoritam odlučuje isplati li se ili ne pauzirati izvođenje programa (u slučaju da tijekom izvođenja stigne zahtjev za smanjenjem potrošnje). Na primjer, ako je trenutna potrošnja električne energije vrlo mala, možda nema smisla pauzirati izvođenje programa. S druge strane, ako se prekine npr. ciklus zagrijavanja vode (velika potrošnja), voda će se morati ponovno dogrijati što će u konačnici značiti veću ukupnu potrošnju energije, međutim zbog pruženog odziva potrošnje aktivnom kućanstvu se ovakvo postupanje financijski isplati. Iz navedenog se može zaključiti da opisani način korištenja perilica/sušilica u aktivnom kućanstvu skoro uopće ne narušava komfor korisnika. Jedina dodatna aktivnost koja se zahtjeva od korisnika je donošenje odluke o vremenskom rasponu izvođenja, te njegovo zadavanje. Što je zadani vremenski raspon veći, veća je fleksibilnost, te potencijal za pružanje odziva potrošnje.

4. Platforme za upravljanje i nadzor Upravljanje i nadzor svih uređaja aktivnog kućanstva vrši se preko platforme, koja ujedno predstavlja sučelje aktivnog kućanstva prema aktivnom susjedstvu (entitet koji nastupa na tržištu, agregator). Glavni dio platforme za upravljanje i nadzor je algoritam koji predstavlja „mozak“ aktivnog kućanstva, budući da na temelju svih dostupnih informacija automatski upravlja svakim pojedinim uređajem. Za početak, ispituju se dostupne platforme, kako bi se stekao uvid u njihove mogućnosti. Naravno, opcija je i razvoj vlastite platforme, međutim taj proces može biti dugotrajan i nema smisla na njega trošiti resurse, ako se može iskoristiti neko postojeće rješenje. Pritom treba voditi računa da će ova platforma morati komunicirati s nadređenom platformom (algoritmom) aktivnog susjedstva ili tržišta. Jedan od zahtjeva na platformu je mogućnost logiranja svih relevantnih podataka u svrhu naknadne analize eksperimentalnih rezultata, koji će se koristiti za podešavanje sveobuhvatnog matematičkog modela aktivnog kućanstva. Platforma za upravljanje i nadzor u prvoj će fazi biti implementirana na osobnom računalu, na koje će biti spojen sav potreban hardver za komunikaciju s pojedinim kućanskim uređajima, te po potrebi s mjernom opremom (mjerenje potrošnje energije za kućanske uređaje koji nemaju ugrađenu ovu mogućnost). Dostupne platforme koje se razmatraju su:

• OpenHAB, • Google Home Assistant, • Samsung Smart Things Developer, • LG ThinQ Connect.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 25 od 32

4.1. OpenHAB OpenHAB je open-source rješenje bazirano na Eclipse SmartHome razvojnom okviru. Potpuno je napisan u programskom jeziku Java. Trenutno je aktivna druga verzija ovog rješenja, pod nazivom openHAB 2. Pošto je novom verzijom olakšano korištenje, prvu verziju je gotovo u potpunosti zamijenila. Osnovna instalacija (engl. “runtime") može biti nadograđena različitim dodacima (engl. "add-ons"), čineći openHAB visoko modularnim softverom. Dodaci namijenjeni prvoj verziji su također kompatibilni s openHAB 2. Okvirno gledano jako je stabilan, s dobrim ugrađenim skriptnim jezikom, a pošto ima duže cikluse otpuštanja nove verzije generalno je stabilniji. Potonje može predstavljati i problem pošto se nepotpuno stabilna nadogradnja dijelova sustava mora koristiti kao takva ili je potrebno čekati novu verziju. Poveznica (engl. "binding") integrira hardver, vanjske sustave i web usluge u openHAB. Drugim riječima, spaja „pametne" uređaje s openHAB platformom. Proizvođači od interesa koji imaju dostupne poveznice su Miele i Samsung. Miele ima uvjerljivo najveći broj dostupnih uređaja, a među njih spadaju: hladnjak/zamrzivač, pećnica, mikrovalna pećnica, ploča za kuhanje, sušilica rublja, te perilice rublja i posuđa. Samsung, s druge strane, nema poveznice prema nabrojanim uređajima, ali podržava integraciju klima uređaja.

