Lastutkobling i Smarte Hjem

Transkript

1 Lastutkobling i Smarte Hjem Hvordan integrere variabel kraftproduksjon ved hjelp av lastutkobling i hjemmet? Eksperter i Team Smarte Nett Morten Rørslett Kleveland Björn Ingi Sigurdarson Øyvind Holm Snefjellå Petter Andreas Strøm Kristian Haugene

2 Forord Denne oppgaven er skrevet i forbindelse med faget Eksperter i Team og det er derfor lagt vekt på at oppgaven skal være tverrfaglig. Faget er 7,5 studiepoeng og vurderingen er delt likt mellom prosjekt og prosess. Vi vil takke prof. Gerard L. Doorman ved Institutt for elkraftteknikk for veiledning, samt hjelp til å finne informasjon. Ønsker også å takke fasilitatorene for at de har bidratt til å øke vår innsikt i gruppeprosesser. Til slutt vil vi takke Nasjonalt Folkehelse Institutt for hjelp for informasjon om legionella. Det bør nevnes at det er skrevet en prosessrapport som beskriver samhandlingen i gruppa. Leseren bør være oppservant på at elbil- og vindkraftberegningene tar utgangspunkt i at vi er i år 2030, mens de andre effektberegningene tar utgangspunkt i nuet. Trondheim, onsdag, 5. mai 2010 Ø.H.S. K.H. P.A.S. B.I.S. og M.R.K Side 2 av 40

3 Sammendrag I denne rapporten har vi sett på hvordan innføringen av en intelligent styringsenhet i hjemmet kan bidra til å integrere uregulerbar energiproduksjon i kraftsystemet i Ved å styre kjøleskap, fryseboks og varmtvannsbereder hos alle husstander i Norge er det mulig å koble ut ca MW. Bergningene er basert på at vi har et uniformt forbruk hvor man ser bort i fra lastprofiler. Ut i fra helsemessige betraktninger ble det bestemt at utkoblingstiden til enhetene kan være opptil to timer. For å studere den fremtidige innvirkningen av elbiler ble elbilparken fremskrevet til Ved å styre ladingen av elbiler, i 2030, vil man ha muligheten til koble ut maksimalt 200 MW avhengig av tid på døgnet. Systemoperatøren skal kunne styre disse lastene via nettleverandørene, slik at når frekvensen faller kan han sende ut et lastutkoblingssignal. Den resulterende effektreduseringen kan benyttes både som primærregulering og som regulerkraft. Det ble også drøftet hvorvidt elbiler kan benyttes som energilager i fremtiden. Med utgangspunkt i et prosjekt kalt Trade-Wind ble det utført analyse av fremtidige svingninger i vindkraftproduksjonen i Norge. Beregningene baserer seg på at det er installert 6000 MW i Analysen viste at det største fallet i produksjon i løpet av to timer er på ca MW. Ved å benytte et lastutkoblingssystem er man derfor i stand til å kompensere for svingningene i denne perioden. Det ble designet et system som er i stand til å utføre lastutkoblingene. Systemet består hovedsakelig av to enheter, GenericUnit og HouseController. GenericUnit er hardware som man kobler til, eller integrer i, de enhetene som skal styres. All intelligens ligger HouseController, og via strømnettet vil den styre alle GenericUnits i hjemmet. I tillegg til å tilby lastutkobling til systemoperatøren, skal systemet tilrettelegge for at forbrukeren kan styre forbruket sitt på en rask og effektiv måte. Det ble derfor laget et grafisk grensesnitt mot forbrukeren. I systemet har det vært fokus på å bruke standardiserte protokoller for transport og sikkerhet av data. Kommunikasjonen mellom smarte nett og smarte hjem kan realiseres på flere måter. Den ene muligheten er å benytte det eksisterende strømnettet som overføringsmedium, en tekologi som kalles BPL (Broadband over Power Line). Det andre alternativet er å bruke et parallelt nett for kommunikasjon, som for eksempel kobbernett eller fibernett. En aktuell løsning er å benytte Internett i startfasen, for deretter å benytte BPL når teknologien er fullt etablert i nettet. Ved å innføre lastutkoblingssystemet vil man kunne bidra til å integrere uregulerbar kraftproduksjon. Hvis vindkraftutbygging i Europa blir like stor som planlagt vil all tilgjengelig regulerkraft komme godt med. Det er derfor sannsynlig at det vil bli nødvendig å integrere en form for laststyringssystem. Side 3 av 40

4 Innholdsfortegnelse 1. Innledning Motivasjon Omfang og begrensninger av arbeidet Bakgrunn Regulering av produksjon Vindkraft Effekt Beregning av effektforbruk Vurdering av problemer knyttet til utkobling av enheter i hjemmet Hva er potensialet? Elbilbatterier til lastbalansering Diskusjon av systemets betydning Systembeskrivelse Systemet Virkemåte Design av GenericUnit Intern logikk Kommunikasjonsnett og protokoller Systemfunksjoner Nettleverandørens funksjoner Forbrukeraktiverte funksjoner Brukergrensesnitt for boliger Konklusjon Oppsummering Litteraturfortegnelse Vedlegg 1: Aktører i kraftsystemet Vedlegg 2: Kode for plotting av histogram Vedlegg 3: Effektberegninger Vedlegg 4: Brev fra NFI Side 4 av 40

5 1. Innledning 1.1. Motivasjon De siste årene har global oppvarming fått stadig større oppmerksomhet i samfunnet. Politikerne har begynt å ta problemet på alvor og det arbeides aktivt for å redusere CO 2-utslippene. En måte å redusere utslippene på er å bygge ut mer fornybar energi. EU har som målsetning at 20 % av det totale energibehovet skal dekkes av fornybar energi innen 2020[1]. For å nå dette målet må andelen fornybar elektrisitet økes til over 30 %. Dette tilsvarer en dobling av dagens produksjon som var 16 % av total produksjon i En annen måte å redusere utslippene er ved å redusere energiforbruket. Vindkraft er blant de fornybare teknologiene det satses mest på i Europa og potensialet er enormt. Bare i Norge er det teoretiske potensialet på offshore vindkraft TWh[2]. Det er derfor ingen tvil om at det vil bygges mye vindkraft i fremtiden. Økende andel vindkraft vil skape store utfordringer for stabiliteten i kraftsystemer. Dette skyldes at vindkraft er en uregulerbar energikilde. Vinden kan verken kontrolleres eller forutses nøyaktig Omfang og begrensninger av arbeidet I dagens system er det vanlig å tilpasse produksjonen etter lasten. Selv om enkelte bedrifter har lastutkoblingsavtaler prøver man så langt det går å unngå dette. I et fremtidig kraftsystem med mye vindkraft kan det hende at lasten i større grad må tilpasses produksjonen. Vår problemstilling er: Hvordan integrere variabel kraftproduksjon ved hjelp av lastutkobling i hjemmet? I denne rapporten skal vi se på hvordan innføringen av en intelligent styringsenhet i hjemmet kan bidra til å integrere uregulerbar energiproduksjon i kraftsystemet i Enhetens hovedoppgave er å redusere lasten etter ønske fra systemoperatøren. Signalet om lastutkobling skal gå til styringsenheten via nettleverandøren. Man er derfor avhengig av å ha toveiskommunikasjon mellom forbruker og nettleverandør. Det er kun trege laster som skal kobles ut. Trege laster er laster som kan være avslått i perioder uten at forbrukeren merker det. Videre skal det utføres enkle beregninger på hvor mye last som kan kobles ut i Norge, hvis vi inkluderer alle husstander, og hvor lenge den kan være ute. Disse beregningene skal sammenlignes med tenkte svingninger i vindkraftproduksjonen i Tallene for vindkraft hentes fra et av scenarioene i et prosjekt som heter TradeWind. Beregningene skal brukes til å Side 5 av 40

6 undersøke hvordan muligheten for lastutkobling hos forbrukere kan bidra til å holde en stabil nettfrekvens. Det skal også drøftes hvorvidt en fremtidig elbilpark kan benyttes som energilager i kraftsystemet. Det er viktig å påpeke at beregningene i rapporten er basert på predikasjoner og grove estimater. Hensikten er ikke å utføre nøyaktige beregninger, men heller å drøfte mulige løsninger for integrering av uregulerbar kraftproduksjon. Til slutt skal konseptet bak styringsenheten utarbeides. Styringsenheten skal designes på et overordnet nivå og det vil derfor ikke bli laget vekt på tekniske detaljer som programmeringskode eller hvordan enheten skal bygges. Det er to motiver for å innføre styringsenheten. Det ene er som nevnt ovenfor, muligheten til fjernstyrt lastutkobling. I tillegg til dette skal systemet gjøre det lettere for forbrukeren å styre strømforbruket sitt. På denne måten blir systemet attraktivt også fra forbrukeren ståsted. Ved hjelp av systemets forhåndsdefinerte funksjoner skal det tilrettelegges for sparing av energi og penger. Systemet skal være kompatibelt med fremtidig teknologi og samtidig være svært brukervennlig. For å demonstrere brukervennligheten skal det utarbeides et grafisk grensesnitt mot forbrukeren. 2. Bakgrunn For å være i stand til å analysere betydningen av den intelligente styringsenheten må man ha noe bakgrunnsinformasjon om kraftsystemet. I vedlegg 1 finnes en oversikt over aktørene i kraftsystemet. Dette kapitelet gir en rask innføring i regulering av elektrisitetsproduksjonen i det nordiske systemet. I den siste delen drøftes problemer knyttet til integrering av vindkraft. Hovedproblemet med uregulerbar energiproduksjon er å holde frekvensen innenfor gitte grenser. Det er derfor viktig å ha innsikt i hvordan nettfrekvensen avhenger av produksjonen og hvilke krav som stilles til frekvensen Regulering av produksjon I et kraftsystem må det være balanse mellom produsert og forbrukt effekt for at frekvensen skal være stabil. Frekvensen i det norske nettet er nominelt 50Hz, og skal under normale omstendigheter kontrolleres innenfor intervallet 49, Hz [3]. Ved feil og spesielle hendelser kan avviket bli større. Hvis frekvensavviket kommer over en gitt størrelse kan nettet kollapse og man får en black out. Store avvik mellom planlagt produksjon og forbruk må derfor korrigeres. Side 6 av 40

7 Regulering av effekt kan deles inn i tre grupper, primærregulering, sekundærregulering og tertiærregulering. Primærreguleringen skjer automatisk og tar seg av de momentane ubalansene. De aller raskeste svingningene tas opp av den roterende massen i systemet. Sammenhengen mellom effektbalanse og frekvensvariasjon kan utledes av Newtons andre lov for rotasjonsbevegelse. JJ eeee ddωω mm dddd = TT eeee = TT mm TT ee TT DD (ωω mm ) (2.1) Hvor J eq er systemets ekvivalente treghetsmasse, ωω mm er rotasjonshastigheten til systemet og T eq er netto moment på aksling. Nettomomentet vil da være lik momentet skapt av turbinen minus summen av det elektriske motmomentet og dempemomentet i systemet. Sammenhengen mellom rotasjonshastighet og frekvens er gitt av ligningen nedenfor. 2ππππ = ωω mm (2.2) Rotasjonshastigheten kan skrives som synkronhastigheten til systemet (100π i det nordiske systemet) pluss avviket fra synkronhastighet. ωω mm = ωω ssss + ωω mm (2.3) Ved å kombinere ligningene ovenfor og dele på systemratingen (S n) kan man komme fram til følgende sammenheng. 4ππππ dd ff dddd = PP mm PP ee PP DD (2.4) Hvor H er treghetskonstanten definert nedenfor. H sier hvor stor den kinetiske energien til systemet er i forhold til systemratingen. HH = 0,5JJ eeee ωω ssss 2 SS nn (2.5) P m er den mekaniske effekten på akslingen til generatoren, P e er den elektriske effekten (lasten), mens P D er effekten grunnet dempingen i generatoren. Alle effektene er i per unit (pu). Det vil si at de er oppgitt i relativ størrelse i forhold til systemratingen. f er det relative avviket fra 50Hz. Ligningen viser altså hvordan frekvensen endrer seg når det oppstår forskjeller mellom den tilgjengelige mekaniske effekten i generatorene (P m) og lasten (P e). Hvis forbruket øker uten at man gjør noen reguleringer vil frekvensen falle. Teorien er basert på ref [4]. Side 7 av 40

8 Når frekvensen endres aktiveres de frekvensstyrte reservene. Dette er reserver som styres automatisk av turbinregulatorene. Regulatorene er laget slik at produksjonen er avhengig av frekvensen. Når frekvensen øker reduseres produksjonen og når frekvensen synker så øker produksjonen. Hvor mye produksjonen endres [MW] per endring i frekvens [HZ] er definert som regulerstyrken til systemet. RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR = PP ff [MMMM/HHHH] (2.6) I det nordiske systemet er det krav om at regulerstyrken minst skal være 6000 MW/Hz [5]. De frekvensstyrte reservene kan deles inn i to kategorier. Den frekvensstyrte normalreserven (FNR) aktiveres når frekvensen varierer mellom 49,9 og 50,1Hz. Den nordiske reserven skal derfor være minst 600 MW, hvor av Norge skal stå for i overkant av 200 MW. Når frekvensen avviker med mer enn 0,1Hz aktiveres frekvensstyrt driftsforstyrrelsesreserve (FDR). Produksjonen skal da øke tilnærmet lineært når frekvensen varierer mellom 49,9 og 49,5 Hz. Lastfrakobling som aktiveres automatisk kan også inngå i FDR. Kravet til frekvensstyrte driftsforstyrrelsesreserver i det nordiske systemet er at 1160 MW skal aktiveres i løpet av 30 sekunder etter at frekvensen har nådd 49,5 Hz [6]. Figuren nedenfor viser sammenhengen mellom FNR og FDR for to forskjellige regulatorinnstillinger. Stigningstallet på kurvene bestemmes av statikk innstillingene på generatorene. Figur 2-1 Viser sammenhengen mellom produksjon og frekvensen. Figuren er basert på en figur i [7] Side 8 av 40

