Hus kan lære seg å spare straum
LUKK

Feltrapport:

Hus kan lære seg å spare straum

Av Kristin Straumsheim Grønli

Publisert 19. desember 2023

Ved hjelp av «kollektiv intelligens» kan klynger av hus spare straum saman, fortel forskarar i Ålesund.

– Målet er bygg som automatisk reduserer forbruk og kostnader og samtidig svarer på behova til energinettet. Alt utan at komforten må ned, seier prosjektleiar Mohammadreza Aghaei.

Avsindige straumprisar skrik mot deg frå ei nettavis eller ein eller annan app. Du vrenger ned termostatar, skrur av brytarar og innfører dusje-, klesvask- og oppvaskforbod for heile familien.

Annonse

Du overvaker prisutviklinga og tek så vidt sjansen på klesvask klokka fire ein morgon, medan du leitar fram ullgenseren. Innetemperaturen har stupt til 16 grader. Du er redd badegolvet kan gi frostskadar.

Gode avgjersler om straum er lettare sagt enn gjort. Kor mykje og kor lenge kan varmen skruast ned utan at dei som bur i huset, byrjar å fryse? Når er det mest økonomisk og miljøvenleg å køyre oppvaskmaskina?

Prosjekt i seks land

Kanskje er det ei trøyst at forskarar jobbar med system som kan gjere husa smarte nok til å ta slike avgjerder på våre vegner.

– Det ligg eit stort potensial i enklare, kjappare og ikkje minst automatisk styring av straumbruken – for alle slags bygg, seier Aghaei, prosjektleiar og seniorforskar ved NTNU Ålesund.

Slikt kan spare både straum og pengar og bli ein viktig ressurs for straumnettet – både for å balansere produksjon og forbruk og for å hindre overbelasting.

Fakta
Forskar: Mohammadreza Aghaei, seniorforskar ved NTNU Ålesund, saman med kollegaer i inn- og utland
Prosjekt: COLLECTiEF – Collective Intelligence for Energy Flexibility (2021–2025)
Metode: Utvikling og testing av både program og maskinvare
Uunnverleg verktøy: Programmeringsspråket Python og simuleringsplattforma DIMOSIM

Smarte bygg kan nemleg få spørsmål om å redusere forbruket ei lita stund. Saman kan mange slike hus bli ei kraft å rekne med. Oppskaleringa skal skje ved å etterlikne svermåtferd i naturen, som til dømes fiskestimar.

Prosjektet har partnarar i seks europeiske land og omfattar kommunale bygg i Ålesund, bustadblokker i Milano i Italia, ein «living lab» i Grenoble i Frankrike og fleire universitetsbygg i Nikosia på Kypros.

Finansieringa kjem frå EU-programmet Horizon 2020 og er på 40 millionar kroner over fire år.

Billig utstyr

– Vi utrustar husa med utstyr som gjer dei i stand til å lære seg mønstera og behova til bebuarar og brukarar, og til å sjå dette i samanheng med både straumprisane og behova til energisystema, forklarer Aghaei.

Tenk deg ein periode med sprengkulde. Tusenvis av smarte hus lar vere å køyre oppvaskmaskina rett etter middag og pausar henne i staden til utpå kvelden. Slik kan dei vere med på å hindre at nettet blir overbelasta når alle kjem heim frå jobb og skrur opp varmen samtidig.

(Artikkelen fortset under bildet)

Prosjektet har mange industripartnarar i inn- og utland, og ein stor del av utstyret er spesialutvikla, inkludert sensorar som måler både temperatur, luftkvalitet og lysnivå. Det må til for å sikre at komforten held seg.

Medya Temelli Fenerci er koordinator i prosjektet og rådgivar ved NTNU Ålesund. Ho understrekar at det ikkje skal bli dyrt.

– Vi satsar på å gjere det enkelt og billeg å oppgradere smartnivået til både gamle og nyare hus, forklarer ho.

Til dømes tek forskarane i bruk smartpluggar og smarte termostatar for elektriske apparat som ikkje er smarte i utgangspunktet, som oppvaskmaskin, kjøleskap og radiatorar.

Fleksibilitet

Bygg brukar i dag 40 prosent av energien i Noreg, ifølge SINTEF. Talet er tilsvarande for EU.

– Potensialet for energieffektivisering ved hjelp av smarte løysingar er stort. Nesten 75 prosent av bygningsmassen i EU er eksisterande bygg med smartnivå på null, utan mogelegheiter til å interagere digitalt med straumnettet og brukarane, seier Aghaei.

Å byte frå fossile brensel til elektrisitet er eit sentralt tiltak for å nå klimamål og grøn omstilling. Påkjenninga på straumnettet vil difor auke og straumsparing bli viktigare.

– Systemet vårt skal redusere straumforbruket i deltakande bygg med minst 16 prosent, seier Aghaei.

