Edellisessä osassa HEOMF:n taso 2 toi hinnan rinnalle tekniset rajoitteet. Järjestelmä ei enää kysynyt vain, milloin sähkö on halvinta, vaan myös sitä, mitä kyseisellä hetkellä voidaan tehdä järkevästi.
Taso 3 lisää tähän uuden ulottuvuuden: ennakoinnin. Päätöksiä ei tehdä vain nykyisen hinnan, kuorman ja lämpötilan perusteella, vaan järjestelmä alkaa arvioida myös sitä, mitä seuraavien tuntien aikana todennäköisesti tapahtuu.
Tason 2 kysymykset liittyvät nykyhetkeen: mikä on hinta, mitkä ovat rajoitteet ja miten kuormat tasapainotetaan? Taso 3 lisää mukaan esimerkiksi seuraavan vuorokauden säätilan, aurinkotuotannon, tulevat hintajaksot ja ennakoidun kulutustarpeen.
Mitä monimuuttujaisuus tarkoittaa?
Tasolla 3 optimoinnin kohteena ei enää ole yksi laite tai yksi signaali, vaan koko energiajärjestelmä ajassa. Päätöksentekoon voivat vaikuttaa samanaikaisesti sähkön tuntihinta, sää- ja ulkolämpötilaennuste, aurinkotuotanto, rakennuksen lämpötilahistoria, käyttöveden tarve, sähköauton lataustarve sekä sähköliittymän tehorajat.
HEOMF:n tasot voidaan tässä mielessä erottaa yksinkertaisesti: taso 1 reagoi pääasiassa yhteen muuttujaan, taso 2 sovittaa nykyhetkessä yhteen useita rajoitteita ja taso 3 optimoi useita muuttujia myös ajassa.
Ennuste muuttaa päätöksenteon logiikan
Ajatellaan tilannetta, jossa seuraavan vuorokauden ennuste kertoo aamun kylmenevän selvästi, sähkön hinnan olevan aamulla korkea, yön olevan edullinen ja päivän aurinkotuotannon hyvä.
Tasolla 2 järjestelmä voi hyödyntää yön halvan jakson maltilliseen ennakkolämmitykseen ja samalla pitää hetkellisen kuorman sallituissa rajoissa. Taso 3 katsoo pidemmälle. Se voi arvioida, kuinka paljon lämpöä kannattaa tehdä yöllä, kuinka paljon voidaan jättää myöhemmän aurinkotuotannon varaan ja miten sähköauton lataus sekä muut kuormat kannattaa sijoittaa saman vuorokauden sisällä.
Yksittäisen halvan tunnin sijaan päätöksenteon kohteena on koko tuleva jakso.
Rakennuksen lämpöinertia muuttuu osaksi ennustetta
Rakennus ei reagoi lämmityksen muutoksiin hetkessä. Yhden tunnin aikana tehty päätös voi vaikuttaa sisälämpötilaan vielä useita tunteja myöhemmin. Tämä tekee rakennuksen lämpöhistoriasta arvokasta tietoa ennustavassa ohjauksessa.
Järjestelmä voi havaintohistorian perusteella arvioida esimerkiksi sitä, kuinka nopeasti rakennus jäähtyy eri ulkolämpötiloissa, kuinka paljon varaava lattialämmitys pystyy siirtämään lämpöä ajassa ja kuinka nopeasti käyttöveden lämpötila tyypillisesti muuttuu kulutuksen mukana.
Tavoitteena ei ole täydellinen rakennusmalli. Jo riittävän hyvä arvio järjestelmän hitaudesta voi estää tilanteen, jossa lämmitystä joko tehdään tarpeettoman aikaisin tai joudutaan myöhemmin ajamaan liian voimakkaasti.
Aurinkotuotanto muuttaa halvimman hetken määritelmää
Kun talossa on omaa aurinkotuotantoa, pelkkä verkkosähkön tuntihinta ei enää kerro, milloin kuormaa kannattaa käyttää. Halpa yö voi näyttää houkuttelevalta, mutta seuraavan päivän hyvä oma tuotanto voi tehdä päivästä kokonaisuuden kannalta paremman käyttöajan.
Tasolla 2 omaa tuotantoa voidaan hyödyntää yksinkertaisilla ehdoilla. Taso 3 pystyy lisäksi arvioimaan tuotannon määrää etukäteen ja varaamaan joustavia kuormia siihen hetkeen, jolloin omaa sähköä todennäköisesti on käytettävissä.
Käytännössä tämä voi tarkoittaa käyttöveden lämmityksen siirtämistä päivälle tai sähköauton latauksen ajoittamista ennustettuun aurinkotuotannon huippuun. Oleellista ei ole verkosta ostamisen välttäminen hinnalla millä hyvänsä, vaan oman tuotannon ja muun energiajärjestelmän yhteensovittaminen.