9 Sekundærreguleringen benyttes for å gjenopprette frekvensen. Når frekvensen er tilbake til 50Hz er primærreguleringen frigjort. På kontinentet utføres sekunderreguleringen ved å benytte AGC (automatic generation control) sammen med LFC (load frequency control). AGC en setter da nye settpunkt på generatorene når frekvensen endres. Et settpunkt sier hvor mye generatoren skal produsere hvis frekvensen er 50 Hz. I Norge har vi per dags dato ingen automatisk sekundærregulering. Vi har i stedet innført en manuell variant som kalles for innfasingsreserve. Innfasingsreserven er en roterende reserve som kan aktiveres på et minutts varsel innenfor et kvarter før en planlagt produksjonsøkning. Tertiærreguleringen består blant annet av regulerkraftmarkedet og brukes til å frigjøre sekundærreguleringen. Regulerkraftmarkedet brukes for å holde balanse mellom produksjon og forbruk i kraftsystemet. Markedet består av aktører som har mulighet til å øke eller redusere produksjonen innen 15 minutter fra de får beskjed fra systemoperatøren. Store forbrukere som har muligheter for å øke eller redusere forbruket kan også delta. Aktørene melder inn hvor mye de kan regulere opp eller ned og til hvilken pris. Regulerbudene gjelder på timesbasis. Systemoperatøren bestemmer prisen på regulerkraften ut ifra hvor stort behovet for opp- eller nedregulering er. Det siste budet som blir akseptert av systemoperatøren, bestemmer prisen for den gitte driftstimen. Når det oppstår begrensninger i nettet som gjør at reguleringen må utføres i et bestemt område kalles det spesial regulering. Flaskehalser er ofte årsaken til at man må benytte spesialreguleringer. Det er inngått en avtale mellom systemoperatørene i det nordiske systemet om hvor mye regulerkraft som skal være tilgjengelig. Den totale mengden skal være ca MW og av dette står Statnett for 1200 MW [6]. Regulerkraftopsjonsmarkedet benyttes for å sikre at disse kravene følges. Ved svært lave frekvenser kan systemoperatøren også benytte seg av belastningsfrakobling (BFR). BFR brukes hovedsakelig for å oppnå rask gjenoppbygging av systemet etter alvorlige hendelser. Figuren nedenfor viser tidsforløpet for reguleringsprosessen. Figur 2-2 Tidsforløpet til reguleringsprosessen ved ubalanse. Figuren er hentet fra [8] Side 9 av 40

10 2.2. Vindkraft Det er ingen tvil om at vindkraft vil være en av de store satsningsområdene i fremtiden. Spørsmålet er derfor, hvilke utfordringer oppstår ved økt vindkraftproduksjon og hvordan kan man løse disse problemene? Mange av de fornybare energikildene, som vindkraft, solenergi, bølgekraft og elvekraftverk, er uregulerbare. Med uregulerbar menes det at man ikke kan bestemme hvor mye elektrisitet som skal produseres til et gitt tidspunkt. Dette skyldes at produksjonen er avhengig av værforholdene. Hvis det plutselig slutter å blåse i et område så vil produksjonen falle. Det vil da oppstå en ubalanse mellom last og produksjon, noe som i dette tilfellet vil føre til at frekvensen faller. For å gjenopprette frekvensen må man øke produksjonen. Dette kan løses ved å kjøpe kraft på regulermarkedet. Etter hvert som andelen vindkraft øker kan svingningene i produksjon skape problemer for frekvensstabiliteten til kraftsystemet. Det er viktig å påpeke at vindkraft ikke er noe problem for den transiente stabiliteten til systemet. Vindkraft kan faktisk forbedre stabiliteten mot korte forstyrrelser. Grunnen til dette er det ekstremt høye treghetsmomentet til en vindmølle. Ved å benytte en bestemt type drive på vindmøllen kan man hente ut effekt fra den kinetiske energien som er lagret i bladene på vindmølla. Dette fører til at rotasjonshastigheten reduseres, men for korte perioder er ikke dette noe problem. Det er også verdt å nevne at problemet rundt frekvensstabilitet trolig vil bli langt større på kontinentet enn i Norden, da vi har stor tilgang på vannkraft. For å gjøre et anslag over hvor store svingningene i produksjonen blir har vi sett på fremtidig vindkraftproduksjon i Norge. Vi har benyttet oss av simuleringer av kraftproduksjon fra vind i Norge i Disse dataene ble hentet fra et internasjonalt prosjekt kalt Trade-Wind[9]. Tallene tar utgangspunkt i installert produksjon på 6000MW og gir produksjonen per time i et år. I simuleringen er det antatt at installasjonen er fordelt over hele landet. Figur 2-3 Utsnitt av simulert vindkraftproduksjon de første 600 timene Side 10 av 40

11 Figur viser tildels store variasjoner i produksjonen av vindkraft. Resten av simuleringen har lignende forløp som figur Selv om gjennomsnittsproduksjonen er på 2524 MW så varierer den mye. Det viser seg dog i figur at disse fallene fra topp til bunn skjer over et tidsrom på mange timer. Figur 2-4 Histogram over hvor ofte det er store fall i produksjonen per time Figur viser at mesteparten av fallene er relativt små og er på størrelsesorden mellom 0-200MWh/h. 95% av fallene i produksjon er på under 207MWh/h og 99% er på under 358MWh/h. Det er likevel relativt stor sannsynlighet for at etter et fall så vil produksjonen fortsette å falle. Slik at kumulativt fall kan bli veldig høyt. Figur 2-5 Histogram over hvor store fall det er i produksjonen over 2 timer Vi valgte også å se på et tidsrom på 2 timer for vår oppgave. Siden det er en positiv sammenheng mellom fall de siste timene, og om det blir fall neste time, så ser det nesten ut som en har tatt de tidligere tallene og multiplisert med 2. Dette er likevel ikke tilfellet og koden for å finne disse figurene finnes i vedlegg 2. Side 11 av 40

