Osassa 7 näkökulma laajeni yksittäisestä talosta sähköjärjestelmään. Sarjan viimeisessä osassa palaan käytäntöön: mistä kotitalouden sähkön optimointi kannattaa aloittaa ja missä järjestyksessä järjestelmää on järkevää kehittää?
Energiaoptimointi ei ala Home Assistantista, akusta tai aggregaattorista. Se alkaa paljon yksinkertaisemmasta kysymyksestä: mitä ongelmaa olen ratkaisemassa? Vasta sen jälkeen kannattaa päättää, mitä mitataan, mitä ohjataan ja kuinka paljon automaatiota todella tarvitaan.
1. Ymmärrä lähtötilanne
Ennen ensimmäistäkään automaatiota kannattaa selvittää ainakin vuosikulutus, kulutuksen ajoittuminen, lämmitystapa, pääsulakekoko sekä se, onko taloudessa sähköautoa tai omaa aurinkotuotantoa. Näiden perusteella alkaa hahmottua, missä suurimmat ohjattavat kuormat ovat ja mitä rajoitteita järjestelmällä on.
Ilman lähtötietoja optimointi on helposti vain yksittäisten laitteiden ohjaamista ilman käsitystä siitä, vaikuttaako muutos kokonaisuuteen lainkaan.
Kuormaprofiili kertoo, onko joustoa olemassa
Ensimmäinen tekninen askel on tuntitason kulutusdata. Sen avulla voidaan erottaa kulutus, joka on käytännössä pakollista juuri kyseisenä hetkenä, ja kulutus, jota voidaan siirtää ajassa.
Teoreettinen siirrettävä osuus voidaan kuvata näin:
Jos siirrettävä osuus jää hyvin pieneksi, myös hintaoptimoinnin mahdollisuus jää rajalliseksi. Omassa tarkastelussani alle noin 20 prosentin siirrettävä osuus oli jo merkki siitä, ettei suurta säästöpotentiaalia kannata odottaa pelkällä ajoituksen muuttamisella.
2. Määritä tavoite ennen tekniikkaa
Optimoinnin tavoite voi olla sähkölaskun pienentäminen, pääsulakkeiden hallinta, oman aurinkotuotannon parempi hyödyntäminen, sähköauton latauksen ohjaus, valmius akustolle tai myöhempi kysyntäjousto. Joillekin tärkeä tavoite on yksinkertaisesti saada energiankäyttö näkyväksi ja ymmärrettäväksi.
Tavoite määrittää sen, millainen järjestelmä kannattaa rakentaa. Jos ongelma on esimerkiksi pääsulakkeiden kuormitus, ensimmäinen investointi ei välttämättä ole akku vaan parempi mittaus ja kuormanhallinta.
3. Aloita mahdollisimman yksinkertaisesta
Yksi yleisimmistä virheistä on yrittää rakentaa heti monimuuttujaista automaatiota. Ensimmäisessä vaiheessa riittää usein, että tunnistat vuorokauden edulliset tunnit ja siirrät niille sellaisia kuormia, joiden ajoittaminen on turvallista ja helppoa.
Sähköauton lataus on tästä hyvä esimerkki. Myös lämmitystä voidaan ajoittaa, jos lämmitysjärjestelmä ja rakennuksen lämpökapasiteetti sen sallivat. Omissa ensimmäisissä kokeiluissani tällaisen perusoptimoinnin vuosihyöty oli jo kymmenistä euroista yli sataan euroon ilman erityisen monimutkaista järjestelmää.
4. Laita rajoitteet kuntoon ennen lisäoptimointia
Kun ensimmäiset ohjaukset toimivat, seuraava vaihe ei ole uuden optimointialgoritmin lisääminen. Ensin pitää varmistaa, että järjestelmä tuntee omat rajansa.
Tähän kuuluvat esimerkiksi pääsulakkeiden ja vaihekuormien hallinta, sisä- ja käyttöveden lämpötilojen hyväksyttävät rajat sekä turvallinen toiminta silloin, kun mittausdata tai automaatio ei ole käytettävissä. Optimointi ei saa jättää lämmitystä pysyvästi pois päältä virhetilanteessa eikä ohjata kuormia niin, että sähköliittymän rajat ylittyvät.
Tässä vaiheessa järjestelmä alkaa vastata HEOMF:n rajoitteet huomioivaa tasoa: hinta saa vaikuttaa, mutta se ei saa ohittaa tärkeämpiä ehtoja.
5. Lisää fysiikka vasta, kun perusohjaus toimii
Kun mittaukset ja rajoitteet ovat kunnossa, optimointia voidaan syventää. Lämmityksessä tämä tarkoittaa esimerkiksi ulkolämpötilan huomiointia, lämmityksen jakamista useampaan jaksoon, sääennusteen hyödyntämistä ja lämpöpumpun COP:n ottamista mukaan päätöksentekoon.
Pelkkään sähkön hintaan perustuva kustannus voidaan yksinkertaistaa näin:
Kaavassa P on sähkön hinta ja E kulutettu sähköenergia. Lämpöpumpun tapauksessa todellista lämmityskustannusta ei kuitenkaan voi arvioida pelkän sähköenergian perusteella, koska tuotetun lämmön määrä riippuu hyötysuhteesta.
Tässä Q kuvaa tarvittavaa lämpöenergiaa ja COP lämpöpumpun hyötysuhdetta. Jos halvan sähkötunnin hyödyntäminen edellyttää samalla selvästi huonompaa COP:ta, halvin sähkötunti ei välttämättä tuota halvinta lämpöä. Tämä oli yksi oman projektini tärkeimmistä havainnoista.