4.2. Google Home Assistant Google Home Assistant je također open-source rješenje za automatizaciju doma, napisano u programskom jeziku Python. Home Assistant (HA) sadrži mnogo različitih vrsta dodataka, jednostavan je za postavljanje, te ima jako dobru podršku. Ažuriranja softvera izlaze često, obično svakih dva do tri tjedna. Najveća prednost, u usporedbi s ostalim platformama, mu je jednostavnost korištenja. Ova prednost dijelom proizlazi iz toga što je Python jednostavniji za korištenje od npr. programskog jezika Java (korištenog za openHAB platformu). Samim time je i korisnicima početnicima olakšan rad. Nedostatak može biti poremećaj rada uzrokovan čestim ažuriranjima sustava. Home Assistant sadrži integraciju "SmartThings" koja mapira mogućnosti Samsungovih SmartThings uređaja u neku od platformi u HA. Tipovi platformi su: binarni senzor, senzor, prekidač, ventilator, svjetlo, klimatizacija itd. Na primjer, ako uređaj ima mogućnost prikaza režima rada ili mjerenja, pripada platformi „senzor". Pri tome, isti uređaj može pripadati u više platformi. Ova integracija je korisna jer omogućava korištenje potrebnih uređaja proizvođača Samsung.

4.3. Samsung SmartThings Developer Samsung SmartThings Developer (SSTD) je Samsungova open-development platforma za pametne uređaje iz SmartThings serije. Sustav se razvija u jednostavnom programskom okruženju koristeći programski jezik Groovy. Groovy je objektno-orijentirani jezik koji radi na Java Virtual Machine (JVM). 99% koda napisanog u programskom jeziku Java vrijedi kao Groovy. Nedostatak ovog rješenja je što radi za Samsungove uređaje iz SmartThings serije uređaja, dok je spajanje ostalih uređaja ograničeno na Z-Wave i Zigbee protokole.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 26 od 32

Mogućnosti (engl. "Capabilities") su jezgra SmartThings arhitekture. Mogućnosti se razlažu na naredbe i atribute. Naredbe predstavljaju način na koji se može upravljati uređajem, dok atributi predstavljaju informacije koje uređaj može poslati. Uređaji od interesa koji imaju mogućnost upravljanja i nadzora su klima uređaj, perilica posuđa i rublja, sušilica rublja, pećnica, te hladnjak.

4.4. LG ThinQ Connect ThinQ Connect je vlastita platforma proizvođača LG Electronics. Omogućava upravljanje i nadzor isključivo LG uređaja. Svojstva i mogućnosti uređaja su opisani u JSON formatu, s definiranim atributima za upravljanje, te dostupnim mjerenjima. Princip rada je sličan kao i kod prije navedenih platformi. Vlastiti servis razvijen od strane korisnika komunicira s ThinQ Connect platformom koristeći RESTful API (engl. “Application Programming Interface“). Tada platforma šalje upravljačke signale i prima mjerenja s uređaja. Pošto platforma nije open-source, dostupna količina informacija je ograničena. Za više informacija, te korištenje platforme potrebno je sklopiti partnerstvo s tvrtkom LG Electronics.

5. Analiza dostupnih komercijalnih pametnih uređaja U ovom poglavlju analiziraju se i komentiraju karakteristike dostupnih komercijalnih pametnih uređaja, čiji je popis dan u zasebnom dokumentu: D1.4 Popis kućanskih uređaja s potencijalom za odziv potrošnje.pdf. Većina pronađenih pametnih uređaja je marke Samsung, LG i Miele. Tu je još i tvrtka Ariston koja proizvodi bojlere, te tvrtke DeviceBit i SMA koje proizvode mjerače potrošnje energije. U popisu je navedena i tablica gateway-a i hub-ova – komunikacijskih i mrežnih uređaja koji služe za povezivanje/umrežavanje pametnih uređaja, te platformi za upravljanje i nadzor. Za potrebe opremanja aktivnog kućanstva, izbor pametnih uređaja može se kategorizirati na više načina:

• dostupnost uređaja, • podržane opcije upravljanja i nadzora, • podržane platforme za upravljanje i nadzor.