Her i landet har vi god tilgang på energi, men straumnettet er ikkje dimensjonert for at mange kan bruke veldig mykje samtidig. Å skubbe ein del av forbruket vekk frå rushtida kan vere med på å spare samfunnet for kostbar og gjerne upopulær utbygging av nettet.

Fagtermen her er «fleksibilitet».

– Auken i bruk av energi frå variable kjelder som solcellestraum og vindkraft er med på å gjere dette stadig meir relevant, seier Aghaei.

Slik forbrukarfleksibilitet har allereie blitt handelsvare.

Data i kanten

Aghaei viser til marknadsoperatøren NODES, som er eigd av Agder Energi og tilbyr lokale marknadsplassar for fleksibilitet. Her kjøper nettselskap frå mellomaktørar som straumleverandøren Tibber.

Ein slik aktør kan samle fleksibilitet frå kundar som har installert smarte løysingar, til dømes for lading av elbilen. Dette blir billigare mot at straumselskapet kan styre ladetidspunktet og hastigheita på ladinga. Det statlege organet Enova gir tilskot til bustader som skaffar seg denne typen smarte styringsløysingar.

I NTNU-prosjektet vil forskarane at husa sjølve skal justere forbruket, basert på det bygget har lært om brukarane, og det brukarane eller bebuarane sjølve har lagt inn av preferansar.

– Dei fleste liknande system tek i bruk skylagring av data. I systemet vårt vil data om det som skjer i huset, bli i huset, seier Aghaei.

Prosjektleiaren understrekar at dette styrker personvernet og reduserer risiko. Informasjon om forholda i ein bustad kan til dømes hjelpe innbrotstjuvar med å vurdere om huset står ferietomt.
Forskarane tek i bruk noko som heiter kantberekning eller «edge computing». Det handlar om å bringe berekning og datalagring nærare datakjeldene.

I veggen eller taket installerer forskarane ei lita og rimeleg eittkortsdatamaskin (Raspberry Pi). Hit kjem alt frå målingar av innemiljøet og mønsteret til brukarane til innstillingar som brukarane sjølve har lagt inn i ein app på mobiltelefonen, og informasjon om straumprisar og eventuelle førespurnader frå straumnettet.

– På eittkortsdatamaskina blir alt dette mata inn i enkle og lette algoritmar som gjer at huset kan ta fornuftige avgjerder, seier Aghaei.

Utviklinga av algoritmane og sjølve maskinlæringa er fundamentet for den kunstige intelligensen i systemet, og utgjer ein stor del av forskinga i prosjektet.

Bygg i stim

Oppsettet legg til rette for å skalere opp ved hjelp av kollektiv intelligens.

Bisvermar, fiskestimar, maurtuer og fugleflokkar er alle døme på avansert formasjon i samansette system. Fiskestimen vender lynraskt når spekkhoggaren nærmar seg, så kjapt at det kan sjå ut som fiskane tenker med den same hjernen.

I NTNU-prosjektet er førespurnaden frå straumnettet spekkhoggaren, medan husa i nabolaget eller byen er fiskane.

– Stimen har ikkje behov for at kvar enkelt fisk har høg intelligens, forklarer Amin Moazami.

Han er initiativtakar til prosjektet og var prosjektleiar den første perioden, før han bytte til ei forskarstilling ved SINTEF i Oslo. Han har framleis ei rolle i prosjektet og rettleier doktorgradsstudentar som deltek.

– For oss blir energiflyten det dynamiske fenomenet (stimen) som kan styrast ved hjelp av kollektiv intelligens, seier Moazami.

Husa bestemmer sjølve korleis dei vil reagere på signal frå straumnettet, inkludert kva dei eventuelt vil gjere for å justere ned forbruket ei stund.

– I løpet av prosjektet skal vi teste slik kollektiv intelligens i Ålesund – i ei gruppe på sju bygningar.

Kommunen er med

Ålesund kommune har med to barneskular, éin ungdomsskule, eitt kontorbygg, to omsorgssenter og éin idrettshall i prosjektet. Per Martin Leinan er byggforvaltar og ENØK-ansvarleg i Ålesund kommunale eigedom.

– Motivasjonen er meir enn berre mogelegheita for reduserte straumrekningar. Som kommune må vi vere pådrivarar i det grøne skiftet. Det er interessant å vere tett på utviklinga og kanskje få sjansen til å ha ein liten innverknad, seier Leinan.

Prosjektet har dessutan som mål å bruke relativt enkle grep for å gjere bygg fleire hakk smartare.

– Det er ei gulrot i seg sjølv, seier byggforvaltaren.

Han legg til at prosjekt som dette også skaper engasjement – ikkje berre i kommuneleiinga og rundt den, men også blant brukarane av bygga – som får vere med og påverke resultatet gjennom spørjeundersøkingar og liknande.

– Eg har heilt klart trua på denne forskinga, seier Leinan.

Prosjektet er marknadsnært, og forskarane satsar på kommersialisering av pakkeløysinga med maskinvare og programvare når prosjektperioden er over.

Les også: