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
  • Rozvrh bude domluven v úterý 4. 10. 2016 v 12:20 na Malé Straně v posluchárně S3. Pokud nemůžete přijít, tam mi předem napište e-mail s časovými preferencemi.
  • Rozsah, examinace: 1/1 Zk/Z
  • Předmět bude vyučován v českém nebo anglickém jazyce podle zájmu studentů.
  • Výuka bude probíhat v zimním semestru 2016/17.
  • Zajišťuje: Katedra teoretické informatiky a matematické logiky (32-KTIML)

Cíle předmětu

Cílem předmětu je seznámit studenty se současnými problémy v energetice, s matematickým modelováním jednotlivých problémů a optimalizačními algoritmy používanými k jejich řešení. Dále se studenti naučí napsat program simulující zvolený model na počítači.

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
  • Simulace: psaní programů simulujících zvolený model
Přesná náplň bude záviset na počtu studentů, jejich znalostech, zkušenostech a zájmu.

Předpoklady

Základy matematického modelování a optimalizace (například Optimalizační metody)

Zápočet

  • Prezentace článku
  • Napsaní programu simulujícího zvolený model

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

Smart Grids

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.

One the main problems in Smart Grids is balancing energy production and consumption. In 20th century, the production of electricity was concentrated in a group of large power stations (mainly coal, nuclear or water) and these sources were designed to be able to control their output according to demands. However in recent years, the production from renewable energy sources (especially solar and wind) have been significantly increasing. These sources cannot be easily controlled and furthermore, their future output is hard to estimate. Therefore, devices and batteries are being developed to be able to plan their consumption according to the availability of the electricity network. Efficient usage of these devices requires advanced algorithms that can estimate production and consumption of energy, schedule each devices according to their possibilities and dynamically react on every event in real time.

Basic information

  • Name: Introduction to Smart Grids
  • Teacher: Jiří Fink
  • Code: NOPT056
  • Schedule will be negotiated on Tuesday, 4.10. at 12:20 in S4. Let me know your time preferences if you cannot come.
  • Hours per week, examination: 1/1 Zk/Z
  • The course will in the winter semester 2016/17
  • Guaranteed by: Department of Theoretical Computer Science and Mathematical Logic (205. • 32-KTIML)

Goals

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. Students also learn to write a program that simulates chosen model on a computer.

Syllabus

  • Introduction: We will discuss recent problems in the area of Smart Grids which we will study during the semestr
  • Mathematical modelling: We will describe studied problems using mathematical tools
  • Algorithms: We will present some methods and algorithms used in Smart Grids
  • Simulation: We will discuss how to write a program that simulates some approaches used in Smart Grids

Entry requirements

Basic knowledge of mathematical modelling and optimization, e.g. Optimization metods

Passing conditions

  • Presenting an article
  • Write a program that simulates chosen model