Navedene kategorizacije razrađene su u nastavku.

5.1. Dostupnost uređaja U Tabl. 5.1 vidljiva je dostupnost pojedinih uređaja po proizvođačima, pri čemu su zelenom bojom označeni dostupni uređaji, a crvenom nedostupni (npr. proizvođač ne proizvodi određeni uređaj). U Hrvatskoj su dostupni samo uređaji koji imaju oznaku „RH“. Može se zaključiti da niti jedan proizvođač nema sve razmatrane uređaje u svojoj ponudi, te također da niti jedan proizvođač nema sve vlastite uređaje dostupne u Hrvatskoj. Zbog toga će za opremanje laboratorijskog postava aktivnog kućanstva biti potrebno kombinirati uređaje različitih proizvođača ili pak naručivati uređaje iz inozemstva.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 27 od 32

Tabl. 5.1 Dostupnost uređaja

Samsung LG Miele Ariston DeviceBit i SMA

Hladnjaci RH Perilice rublja RH RH Sušilice rublja RH Perilice posuđa RH Klima uređaji RH

Ploče za kuhanje RH RH Bojleri RH

Mjerači potrošnje energije RH

5.2. Podržane opcije upravljanja i nadzora Pametni hladnjaci svih proizvođača imaju mogućnost zadavanja i mjerenja temperature, ali niti jedan model hladnjaka nema mogućnost zadavanja raspona temperature (temperatura u hladnjaku uvijek varira u određenim granicama, vidjeti Pogl. 3.1.1). Perilice rublja tvrtki LG i Miele imaju više opcija zadavanja postavki programa od perilica tvrtke Samsung koje imaju samo mogućnost zadavanja predefiniranih programa. Tako je LG i Miele perilicama moguće zadati vrijeme početka programa, što je bitna opcija jer omogućava da se perilica koristi tijekom vremena nižih cijena električne energije u dvotarifnom modelu obračuna potrošnje. Također, LG i Miele perilice imaju opciju zadavanja brzine okretanja neovisno o programu, što je također poželjno jer se i na taj način može utjecati na potrošnju električne energije. Perilice posuđa imaju manje opcija u odnosu na perilice rublja, pa se tako ne zadaje temperatura pranja već program. Zadavanje trajanja, te vremena početka programa dostupno je kod Miele perilice. Pošto proizvođač LG nema open-source platformu, informacije za ovaj uređaj su ograničene. No može se pretpostaviti da je moguće zadavanje vremena početka programa, budući da je to jedna od opcija LG-evih perilica rublja. Sušilice rublja proizvođača Samsung imaju mogućnost zadavanja temperature i programa, no ne nude zadavanje trajanja, niti vremena početka programa. Miele uređaji imaju omogućeno zadavanje trajanja i vremena početka programa. Proizvođač LG i u ovom slučaju nema dostupnih pojedinosti, pa će se, iz gore navedenog razloga, pretpostaviti da je zadavanje vremena početka programa omogućeno. Dostupni su klima uređaji proizvođača Samsung i LG. Samsung uređaji imaju mogućnost zadavanja temperature i programa. Regulacija brzine okretanja ventilatora, koju Samsung podržava, je također korisna dostupna opcija jer utječe na brzinu zagrijavanja/hlađenja prostorije, te na potrošnju energije. Za LG uređaje nisu poznate dostupne opcije. Ploče za kuhanje tvrtki Samsung i Miele imaju mogućnost zadavanja trajanja programa.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 28 od 32