12 3. Effekt I dette kapittelet blir potensialet for lastutkobling beregnet. For å utføre disse beregningene må det gjøres en del antagelser og forenklinger. Første del forklarer derfor hva som ligger bak våre beregninger og hvor mye effekt som kan kuttes gitt disse antagelsene. Videre drøftes problemer knyttet til lastutkobling samt hvor lenge de forskjellige enhetene kan være ute. I siste del ser vi på muligheten for å benytte batteriene på elbiler som et energilager Beregning av effektforbruk Vi har i våre beregninger om mulig potensial for effektregulering av enheter i hjemmet, valgt å fokusere på følgende enheter; kjøleskap, fryser, vannoppvarming og elbiler. Dette skyldes at disse enhetene står for en viktig del av effektforbruket i et hjem, og er enheter som kan være mulige å koble ut over kortere eller lengre tid av nettselskapet. Vi vil drøfte hvor lenge enhetene kan være utkoblet, og problematikk rundt dette senere i oppgaven. Vi tar her utgangspunkt i en gjennomsnittsfamilie i Norge, med to voksne og to barn, som kun har elektrisk oppvarming hjemme. Vår eksempelbolig har en størrelse på i området kvadratmeter, som i gjennomsnitt har et årlig energibehov på kwh.[10] I Norge er situasjonen slik at de aller fleste husholdninger har elektriske ovner eller varmekabler, og ifølge SSB brukte 2/3 av husholdningene strøm som hovedkilde til oppvarming. [11] For å finne ut hvordan energi og effektbruken er fordelt på ulike enheter i hjemmet tar vi utgangspunkt i tall fra Enøksenteret og Hafslund, vist i tabell 3.1-1: Tabell Sted: Elektrisk utstyr Effekt(W) Brukstid(t/uke) Forbruk(kWh/år) Kjøkken Komfyr Kjøkkenvifte Kaffetrakter ,5 270 Oppvaskmaskin Kjøleskap Fryseboks Brødrister ,2 10 Bad Vaskemaskin Tørketrommel Hårtørker Barbermaskin 10 0,5 0 Side 12 av 40

13 Stue TV Stereoanlegg Støvsuger Hele boligen Oppvarming Vannoppvarming Belysning Totalt forbruk Denne fordelingen stemmer godt med hva SSB har funnet, og det gir også god mening for vårt eksempelhjem som bruker i størrelsesorden kwh/år. [12][13][14] For å knytte effektforbruket opp mot behovet for vindkraftregulering i fremtiden, nærmere bestemt i 2030, har vi besluttet å ta utgangspunkt i dagens forbruk for enhetene i hjemmet, for alle enhetene bortsett fra elbiler. Det er gode grunner for dette. For vanlige husholdningsenheter i hjemmet er det svært vanskelig å forutsi den fremtidige utviklingen av antall enheter, forbruksmønster, teknologisk utvikling, etc. Vi mener det er rimelig å ta utgangspunkt i at effektforbruket vil være slik det er i dag. Dette vil være en sannhet med modifikasjoner, det har vært en rivende utvikling innen husholdningsartiklers energieffektivitet de siste 20 årene, men vi mener det er tryggere å ta utgangpunkt i dagens tall, enn å komme med ukvalifiserte fremskrivinger. Disse enhetene har ofte lang levetid. Når det gjelder elbiler, og plug-in-hybrider, er det satt som mål fra regjeringen ved samferdselsdepartementet, at 10 % av bilparken skal over på strøm fra Grønn bil, som er en interesseorganisasjon for innføring av elbiler i Norge, mener en fremskriving som gir biler er et rimelig anslag. [15] Dersom det i 2020 er biler er det heller ingen tvil om at man har et godt utbygd nett av ladestasjoner, og at priser på biler, samt den teknologiske utviklingen har kommet så langt at i de kommende årene vil utviklingen fortsette. Et moderat anslag er dermed å fremskrive utviklingen i 2030 til 50 % økning fra elbilparken i 2020, dvs. i størrelsesorden elbiler. Dette henger også sammen med økningen i transportkapasitet i perioden [16] En elbilpark på elbiler vil være en helt annen situasjon enn i dag, og dermed gi et helt annet forbruk i bilparken. Det er snaue to millioner husstander i Norge ifølge SSB, og vi tar utgangspunkt i at antallet ikke vil endres mye de neste 20 årene. [17] Side 13 av 40

14 Vi har foretatt beregninger knyttet til potensialet for effektstyring fra nettleverandør, og basert på våre antagelser har vi beregnet at potensialet for kjøleenheter og vannoppvarming vil tilsvare et aggregert effektpotensial på 1086 MW. Det er basert på hvor stor andel av enhetene som er i bruk, og antatt at disse har en uniform forbruksfordeling. Dette vil være en klar forenkling, ettersom vannoppvarming har en lastprofil over døgnet(på grunn av mer bruk av varmtvann på enkelte tidspunkt, som på morgenen). I tillegg til dette vil det være et betydelig bidrag fra lading av elbiler. Lademønsteret vil variere over døgnet, og vi antar at ladetidspunktet i hjemmene vil følge en normalfordelingskurve rundt klokka 16:30. Dette er tiden folk er ferdige på arbeid, og kobler elbilen til strømnettet umiddelbart. Beregningene gir et effektpotensial på opp til 210 MW gitt våre antagelser, vedlegg 3. Her ser man kun på lading som foregår hjemme. Dette gir følgende: Potensiell last, gjennomsnitt over døgnet MW Timer Figur 3-1 Potensiell last, gjennomsnitt over døgnet Det vil være interessant å se hvordan man kan segmentere brukere og brukergrupper avhengig av behovet for lastutkobling. Skal utkobling skje basert på utvelgelse blant alle brukere eller kan man ha ordninger der kun interesserte brukere er med? Det er også et spørsmål hvorvidt regionalnettet er tilstrekkelig utbygd om 20 år til at man kan ha et system som takler en geografisk oppdeling av områder. Det kan også være momenter knyttet til at tapene i overføringen blir mindre dersom enkelte brukere tas ut, sammenlignet med andre Vurdering av problemer knyttet til utkobling av enheter i hjemmet Det vil være forskjellige problemer knyttet til en fjernstyrt utkobling av enheter utført av nettselskapet. Det må være et premiss at denne form for overstyring gir en fordel for brukerne når det gjelder lavere nettleie, billigere strøm etc. Side 14 av 40

