Smart Grids

Inteligentní sítě (anglicky Smart grid) jsou silové elektrické a komunikační sítě, které umožňují regulovat výrobu a spotřebu elektrické energie v reálném čase, jak v místním, tak v globálním měřítku. Jejím principem je interaktivní obousměrná komunikace mezi výrobními zdroji a spotřebiči nebo spotřebiteli o aktuálních možnostech výroby a spotřeby energie.

Jedním ze základních problémů v oblasti Smart grids je balancování výroby a spotřeby elektrické energie. Ve dvacátém století byla výroba elektřiny koncentrovaná v síti velkých elektráren (zejména uhelných, jaderných či vodních) a tyto zdroje byly navrženy tak, aby byly schopny regulovat svoji produkci podle aktuální spotřeby. V poslední době nastal prudký rozvoj obnovitelných zdrojů (především slunečních a větrných), které nejenže nejsou schopny regulovat svoji výrobu podle potřeby, ale navíc množství vyrobené elektrické energie je značně proměnlivé v čase a dopředu se velmi špatně odhaduje. Proto dochází k vývoji elektrických baterií a spotřebičů, které jsou schopny plánovat svoji spotřebu energie podle možností sítě. Efektivní využití těchto zařízení vyžaduje pokročilé algoritmy, které jsou schopny dopředu odhadnout množství vyrobené a spotřebované energie, naplánovat jednotlivá zařízení podle jejich možností a pružně reagovat na změny v reálném čase.

Základní informace

  • Název: Úvod do inteligentních energetických sítí
  • Kód: NOPT056
  • Rozsah, examinace: 1/1 Zk
  • Předmět bude vyučován v českém nebo anglickém jazyce podle zájmu studentů.
  • Výuka bude probíhat v zimním semestru 2015/16.
  • Rozvrh: Středa, 12:20, v pracovně 305 na Malé Straně. Začínáme 14.10.

Cíle předmětu

Cílem předmětu je seznámit studenty se současnými problémy v energetice, s matematickým modelováním jednotlivých problémů a optimalizačními algoritmy používanými k jejich řešení. Studenti mohou v průběhu semestru pracovat na projektech, které bude možné rozšířit na bakalářské a diplomové práce.

Obsah předmětu

  • úvod: seznámíme se se současnými problémy v energetice, které budeme studovat v průběhu semestru
  • matematické modelování: matematickými nástroji popíšeme studované problémy
  • algoritmy: probereme některé stávající postupy a algoritmy
  • termodynamika: seznámíme se základy fyziky, která se využívá v matematických modelech vytápění budov

Předpoklady

  • znalost lineárního programování (například Optimalizační metody)
  • předmět je primárně určen pro studenty magisterských programů teoretická informatika, umělá inteligence a diskrétní modely a algoritmy, ale po předchozí konzultaci s vyučujícím může být vhodný i pro ostatní studenty MFF UK

Zkouška

Zkoušku je možno splnit některými z následujících možností.
  • vlastní projekt nebo publikace
  • prezentace demonstračního projektu testujícího technologie Smart Grids v praxi
  • prezentace článku
  • klasická zkouška
Podrobnosti musí být předem konzultovány s vyučujícím. Náročnější projekt nebo vědecká publikace může pokračovat k ročníkovému projektu, softwarovému projektu, bakalářské nebo diplomové práci.

Předběžný sylabus

  • úvod
  • matematické modelovaní pomocí lineárního programování
  • multiagentní systémy a teorie her
  • šíření tepla
  • metoda konečných prvků
  • Carnotův cyklus (Carnot cycle) a aplikace
  • neuronové sítě
  • skladování energie
  • plánování úloh
  • vytváření sloupců (column generation)
  • demonstrační projekty
Přesná náplň bude záviset na počtu studentů, jejich znalostech, zkušenostech a zájmu.

Literatura

  • Y. A. Çengel and A. J. Ghajar. Heat and mass transfer: fundamentals and applications. McGraw-Hill, 2011.
  • J. Fink, J.L. Hurink, and A. Molderink. Mathematical modelling of devices and flows in energy systems. Submitted, 2014.
  • Çengel, Yunus A., and Michael A. Boles. "6-7." Thermodynamics: An Engineering Approach. 7th ed. New York: McGraw-Hill, 2011. 299. Print.
  • Beale R. and Jackson T.: Neural Computing: An Introduction, IOP Publishing, Bristol and Philadelphia, 1990

Annotation

A smart grid is a modernized electrical grid that uses analog or digital information and communications technology to gather and act on information in an automated fashion to improve the efficiency, reliability, economics, and sustainability of the production and distribution of electricity.

Aim of the course is introducting students to the recent problems in modern energy systems, mathematic modelling and optimization methods used to control electrical devices.

Syllabus

  • introduction
  • mathematical modelling using linear programming
  • agent-based control and game theory
  • heat transfer
  • finite element method
  • Carnot cycle and applications
  • neural networks
  • energy storages
  • job scheduling
  • column generation
  • demonstration projects