Električni bojler je ograničen na samo jednog proizvođača, Ariston. Dostupna su mjerenja temperature, te postavljanje referentne temperature i načina rada. Zadavanje temperature je za sada ograničeno, pa se može zadati samo pomoću Aristonove mobilne aplikacije. Način rada (comfort ili winter) može se zadati preko mobilne aplikacije i preko web klijenta. Dostupni su mjerači potrošnje električne energije dvaju proizvođača: DeviceBit i SMA. Mjerači proizvođača DeviceBit dolaze u jednofaznoj i trofaznoj izvedbi, a dostupna su mjerenja napona, struje, radne snage, te potrošnje električne energije. Proizvođač SMA nudi SMA Energy Meter u trofaznoj izvedbi, no može se koristiti i jednofazno. SMA uređaji mjere napon, potrošnju i snagu, no ne mjere struju i radnu snagu.

5.3. Podržane platforme za upravljanje i nadzor U Tabl. 5.2 dan je pregled podrške pojedinih proizvođača prema dostupnim platformama za upravljanje i nadzor. Zelena boja znači da je podržano spajanje uređaja pojedinog proizvođača na pojedinu platformu, dok crvena boja znači da podrške nema. Pojedini uređaji zahtijevaju korištenje gateway-a, odnosno hub-a, što je također naznačeno u tablici.

Tabl. 5.2 Podržane platforme za upravljanje i nadzor

Samsung

Samsung klima

uređaji LG Miele Ariston DeviceBit

i SMA

openHAB SST hub XGW3000 Home Assistant SST hub SST hub

Samsung SmartThings Developer SST hub SST hub

LG ThinQ Connect ThinQ

hub

Ariston-remotethermo-client Net Light Samsungovi uređaji podržavaju spoj na vlastitu platformu Samsung SmartThings Developer (SSTD), te na platformu Home Assistant (HA). Izuzetak od ovog su Samsungovi klima uređaji koji se dodatno mogu spojiti na openHAB. Samsung ne zahtijeva gateway, ali je spoj uređaja i platforme moguć preko sabirnice Samsung SmartThings Hub (SST hub). U slučaju da se spaja više Samsung uređaja, navedenu sabirnicu je poželjno koristiti, budući da se na taj način olakšava upravljanje i nadzor. LG-evi uređaji podržavaju spoj na vlastitu platformu ThinQ Connect, i to korištenjem Smart ThinQ Hub-a koji ima ulogu sabirnice i gateway-a. Zbog nedostatka informacija ne može se odrediti je li korištenje navedenog hub-a nužno. Važno je napomenuti da je za korištenje LG ThinQ Connect platforme potrebno sklopiti partnerstvo s tvrtkom LG Electronics. Miele uređaji podržavaju spoj na openHAB, pri čemu je nužno imati gateway tipa Miele XGW3000, kako bi se mogla ostvariti komunikacija uređaja i platforme. Također je razvijena integracija Miele uređaja s platformom Home Assistant, ali rad na novijim verzijama platforme nije provjeren.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 29 od 32

Bojleri tvrtke Ariston spajaju se na vlastitu platformu koja može biti u formi web klijenta (Ariston-remotethermo-client) ili mobilne aplikacije. Spoj je izvediv preko Wi-Fi mreže, uz korištenje Ariston Net Light gateway-a. Uređaji za mjerenje potrošnje energije tvrtki DeviceBit i SMA mogu se spojiti na openHAB i HA. DeviceBit uređaji spajaju se preko ugrađenog Wi-Fi modula, dok se SMA Energy Meter spaja pomoću Ethernet kabela. DeviceBit i SMA uređaji ne zahtijevaju gateway. Budući da različiti proizvođači podržavaju različite platforme, u slučaju da se u aktivnom kućanstvu koriste uređaji različitih proizvođača, nužno je na neki način povezati ove platforme kako bi algoritam aktivnog kućanstva mogao komunicirati sa svim uređajima. Alternativa je razvoj vlastite platforme.