15 For de forskjellige enhetene; elbil, vannoppvarming, kjøleskap og fryser er det forskjellige attributter hvor lenge kan man koble ut enheten, og hva slags problemer kan oppstå ved utkobling. Her gjennomgås det hvor attraktive disse enhetene kan være i et slikt system, og vi anslår hva som kan være akseptabel utkoblingstid Elbil For elbiler er det få problemer tilknyttet utkoblingen her er det to store fordeler; teknologiutviklingen skjer fortløpende, og i samsvar med behov og ønsker fra brukere/infrastruktur. Det er dermed en integrert del av utviklingen av mer forbrukertilpasset produksjon. Det er også jevnlig behov for oppladning, gjerne to ganger hver dag, i forbindelse med arbeid, og hjemme. Men behovet for oppladning for den jevne bruker er ikke stort, med et vanlig byforbruk (mest relevant for elbileiere) er oppladningstiden kun i størrelsesorden én time.[18] Så selv om oppladningstiden for full-ladning er i størrelsesorden 5-9 timer [19], så vil altså den relevante oppladningstid være én time. Potensialet for effektbruk (og dermed utkobling for nettselskapene) vil dermed være begrenset av hvor mange som lader bilen til en gitt tid på døgnet, og selvsagt hvor mange som går til innkjøp av elbil i fremtiden Kjøleskap Et kjøleskap har en vanlig brukstid i dag på i størrelsesorden 56 timer i uka, det vil si at det står på i en tredel av tiden.[12] Det som er mest interessant er ikke hvor ofte kjøleskapet slår seg av og på underveis, men hvor lenge et vanlig kjøleskap holder seg kaldt nok, gitt at dette slås av. Dersom dette i utgangspunktet har vært kaldt nok, er det klare anbefalinger gitt av det amerikanske landbruksdepartementet, som har ansvar for matsikkerhet i nødssituasjoner, om at fire timer uten tilkobling er grensen for hva som er akseptabelt[20]. Center for Disease Control(CDC) som ligger under det amerikanske helsedepartementet sier at dersom strømmen har vært borte i under to timer, så vil maten være trygg å spise fra både fryser og kjøleskap. Dette krever at innbyggere holder dørene stort sett lukket. [21] Det er i alle fall åpenbart at man må holde seg under en slik periodelengde for utkobling. For å sikre at ikke temperaturen faller så mye at det påvirker folks komfort bør ikke utkoblingen være mer enn i størrelsesorden en time. Her må det undersøkes nærmere hva som er helsemessig trygt dét er avgjørende for om det kan være akseptabelt å koble ut kjøleskap. Fordelen med å ta med kjøleskap i effektutkoblingsporteføljen er selvsagt at alle har det, og at det dermed kan være en stor bidragsyter. Ulempen er som nevnt matsikkerhet. Side 15 av 40

16 Figur 3-2 Fordeling av elektrisitetsforbruk[22] Fryser Mange av poengene fra kjøleskapsdelen kan også gjøres gjeldende når det gjelder fryser. Som Larsen og Nesbakkens gjennomgang av husholdingsprodukter i Norge viser, så er det flere og flere som har kombiskap. Frysere og kombiskap går inn i Annet -kategorien i figuren over. En State-of-the-Art fryser bruker rundt 175 W, cirka det samme som et kjøleskap. I gjennomsnitt er brukstiden 70 timer per uke, og det er altså til enhver tid rundt 70 W effekt i gjennomsnitt per hjem. Bidraget fra frysere vil dermed være vesentlig men også en begrensende faktor ettersom utkoblingstiden vil være et moment, som tidligere beskrevet Varmtvann Effekten fra varmtvannsberedere er en betydelig last. Installert effekt i en vanlig husholdning er rundt 1000 W, og med en vanlig brukstid for en varmtvannsbereder på 70 timer i uka, betyr dette at vi med vi i gjennomsnitt har over 400 W oppvarming av varmtvann til enhver tid. Dette er et betydelig potensial å slå av, siden alle hustander(sett bort fra hus med vannbåren varme) har oppvarming av varmtvann fra strømnettet. Ulempene knyttet til en slik regulering er likevel viktige å vurdere. Et av de viktigste problemene er knyttet til behovet for å holde temperaturen i varmtvannstanken på minimum 70 grader for å forhindre oppvekst av legionella-bakterier i varmtvannet. Det er anbefalt at vannet i utløp skal være minimum 60 grader. Side 16 av 40

17 Folkehelseinstituttet skriver: For leiligheter og hus med egen varmtvannsbereder styrer beboerne selv temperaturforholdene i vannet, og vannet i varmtvannsberederen bør holde over 70 C Videre sier Folkehelseinstituttet at varmtvannsberederen ikke bør være avslått over lengre tid. [23][24] Det sier seg selv at konsekvensene av en legionellaoppblomstring som kunne skyldes at nettselskapet holdt berederen uten strøm for lenge vil være enormt skadelige. Dersom dødsfall og alvorlige helseskader kunne knyttes til en kortvarig reduksjon fra et for lavt temperaturnivå, vil dette kunne gjøre det umulig å regulere systemet på samme måte i fremtiden. Etter å ha vært i nærmere kontakt med Folkehelseinstituttet viser det seg at legionellavekst tar så lang tid at det ikke vil være problematisk over så korte tidsrom som vårt system dreier seg om. Brevet fra NFI ligger i vedlegg Hva er potensialet? Alt i alt er det flere begrensende faktorer her, og konklusjonen er at man bør vokte seg vel fra å koble ut effekten over lengre tid. Kortere utkobling i størrelsesorden 2 timer vil kunne la seg gjennomføre, men på grunn av risiko knyttet til matsikkerhet, og eventuell legionellaoppblostring bør dette være begrenset i tid. Det som kan være mulig å se på i fremtiden er om man kan dele opp enheter i ulike tidsintervaller, avhengig av hvor lenge enheten kan være utkoblet trygt. Det man kan tenke seg er at kjøleskap slås av i en halvtime ved en slik lastutkobling, mens andre enheter som frysere, eller varmtvannstanker avslås over lengre tid. Dette er mulig ved hjelp av vårt system, men behovet for mat-/helsesikkerhet bør undersøkes nærmere av eksperter på området. Vi tar dermed utgangspunkt i at lasten kan kobles ut regelmessig i to timer, men at lengre utkobling kan benyttes dersom dette påkreves. Med våre antagelser om 2 millioner hustander vil potensialet for utkobling være 1086 MW dersom man holder elbiler utenfor, men elbiler vil fra våre beregninger kunne bidra med ytterligere 200 MW, avhengig av tidspunktet utkoblingen skjer. Innføring av mange elbiler i den norske transportsektoren vil likevel kunne gi andre muligheter og utfordringer. Dette blir nærmere beskrevet i påfølgende kapittel Elbilbatterier til lastbalansering Med en større utbredelse av elbiler åpner det seg nye muligheter for å nyttiggjøre seg disse bilene. Det pågår forskning på å bruke batteriene til elbilene som et energilager for å balansere lasten i strømnettet.[25]dermed kan det være aktuelt å bruke elbilbatterier til å lagre energi når det er lav etterspørsel på strøm og lavt forbruk, og selge den tilbake til nettet når det er høy Side 17 av 40

18 etterspørsel og høy pris. Dette er ikke noe vi har hatt stort fokus på men det kan bli viktig i fremtiden med tanke på å begrense lasttopper. En typisk elbil har i dag en batterikapasitet på 20kWh. Dette kan gi et stort bidrag til kraftsystemet dersom antallet elbiler blir høyt og lagringskapasiteten blir stor per bil [26]. Begrensinger i dagens batteriteknologi kan by på problemer. Batterier som lades og utlades ofte mister fort en del batterikapasitet og levetid. Spesielt dagens blybatterier vil slite med dette, men med ny batteriteknologi kan problemet løses. Da vårt fokus er på 2030 så vil det være rimelig å anta at batteriteknologien har løst en del av disse begrensingene. Staten Delaware i USA har godtatt en ny lov som krever at systemoperatøren skal kjøpe tilbake strømmen for samme pris som de selger den for [27]. Dette kan indikere at flere stater og nasjoner kommer til å vedta lignende lover. For å selge tilbake strøm til nettet er det nødvendig med en ladestasjon. Denne ladestasjonen er tilkoblet internett og henter inn opplysninger vedrørende pris og om den skal levere strøm til nettet. Installasjon av en slik ladestasjon kan være økonomisk lønnsomt for forbrukeren som kan tjene penger på prisforskjeller, men dette er likevel mer aktuelt i USA enn i Norge da svingningene i pris er større der. Et problem ved å selge strøm tilbake til nettet er at det vil være et energitap å lade opp batteriet, for så å sende energien tilbake. I tillegg må strømmen gjennom en transformator. For at det skal lønne seg å bruke batteriene som en buffer mot store endringer i kraftproduksjon, må svingningene i produksjon være store nok til å rettferdiggjøre dette tapet. Tanken rundt biler som selger strøm tilbake til nettet er at dette skal gå minst mulig utover komforten til forbrukeren. Dermed vil det være nødvendig å sette en slags begrensning på hvor mye et batteri kan lades ned uten at forbrukeren vil merke dette. De fleste turer er typisk bykjøring som bare vil bruke en liten del av batteriet, slik at på daglig basis så vil dette ikke gå ut over komforten til eieren. Derimot hvis eieren skal ut på langkjøring så kan det være nødvendig å gi beskjed til systemet som styrer ladingen slik at batteriet er oppladet når det trenges. Det pågår mye forskning rundt dette ved universitetet i Delaware. [25] Dermed er utviklingen på vei, og om 20 år kan dette ha stor betydning for å balansere kraftsystemet. Introduksjonen av vindkraft og annen mindre regulerbar kraftproduksjon gjør også teknologien mer aktuell. Side 18 av 40

19 4. Diskusjon av systemets betydning I kapittel 3 ble effektreduseringspotensialet for lastutkobling beregnet til å være ca 1100 MW, pluss 210 MW som er normalfordelt rundt klokken 16:30. Med utgangspunkt i helsemessige betraktninger ble det argumentert for at utkoblingen kan vare i ca. 2 timer. Så hvilken betydning kan denne lastutkoblingsmuligheten ha for et fremtidig kraftsystem? For å sette tallene i perspektiv kan man sammenligne dem med kravene som stilles til driftsreserver og til tilgjengelig regulerkraft. I det samlede nordiske kraftsystemet er kravet til driftforstyrrelsesreservene at når frekvensen faller til 49,5 Hz så skal det aktiveres 1160 MW innen 30 sekunder. Ved å benytte automatikk i lastutkoblingen, slik at lasten kobles ut automatisk når frekvensen faller under en forhåndsbestemt verdi, vil tidskravet overholdes. Lastutkoblingen kan derfor benyttes som en del av primærreguleringen. Hvis all lasten kobles ut samtidig vil det være nok til frigjøre hele driftforstyrrelsesreserven. I kritiske situasjoner vil lastutkoblingssystmet derfor være et stort bidrag for stabiliteten og det kan utgjøre forskjellen mellom black out og opprettholdelse av driften. For å hindre at 1100 MW kobles ut på en gang kan det tenkes at forbrukerne deles opp grupper på for eksempel 50 eller 100 MW. På denne måten kan man koble ut forskjellige grupper ved forskjellige frekvenser slik at man får en jevnere regulering. Det mest aktuelle er trolig å benytte systemet til å øke regulerkraftkapasiteten. En av grunnene til dette er at vindkraft ikke medfører transiente problemer. Det er først og fremste for lengre perioder (flere minutter) at problemene gjør seg gjeldende. Per dags dato er det et krav om at Statnett må ha 1200 MW regulerkraft tilgjengelig til en hver tid. Ved å plassere den intelligente styringsenheten i alle hjem i Norge vil man derfor kunne doble regulerkraftkapasiteten. Systemet egner seg også veldig bra til å takle spesialreguleringer. Spesialreguleringer er som nevnt reguleringer som må utføres i et bestemt geografisk område grunnet begrensninger i nettet. Hvis overføringskapasiteten inn til et område er sprengt vil muligheten til å utføre en lokal lastutkobling være verdifullt. Det er også mulig å videreutvikle lastutkoblingskonseptet. For å øke utkoblingspotensialet kan man inkludere gulvvarme og andre varmekabler i utkoblingsporteføljen. En annen utvidelse av systemet kan være å dele inn enhetene i forskjellige grupper. Man kan for eksempel inkludere kjøleskapene som en del av primærreguleringen og benytte de andre enhetene som regulerkraft. Dette vil føre til en økt utkoblingstid for regulerkraften. Det er viktig å påpeke at lastkoblingen kun kan bidra når frekvensen er for lav. Dette er greit da oppreguleringer vanligvis er den største utfordringen. Med stadig økende uregulerbar produksjon kan det imidlertid også oppstå problemer knyttet til nedreguleringer. Allerede i dag Side 19 av 40

20 kan man se dette gjennom negative strømpriser i Danmark og Tyskland. Problemet skyldes ikke vindkraften i seg selv, for det er ingen problemer med å stoppe en vindmølle. Det er markedets oppbygging som gjør at disse negative prisene oppstår. Det vil derfor ikke være noen stor fare knyttet til stabiliteten i nettet grunnet problemer med nedregulering av vindkraft. Med utgangspunkt i Trade-Wind sitt vindkraftsenario for Norge ble det beregnet at 99 % av alle fallene i produksjon er på under 358MWh/h. Den største reduksjonen i løpet av to timer er på ca MW. Vårt system vil derfor være i stand til kompensere for disse svingningene i en periode på noen få timer. Grunnet Norges store tilgang på vannkraft er det lite trolig at vi får store problemer som følge uregulerbar kraftproduksjon. På kontinentet er den planlagte vindkraftutbyggingen langt høyere enn i Norge, noe som vil føre til store utfordringer. I et tenkt fremtidsscenario hvor koblingen mellom kontinentet og det nordiske systemet er blitt betydelig utbygget, vil deres problemer være våre problemer. Koblingen kan for eksempel skje gjennom et offshore nett. All tilgjengelig regulerkraft vil da komme godt med og det vil være stor nytte av å ha et lastutkoblingssystem. Ved å integrere systemet også på kontinentet vil det samlede effektreduseringspotensialet bli enormt. Et problem med beregningene er at effektreduseringspotensialet er basert på statistikk. I beregningene våre er det ikke tatt hensyn til lastprofilen til vannoppvarming, noe som ytterligere øker usikkerheten. Det er derfor vanskelig å forutsi nøyaktig hvor mye last som fjernes når man kobler ut et område eller en forhåndsbestemt gruppe. Hovedproblemet vil imidlertid være de enorme investeringskostnadene ved å installere en intelligent styringsenhet i alle hjem. Det vil derfor være vanskelig å innføre systemet. Enten må det innføres et direktiv/krav fra myndighetene om at alle husstander skal et slikt system innen en gitt dato, eller så må man gi forbrukeren økonomiske insentiver til å installere det selv. Til syvende og sist må det bli en oppveiingssak om fordelene knyttet til systemet veier opp for kostnaden. Spørsmålet er; finnes det noe annet alternativ enn å tilpasse lasten til produksjonen hvis klimamålene skal nås? Side 20 av 40