Useiden kuormien yhteisoptimointi vaatii prioriteetteja
Tason 3 keskeinen piirre on se, etteivät kaikki kuormat enää kilpaile keskenään samasta halvasta tunnista. Järjestelmän pitää tunnistaa, mitkä tarpeet ovat välttämättömiä ja mitkä joustavia.
Käyttöveden tai lämmityksen tarve voi olla tiettynä hetkenä tärkeämpi kuin sähköauton lataus, jonka valmistumiselle on useita tunteja aikaa. Vastaavasti rakennuksen lämpötilassa voi olla enemmän sallittua joustoa kuin käyttöveden saatavuudessa.
Tämän vuoksi tason 3 optimointi tarvitsee prioriteettirakenteen. Se jakaa käytettävissä olevan tehon ja ajoituksen eri kuormille niiden tarpeen, joustavuuden ja järjestelmän muiden rajoitteiden perusteella.
Monimutkaisuus kasvaa väistämättä
Ennustava ja monimuuttujainen optimointi vaatii enemmän kuin taso 2. Mittausdatan pitää olla riittävän luotettavaa, päätöslogiikan ymmärrettävää ja järjestelmän arkkitehtuurin sellainen, että yksittäisen mittauksen tai ennusteen virhe ei tee koko ohjauksesta arvaamatonta.
Lisäksi tarvitaan testaamista ja vikatilanteiden hallintaa. Jos sääennuste puuttuu tai aurinkotuotanto jää ennustettua pienemmäksi, järjestelmän pitää pystyä jatkamaan turvallisesti ilman, että lämmitys, käyttövesi tai auton tarvittava lataus vaarantuu.
Taso 3 ei siis ole vain enemmän automaatioita. Se vaatii kurinalaisempaa tapaa rakentaa automaatiota.
Ennustevirhe on osa järjestelmää
Ennusteet eivät ole koskaan täydellisiä. Sää muuttuu, kotitalouden käyttö poikkeaa normaalista ja aurinkotuotanto voi jäädä pilvisyyden vuoksi odotettua pienemmäksi. Ennustava optimointi ei siksi voi perustua oletukseen, että tulevaisuus tunnetaan varmasti.
Tason 3 riskejä ovat ylioptimointi, liian voimakas reagointi ennustevirheisiin, tarpeeton riippuvuus yksittäisistä ulkoisista tietolähteistä ja järjestelmän muuttuminen niin monimutkaiseksi, ettei sen toimintaa enää ymmärretä.
Hyvä taso 3 ei pyri täydelliseen ennustamiseen. Sen tavoitteena on tehdä nykyistä parempia päätöksiä epävarman tulevaisuuden perusteella ja korjata suunnitelmaa, kun uutta tietoa tulee.
Milloin taso 3 on perusteltu?
Ennustava optimointi alkaa olla perusteltua etenkin silloin, kun talossa on useita suuria ja joustavia kuormia, merkittävästi omaa aurinkotuotantoa, tiukat tehorajat tai kulutus vaihtelee voimakkaasti vuorokauden ja vuodenajan mukaan.
Samalla järjestelmän ylläpito vaatii kiinnostusta ja osaamista. Jos energiankäyttö on yksinkertaista ja taso 2 hallitsee keskeiset rajoitteet hyvin, ennustemallien lisääminen ei välttämättä tuo niiden vaatimaa työtä vastaavaa lisähyötyä.
Taso 3 ei tarkoita täydellistä optimointia
Tason 3 tavoite ei ole tietää tulevaisuutta täydellisesti. Parempi tapa kuvata sitä on ennakoiva päätöksenteko: järjestelmä käyttää käytettävissä olevaa tietoa tulevasta, mutta hyväksyy samalla sen, että ennusteisiin liittyy epävarmuutta.
Kypsyystasojen ajattelun voi tiivistää näin: taso 1 reagoi, taso 2 tasapainottaa ja taso 3 ennakoi. Tämä on luonnollinen kehityspolku, mutta ei pakollinen etenemisjärjestys jokaiselle kotitaloudelle.
Seuraava taso laajentaa optimoinnin kodin ulkopuolelle
Taso 3 optimoi edelleen ensisijaisesti oman kotitalouden energiankäyttöä. Taso 4 laajentaa näkökulman sähköjärjestelmään, jolloin mukaan voivat tulla esimerkiksi akustot, aggregaattorit, reservimarkkinat ja ulkopuolinen teho-ohjaus.
Ennen seuraavaa askelta on kuitenkin tärkeää tunnistaa, että jo taso 3 vaatii selkeää arkkitehtuuria, luotettavaa mittausta ja hallittuja vikatilanteita. Ilman niitä ennustaminen lisää helposti monimutkaisuutta enemmän kuin hyötyä.
Seuraavassa osassa siirrytään tasolle 4, jossa kotitalouden energiajärjestelmä voi alkaa toimia myös osana laajempaa sähköjärjestelmää.
HEOMF-pääsivulta löydät koko kypsyysmallisarjan, itsearvioinnin ja White Paperin.