6. Zaključak U ovom izvještaju analizirani su načini rada i karakteristike kućanskih uređaja, s ciljem njihova povezivanja u aktivno kućanstvo, što je ime za entitet koji se uključuje u programe odziva potrošnje. Analizirani su kućanski uređaji koji imaju najveći potencijal za pružanje odziva potrošnje. Najdetaljnije je analiziran hladnjak, budući da su koncepti i principi koji vrijede za hladnjak primjenjivi na brojne druge kućanske uređaje. Nadalje, napravljen je pregled komercijalno dostupnih pametnih uređaja, te njihovih dostupnih opcija za upravljanje, nadzor i povezivanje. Također, napravljen je i pregled dostupnih platformi za upravljanje i nadzor aktivnim kućanstvom. Kada se govori o dostupnosti pametnih uređaja različitih proizvođača, te njihovog povezivanja preko neke od dostupnih platformi za upravljanje i nadzor, u praksi su moguća četiri scenarija:

1. Samsung 2. Miele 3. LG 4. Samsung+Miele.

U slučaju da se aktivno kućanstvo želi formirati korištenjem uređaja samo jednog proizvođača, tada je Samsung najbolji izbor, budući da u svojoj ponudi ima najveći broj različitih uređaja, a također ima i najveći broj uređaja dostupnih u Hrvatskoj. Ipak, u Hrvatskoj nisu dostupni svi uređaji, pa bi tako iz inozemstva bi bilo potrebno naručiti hladnjak i perilicu posuđa. U slučaju da se koriste isključivo Samsung uređaji, bili bi upravljani/nadzirani preko Samsungove platforme SmartThings Developer (SSTD) ili pak preko platforme Home Assistant (HA). U ovom prvom (Samsung) scenariju, jedini problem predstavlja povezivanje Ariston bojlera na jednu od ove dvije platforme (SSTD ili HA). Drugi scenarij je korištenje Miele pametnih uređaja koji svi podržavaju spoj na platformu openHAB. U Hrvatskoj je dostupna samo Miele perilica posuđa i ploča za kuhanje, pa bi hladnjak i perilicu/sušilicu rublja bilo potrebno naručiti iz inozemstva. Budući da Miele ne proizvodi klima uređaje, bilo bi potrebno koristiti klima uređaj proizvođača Samsung, što ne predstavlja problem, budući da se Samsung klima uređaji mogu spojiti na openHAB. U ovom drugom (Miele) scenariju, jedini problem predstavlja povezivanje Ariston bojlera na openHAB.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 30 od 32

Proizvođač LG u Hrvatskoj ima dostupne hladnjak i perilicu rublja, dok bi sušilicu rublja, perilicu posuđa, te klima uređaj trebalo naručiti iz inozemstva. Međutim, kod ovog proizvođača prepreku predstavlja činjenica da se LG uređaji mogu spojiti samo na LG ThinQ Connect platformu koja nije open-source, te je za njeno korištenje potrebno sklopiti partnerstvo s tvrtkom LG Electronics. Nadalje, u ovom trećem (LG) scenariju, čini se malo vjerojatnim da se na LG platformu mogu spojiti uređaji drugih proizvođača koje LG nema u ponudi, a to su u prvom redu bojler i mjerači potrošnje energije. Zbog navedenih razloga, ovaj scenarij ima uvjerljivo najmanje izgleda za uspješno provođenje, tj. formiranje aktivnog kućanstva. U slučaju da se aktivno kućanstvo formira korištenjem uređaja različitih proizvođača, moguće je sve potrebne uređaje nabaviti u Hrvatskoj, ali u tom slučaju problem predstavlja kompatibilnost, tj. kako povezati različite platforme za upravljanje i nadzor (koje podržavaju različiti proizvođači). Jedna moguća opcija je kombiniranje uređaja Samsung i Miele, što znači da bi se u Hrvatskoj mogli nabaviti svi uređaji osim hladnjaka. U ovom četvrtom (Samsung+Miele) scenariju uređaji bi bili upravljani/nadzirani preko platforme Home Assistant (HA), za koju i Samsung i Miele imaju deklariranu podršku. Potencijalni problem je što integracija Miele uređaja nije testirana s novijim verzijama HA platforme. Također, i u ovom scenariju postoji problem povezivanja Ariston bojlera na HA. Kada govorimo o mjeračima potrošnje energije, oni podržavaju spoj na platforme HA i openHAB, tako da se bez problema mogu koristiti u prvom (Samsung), drugom (Miele), te četvrtom (Samsung+Miele) scenariju. Mjerač potrošnje energije proizvođača DeviceBit ima prednost jer omogućava računanje faktora snage, a uz to je i jeftiniji izbor.

7. Reference [1] O osnivanju Agencije Europske unije za suradnju energetskih regulatora (preinaka), Europska komisija. Prijedlog DIREKTIVE EUROPSKOG PARLAMENTA I VIJECA. [2] J. Cochran, M. Miller, O. Zinaman, M. Milligan, D. Arent, B. Palmintier, M. OMalley, U. College Dublin, S. Mueller, I. Energy Agency, E. Lannoye, A. Tuohy, B. Kujala, N. Power, C. Council, M. Sommer, H. Holttinen, J. Kiviluoma, V. Technical Research Centre of Finland, S. Soonee i P. System Operation Corporation, “Flexibility in 21st Century Power Systems,” 2014. [3] I. Renewable Energy Agency, Power system flexibility for the energy transition, Part 1: Overview for policy makers. 2018. [4] A. Nursimulu, “DEMAND-SIDE FLEXIBILITY FOR ENERGY TRANSITIONS Policy recommendations for developing demand response,” Lausanne, 2016. [5] Nordic Council of Ministers, “Flexible demand for electricity and power Barriers and opportunities,” 2017. [6] P. Siano, “Demand response and smart grids—A survey,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 30, pp. 461–478, Feb. 2014. [7] M. P. Kintner-Meyer, M. A. Elizondo Balducci, V. V. Viswanathan, C. Jin, X. Guo, T. B. Nguyen i F. K. Tuffner, “PNNL-19300 Energy Storage for Power Systems Applications: A Regional Assessment for the Northwest Power Pool (NWPP),” 2010. [8] R. Loisel, “Power system flexibility with electricity storage technologies: A technical–economic assessment of a large-scale storage facility,” Int. J. Electr. Power Energy Syst., vol. 42, no. 1, pp. 542–552, Nov. 2012.