21 5. Systembeskrivelse Denne delen av oppgaven er dedikert til å beskrive et konseptuelt systemdesign som kan benyttes for å oppnå effektregulering i stor skala. På et overordnet nivå gjøres dette ved å gi systemoperatøren mulighet til en sentralisert fjernstyring av trege laster i boliger og andre bygg. Trege laster er enheter i hjemmet som kan skrus av over en periode uten at dette nødvendigvis påvirker forbrukeren. Termostatstyrte enheter som frysere og varmtvannsberedere er eksempler på dette. Systemet som vil bli presentert er tenkt installert i majoriteten av norske hjem. Dette er nødvendig ettersom det er den kumulative reduserte effekten som er ønsket og husstandene på individuell basis har liten eller ingen innvirkning. Systemet som installeres i hver husstand kan kommunisere med systemoperatør og har mulighet til å styre store deler av de elektriske enhetene i hjemmet Systemet Styringen av enhetene i hjemmet gjøres av en hovedenhet (HouseController) som kommuniserer med hver forbruksenhet ved hjelp av det vi kaller GenericUnit som er installert i alle enheter. HouseController kan på denne måten for eksempel skru av og på alle enhetene i hjemmet. Dersom et slikt system var installert i alle hjem ville systemet på beskjed fra nettleverandør kunne skru av trege laster i alle hjem. Dette er scenarioet systemet er designet for. Samtidig er systemet tilrettelagt for utvidelser av funksjoner som skal gjøre styring av strøm enklere for forbrukeren. Ved å unngå kompleks logikk og signalering vil systemet være enkelt å utvide med ny funksjonalitet HouseController HouseController er hjernen i systemet og står for all intelligens ved normal drift. I hjemmet er HouseController koblet i nettverk med alle enhetene som skal styres, samt at den er koblet til smart meteret og det smarte nettet. På denne måten mottar HouseController signaler om utkobling av trege laster, for deretter å skru av de enhetene det gjelder. En mer detaljert beskrivelse av dette kommer i avsnitt 5.2. Brukeren kan kommunisere med HouseController gjennom et brukergrensesnitt vi beskriver i avsnitt 6.3. Vi ser for oss at dette brukergrensesnittet er tilgjengelig fra både stasjonære og portable enheter både i hjemme og via det smarte nettet. Dette gjør det mulig å ha kontroll over hjemmet til enhver tid uavhengig av hvor man er GenericUnit GenericUnit er den andre delen av systemet og er implementert i hver enhet som skal kunne styres. Ettersom vi i denne oppgaven tar for oss et framtidssenario, ser vi for oss at de fleste Side 21 av 40

22 enheter i hjemmet har støtte for vårt system og besitter funksjonaliteten som gjør den kompatibel. Med andre ord vil dette si at alle enheter som inneholder elektronikken GenericUnit vil kunne kommunisere direkte med HouseController. Avhengig av enhetens funksjon kan GenericUnit være koblet til sensorer inne i enheten som gir funksjonsspesifikke parametere. I tillegg er GenericUnit koblet til et wattmeter. Logikken for denne elektronikken har vi designet på et abstrakt nivå og den vil bli presentert senere. GenericUnit har veldig enkle funksjoner; skru av og på strøm, samt levere sensorinformasjon til HouseController. For å kunne benytte enheter som ikke har en innebygget GenericUnit ser vi for oss å kunne ta i bruk enkle adaptere som kobles mellom støpsel og stikkontakt for hver enhet man vil styre. Disse adapterne har innebygget en GenericUnit koblet til et wattmeter samt kobling mot en eventuell sensor i enheten. Kommunikasjonen mellom GenericUnit og HouseController antar vi at kan skje over strømnettet. Det finnes mye teknologi for å bruke strømnettet som datanettverk i hjemmet, da datatrafikk kan kjøre på helt andre frekvenser enn strømmen benytter. Dette nettverket og tilhørende sikkerhetsmekanismer blir diskutert i avsnitt 5.5. Som en oppsummering og et eksempel kan man se for seg en varmeovn som skal installeres. Om varmeovnen er fullt kompatibel og har en innebygget GenericUnit, vil en kun trenge å koble ovnen inn i en stikkontakt hvor den straks får kontakt med HouseController. Eventuelt om ovnen ikke har en innebygget GenericUnit, vil man trenge et adapter beskrevet ovenfor for å kunne styre ovnen fra HouseController. På en slik måte vil man enkelt kunne koble til nye enheter til systemet med en plug and play framgangsmåte Virkemåte For å vise sammenhengen mellom systemoperatøren og huset der systemet er implementert, er sekvensdiagrammer en grei måte å modellere hvordan handlinger hos ulike entiteter henger sammen. Under følger en skisse som viser hvordan HouseController skrur av strømmen på trege laster. Side 22 av 40

23 I dette sekvensdiagrammet ser vi for oss at systemet er oppe og kjører og alt fungerer normalt. Vi har modellert for tre enheter som skal skrus av dersom momentan reduksjon av effekt er nødvendig. Disse tre er her beskrevet som egne entiteter for å vise mer billedlig hva som skjer, selv om de senere er modellert som GenericUnit grunnet at de har veldig sammenfallende oppførsel. I vår modell vil et PowerCut signal bli sendt av systemoperatøren, som sender ut signaler til nettleverandørene om at lasten må senkes. Videre er det nå nettleverandørene som sender ut ReductionBroadcast signal direkte til hver enkelt HouseController. Dette signalet kan komme igjennom IP-nett, da vi antar at HouseController har tilgang på internett. Signalet kan også komme igjennom smart meter, dersom det er støtte for dette i nettet. Når HouseController mottar et slikt signal fra nettleverandøren, begynner den med å skru av de enhetene som er egnet for momentant effektkutt. Disse svarer med et OK-signal samt at de sender med redusert forbruk. Når alle enheter er skrudd av vil HouseController bekrefte overfor nettleverandøren at den har redusert sitt forbruk og legge ved summen av redusert effekt Design av GenericUnit All intelligens ligger altså i HouseController, bortsett fra et unntakstilfelle der HouseController er ute av drift. Dersom GenericUnit ikke får kontakt med HouseController vil den overstyre tidligere beskjeder og skru seg på. Dette er for å unngå kritiske feil som kan oppstå når man skrur av termostatstyrte enheter som har vært av en stund. Dersom varmtvannsberederen blir skrudd av og HouseController faller ut av drift vil den aldri få beskjed om å skru seg på igjen. I disse tilfellene vil GenericUnit skru på strømmen igjen og alt fungerer som normalt inntil HouseController kommer tilbake. Under følger et diagram som skisserer hvordan GenericUnit vil skru strømmen på igjen. Her ser vi for oss at de enhetene som er koblet til systemet er skrudd av etter kjøring av et PowerCut-scenario. GenericUnit representerer her en vilkårlig elektrisk enhet i hjemmet. Side 23 av 40