6. Arvioi investoinnit vasta datan perusteella
Akku on hyvä esimerkki investoinnista, jota ei kannata arvioida pelkästään yleisellä ajatuksella sähkön hintavaihtelusta. Ennen hankintapäätöstä pitäisi tuntea ainakin oman kulutuksen tuntiprofiili, todellinen hintaero niiden tuntien välillä joihin energiaa voidaan siirtää sekä investoinnin kustannukset ja odotettavissa olevat tuotot.
Investointia voidaan tarkastella esimerkiksi nettonykyarvon avulla:
Jos NPV jää käytetyillä oletuksilla negatiiviseksi ilman epävarmoja lisätuloja, investointi voi silti olla perusteltu esimerkiksi varautumisen tai muun strategisen hyödyn vuoksi, mutta sitä ei pitäisi kutsua puhtaasti taloudelliseksi säästöinvestoinniksi.
Yleisimmät virheet ovat samoja, joihin itse törmäsin
Liian aggressiivinen ohjaus voi heikentää lämpöpumpun COP:ta ja lisätä sisälämpötilan vaihtelua. Liian monimutkainen automaatio puolestaan kasvattaa riippuvuuksia ja tekee vikatilanteista vaikeampia hallita. Jos kokonaistehoa ei seurata, kaikki halvat kuormat voivat käynnistyä samanaikaisesti ja ongelma siirtyy sähkön hinnasta pääsulakkeisiin.
Myös hinta ainoana ohjaussignaalina on liian kapea näkökulma. Rakennuksen lämpökapasiteetti, lämmitystarve, laitteiden hyötysuhde ja käyttäjän tarpeet määrittävät sen, kuinka paljon kulutusta todella voidaan siirtää.
Missä HEOMF-tasossa olet nyt?
HEOMF antaa käytännöllisen tavan hahmottaa oman järjestelmän nykytilaa. Taso 0 tarkoittaa käytännössä passiivista kulutusta ilman ohjausta, tasolla 1 kulutus reagoi hintaan, tasolla 2 mukaan tulevat tekniset rajoitteet ja tasolla 3 useiden muuttujien yhteinen optimointi. Taso 4 laajentaa järjestelmän ulkopuoliseen markkinaosallistumiseen.
Kaikkien ei tarvitse edetä korkeimmalle tasolle. Monelle kotitaloudelle hyvin toteutettu taso 2 voi olla taloudellisesti ja teknisesti erittäin järkevä päätepiste.
Mitä tekniikkaa oikeasti tarvitaan?
Rajoitteet huomioivaan perusjärjestelmään tarvitaan ennen kaikkea luotettava hintatieto, riittävä sähkönkulutuksen mittaus ja mahdollisuus ohjata niitä kuormia, joiden siirtämisestä on hyötyä. Omassa järjestelmässäni tähän kuuluivat vaihekohtainen mittaus, lämpöpumpun ohjaus, sähköauton latauksen ohjaus ja sulakevahti.
Monimuuttujaisessa järjestelmässä mukaan tulevat esimerkiksi sää- ja tuotantoennusteet, aurinkosähkön mittaus, useampaan jaksoon jaettu lämmitys sekä järjestelmän toimintatilat eri vuodenaikoina. Näitä ei kuitenkaan tarvita ensimmäiseen toimivaan optimointiin.
Etene mittauksesta kokeiluun ja vasta sitten automaatioon
Oma kehityspolkuni lähti usean kuukauden mittausdatasta. Sen jälkeen tein yksinkertaisia analyysejä ja testasin ohjauksia ensin käsin. Vasta kun olin nähnyt, miten talo, lämpöpumppu ja sähköauto todellisuudessa käyttäytyvät, aloin siirtää samoja päätöksiä automaation tehtäväksi.
Tätä järjestystä suosittelen edelleen: mittaa → ymmärrä → testaa → automatisoi. Jos automaatio rakennetaan ennen kuin kohteen käyttäytyminen tunnetaan, riskinä on automatisoida väärä oletus.
Kaikkea ei tarvitse rakentaa itse
Oma järjestelmä antaa paljon vapautta, mutta samalla se vaatii kiinnostusta dataan, ylläpitoon ja järjestelmän toiminnan ymmärtämiseen. Jos näihin ei halua käyttää aikaa, kaupallinen valmis ratkaisu voi olla paljon parempi valinta.
Kypsyys ei tarkoita sitä, että kotitalouden pitäisi käyttää Home Assistantia tai rakentaa oma EnergyHub. HEOMF arvioi kyvykkyyttä, ei sitä, millä tuotteella tai alustalla se toteutetaan.
Aloita ongelmasta, älä teknologiasta
Koko tämän sarjan tärkein käytännön oppi voidaan tiivistää siihen, ettei energian optimointi ole yksittäinen laite tai algoritmi. Se on asteittainen kehityspolku, jossa ensin ymmärretään oma kulutus, sitten otetaan käyttöön yksinkertaiset ohjaukset, varmistetaan tekniset rajat ja vasta sen jälkeen lisätään fysiikkaa, ennusteita tai uusia investointeja.
Markkinaosallistuminen, akustot ja monimutkaisempi automaatio voivat olla myöhemmin perusteltuja, mutta niitä ei tarvita hyvän energianhallinnan lähtökohdaksi. Usein suurin käytännön parannus syntyy jo siitä, että talo tietää mitä se kuluttaa, mitkä kuormat ovat joustavia ja milloin niitä ei saa ohjata.
Optimointi-sarjan pääsivulta löydät kaikki kahdeksan osaa ja sarjan etenemisjärjestyksen. Jos haluat jatkaa kypsyysmalliin, HEOMF-pääsivu kokoaa mallin, artikkelisarjan, itsearvioinnin ja White Paperin. Käytännön toteutuksiin löytyy puolestaan oma kokonaisuutensa Ohjeet-sivulta.