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 31 od 32

[9] EU Comission, “Clean energy package eu,” 2019. [Online]. Dostupno na: https://ec.europa.eu/energy/en/topics/energy-strategy-and-energy-union/clean-energy-all-europeans. [Accessed: 09-Apr-2019]. [10] A. T. Mckane, M. A. Piette, D. Faulkner, G. Ghatikar, A. Radspieler, B. Adesola, S. Murtishaw i S. Kiliccote, “Opportunities, Barriers and Actions for Industrial Demand Response in California,” 2008. [11] J. Rodríguez-García, C. Álvarez-Bel, J.-F. Carbonell-Carretero, M. Alcázar-Ortega i E. Peñalvo-López, “A novel tool for the evaluation and assessment of demand response activities in the industrial sector,” Energy, vol. 113, pp. 1136–1146, Oct. 2016. [12] H. Hao, C. D. Corbin, K. Kalsi i R. G. Pratt, “Transactive Control of Commercial Buildings for Demand Response,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 32, no. 1, pp. 774–783, Jan. 2017. [13] H. R. Arasteh, M. Parsa Moghaddam, M. K. Sheikh-El-Eslami i A. Abdollahi, “Integrating commercial demand response resources with unit commitment,” Int. J. Electr. Power Energy Syst., vol. 51, pp. 153–161, Oct. 2013. [14] H. T. Haider, O. H. See i W. Elmenreich, “A review of residential demand response of smart grid,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 59, pp. 166–178, Jun. 2016. [15] S. Tirado Herrero, L. Nicholls i Y. Strengers, “Smart home technologies in everyday life: do they address key energy challenges in households?,” Curr. Opin. Environ. Sustain., vol. 31, pp. 65–70, Apr. 2018. [16] M. A. Fotouhi Ghazvini, J. Soares, O. Abrishambaf, R. Castro i Z. Vale, “Demand response implementation in smart households,” Energy Build., vol. 143, pp. 129–148, May 2017. [17] S. Shao, M. Pipattanasomporn i S. Rahman, “Development of physical-based demand response-enabled residential load models,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 28, no. 2, pp. 607–614, May 2013. [18] V. Pradhan, V. S. K. Murthy Balijepalli i S. A. Khaparde, “An Effective Model for Demand Response Management Systems of Residential Electricity Consumers,” IEEE Syst. J., vol. 10, no. 2, pp. 434–445, Jun. 2016. [19] C. Vivekananthan, Y. Mishra, G. Ledwich i F. Li, “Demand Response for Residential Appliances via Customer Reward Scheme,” IEEE Trans. Smart Grid, vol. 5, no. 2, pp. 809–820, Mar. 2014. [20] W.-T. Li, C. Yuen, N. U. Hassan, W. Tushar, C.-K. Wen, K. L. Wood, K. Hu i X. Liu, “Demand Response Management for Residential Smart Grid: From Theory to Practice,” IEEE Access, vol. 3, pp. 2431–2440, 2015. [21] B. L. Risteska Stojkoska i K. V. Trivodaliev, “A review of Internet of Things for smart home: Challenges and solutions,” J. Clean. Prod., vol. 140, pp. 1454–1464, Jan. 2017. [22] H. Yang, W. Lee i H. Lee, “IoT Smart Home Adoption: The Importance of Proper Level Automation,” J. Sensors, vol. 2018, pp. 1–11, May 2018. [23] M. Alaa, A. A. Zaidan, B. B. Zaidan, M. Talal i M. L. M. Kiah, “A review of smart home applications based on Internet of Things,” J. Netw. Comput. Appl., vol. 97, pp. 48–65, Nov. 2017. [24] D.-M. Han i J.-H. Lim, “Design and implementation of smart home energy management systems based on zigbee,” IEEE Trans. Consum. Electron., vol. 56, no. 3, pp. 1417–1425, Aug. 2010. [25] Miele, “Miele@home | Innovativno umrežavanje kućanskih uređaja » Miele,” 2019. [Online]. Dostupno na: https://www.miele.hr/brand/smart-home-30782.htm. [Accessed: 08-Apr-2019]. [26] Samsung, “SmartThings | Aplikacije | Samsung HR,” 2019. [Online]. Dostupno na: https://www.samsung.com/hr/apps/smartthings/. [Accessed: 08-Apr-2019]. [27] Innogy, “innogy SmartHome,” 2019. [Online]. Dostupno na: https://www.innogy.com/web/cms/de/3753870/home/ui/. [Accessed: 08-Apr-2019]. [28] Apple, “HomeKit - Apple Developer,” 2019. [Online]. Dostupno na: https://developer.apple.com/homekit/. [Accessed: 08-Apr-2019].



Datum: 26.05.2020.


Stranica: 32 od 32

[29] Google, “Google Home,” 2019. [Online]. Dostupno na: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.google.android.apps.chromecast.app&hl=hr. [Accessed: 08-Apr-2019]. [30] Fibaro, “Smart Home app - FIBARO Home Center | FIBARO,” 2019. [Online]. Dostupno na: https://www.fibaro.com/en/smart-home-app/. [Accessed: 08-Apr-2019]. [31] Wink, “Wink | Wink Hub 2,” 2019. [Online]. Dostupno na: https://www.wink.com/products/wink-hub-2/. [Accessed: 08-Apr-2019]. [32] "How Does A Refrigerator Work?," [Online]. Available:https://www.scienceabc.com/innovation/how-does-a-refrigerator-work-working-principle.html. [Accessed: 22-May-2020]. [33] "How does your AIR CONDITIONER work?," [Online]. Dostupno na: https://www.youtube.com/watch?v=gVLhrLTF878. [Accessed: 22-May-2020]. [34] "How a Refrigerator Works and Uses Energy," [Online]. Dostupno na: http://www.wlgary.com/how-a-refrigerator-works-and-uses-energy/. [Accessed: 22-May-2020].

kućanski uređaji i odziv potrošnje

Documents