24 Vi har her en del scenarioer. Vi tenkte først at enhetene skulle skrus på etter et gitt tidsintervall. Mange av enhetene som styres er allerede styrt av en termostat og går av og på regelmessig. For å unngå at en enhet som har vært skrudd av over lengre tid blir skrudd av igjen har vi lagt til rette for at GenericUnit kan sende et signal med målinger fra sin sensor dersom den registrerer temperaturer utenfor gitte forhåndsbestemte verdier. Disse kan tas til følge av HouseController, eller HouseController kan overstyre og ignorere en slik melding. I sistnevnte tilfelle antar vi at HouseController vet hva den gjør og vil skru strømmen på innen rimelig tid. Sekvensdiagrammet vil kjøre i loop inntil et StartUp-signal er sent. I det ene scenarioet vil en timer i HouseController slå ut og den vil sende et signal om å starte. StartUp er sendt, loopen stopper. I det andre scenarioet vil et SensorMessage-signal komme fra GenericUnit før timeren til HouseController har slått ut. HouseController leser målingen fra sensoren og svarer på signalet ved å sende et StartUp-signal. StartUp er sendt, loopen stopper. I det tredje scenarioet vil SensorMessage-signalet inneholde målinger som HouseController ikke mener er tilstrekkelig til å skru på strømmen igjen. I dette tilfellet vil vi nå gå i loop inntil timeren i HouseController slår ut eller GenericUnit sender en måling som får HouseController til å sende StartUp-signalet. Vi tenker oss at GenericUnit har en mekanisme(safe Mode) slik at dersom den ikke får svar fra HouseController etter et SensorMessage-signal vil den skru seg på. For å kunne skille scenarioene der HouseController ikke sender StartUp fordi den er ute av drift og der den ikke sender StartUp fordi den mener at det ikke er nødvendig gitt sensorinformasjonen den har fått, må vi sende et eksplisitt ignore-signal i sistnevnte tilfelle. På den måten vil GenericUnit alltid få svar på meldingen og kan være sikker på at dersom den ikke får det så er det en systemfeil, og den må skru strømmen på Intern logikk Vi har bestemt oss for å lage et brukergrensesnitt for å visualisere hvordan vi mener dette systemet kan presenteres for en bruker. Siden logikken bak funksjonene i HouseController er intuitive vil vi heller spesifisere mer rundt GenericUnit. Vi har spesifisert kommunikasjon mellom HouseController og GenericUnit som viser hvordan enheter blir skrudd av og på, samt hvordan sensorinntrykk fra GenericUnit blir sendt til HouseController. Side 24 av 40

25 Flytdiagram for GenericUnit I tillegg til kommunikasjon mellom våre enheter har vi også laget et flytdiagram for å skissere logikken i GenericUnit. Den er som følger. Tegnforklaring: Side 25 av 40

26 Forklaring til diagram Dette diagrammet visualiserer flyten i GenericUnit ved hjelp av signaler og tilstander. Det vi kan se er at GenericUnit har tre tilstander som er On, Off og Wait. Disse tilstandene er de samme uansett hvor i diagrammet de er tegnet. Dette for å unngå lange piler og mange sykliske figurer. Det vil si at On tilstanden helt i bunnen av diagrammet er den samme som On som er utgangspunktet for denne enheten. Enkelt forklart så antar vi at man kan motta 2 signaler i tilstanden On. Det ene er et signal som sendes fra sensoren, kalt SensorRead, som sendes videre til HouseController. Det andre er et signal fra HouseController, kalt ShutOff, som fører til at GenericUnit går til Off tilstanden og skrur av strømmen. En observant leser vil se at det er et signal til, men dette vil vi nevne senere da dette kun er der for å oppnå inputkonsistens(forklares senere). Når GenericUnit er i Off -tilstanden har den to signaler som er viktige, disse er SensorRead og StartUp. SensorRead er informasjon fra sensoren som sendes videre til HouseController. StartUp er signalet HouseController sender for å be GenericUnit om å gå til On -tilstanden og skru på strømmen igjen. TimeOut er nok en gang for input-konsistens som vi nevner senere. Vi har nå nok tilstander for å beskrive et normalt forløp der HouseController sender et ShutOff signal, venter en gitt tid for så å sende et PowerUp signal slik at GenericUnit igjen befinner seg i normal-tilstanden On. For å skape funksjonaliteten for Safe-Mode som er beskrevet tideligere, der GenericUnit skrur seg på igjen på egenhånd, er det nødvendig med en tilstand til. Når GenericUnit er skrudd av og den mottar en måling fra sensoren sendes dette til HouseController, forskjellen er nå at vi må sjekke at HouseController svarer. Dersom den ikke svarer innen 30 sek vil vi at GenericUnit overstyrer og skrur seg på. Løsningen blir at hver gang GenericUnit sender et sensorsignal starter vi en klokke på siden. Denne klokken er kalt StartTimer. Dersom GenericUnit ikke får svar innen 30 sekunder vil klokken ringe og sende et TimeOut signal. Dersom dette signalet mottas vil vi gå i On state, da vi nå antar at HouseController er ute av drift. Nå som Timeout signalet er forklart kan vi nevne hvorfor dette også må kunne mottas i On og Off tilstandene. Dette er rett og slett fordi at dersom HouseController svarer på et SensorMessage ved å skru GenericUnit på, så vil Timeout signalet mottas i On tilstand og da må dette håndteres. Samme argumentasjon kan brukes for Off tilstanden. Systemet har nå styringsmekanismer for å skru av og på strømmen på enkelte enheter i hjemmet. Disse kontrollenhetene(genericunit) er som nevnt antatt integrert i enhetene. Dette ser vi for oss er en nødvendighet for at systemet skal oppnå stor utbredelse. For eldre enheter vil egne adaptere være et alternativ. Installasjonen skal i så tilfelle være enkel, man tar ut stikkontakten og plugger et GenericUnit-adapter imellom kontakten og uttaket. Enheten skal så automatisk oppdages av kontrollpanelet som man har et sted i huset eller på web/mobil. Man Side 26 av 40