Måleusikkerhed, datahåndtering og dataanalyse i smarte systemer



Relaterede dokumenter
Driftsoptimering af Smart Gridfjernvarmesystemer

Analyse af Smart meters-data og brug af data til andet end afregning. Anders Niemann Teknologisk Institut

Smart Metering og datahåndtering. Flowtemadag 3. december 2013 Teknologisk Institut Anders Niemann

Måleusikkerhed. FVM temadag, 1. oktober 2015, Hotel Koldingfjord

Orientering om EUDP-projektet: Driftsoptimering af Smart Gridfjernvarmesystemer

Monte Carlo-metoder til fastlæggelse af måleusikkerhed i forbindelse med flowmåling

Smart analyse af Fjernvarmedata

Måleteknik best practice om løbende verificering gennem diagnosedata. John Frederiksen, Ingeniør

Intelligente værktøjer til overvågning af fjernvarmenettet

Bedre udnyttelse af FJERNVARMEN. få skik på AFKØLINGEN i dit varmeanlæg! FJERNVARME helt sikkert

FRESMIR Fremtidsstrategier for mindre fjernvarmesystemer. Lars Reinholdt Køle- og varmepumpeteknik

Caverion Energi og miljø

PreHEAT Produkter til styring af boliger. Konference om fremtidens smarte fjernvarme - Bygningernes og forbrugernes rolle i det smarte energisystem

Paradigmeskifte mod robuste bygningssimuleringer

Varmebesparelser vha. data-drevet modellering af den eksisterende bygningsmasse

Smart metering. Udviklingstendenser indlæg som oplæg

Smart Grids - fjernvarme inkluderer simulering, flow- og energimåling

Her er en hjælp til at få prisen på dit varmeforbrug ned.

Få mere varme ud af fjernvarmen. God afkøling gavner både miljø og økonomi

Smart Grid i Danmark Perspektiver

Samproduktion af varme og køling er oplagt til LT fjernvarme. DE Application manager Charles W. Hansen Grundfos

Smart Grid i Danmark Perspektiver

Samproduktion af varme og køling medfører nye løsninger. DE Application manager Charles W. Hansen fra Grundfos

Fokus på fjernvarme. Undgå ekstra regninger på grund af dårlig afkøling

EUDP-2013, Journalnr.: Energiteknologisk Udviklings- og Demonstrationsprogram. Teknologisk Institut, Kongsvang Allé, 8000 Aarhus C

Ultralyd Compact varmemåler HydroSonis USC

Aflæsningsbog hjælp til en god varmeøkonomi

BEREAL BEREGNET VS. FAKTISK ENERGIFORBRUG

Hvordan kan vi vurdere om eksisterende boliger er klar til opvarmning med lavtemperatur fjernvarme?

Lavtemperaturfjernvarme. Christian Kepser, 19. marts 2013 Energi teknolog studerende. SFO Højkær

REGIONALMØDER 2017 TARIFFER OG INSTALLATIONER. Rasmus Bundegaard Eriksen/Jesper Bergholdt Sørensen

LAVE VARMEUDGIFTER MED BEHOVSSTYREDE JORD VARMEPUMPER

TEMADAG OM LAVTEMPERATUR- FJERNVARME 12. NOVEMBER 2015 Dorte Skaarup Larsen

Termis Fjernvarmeoptimering

Bidrag til idékonkurrence Fjernvarmens Udviklingscenter Sommer 2011

effektiv afkøling er god økonomi udnyt fjernvarmen bedst muligt og få økonomisk bonus

Aflæsningsbog hjælp til en god varmeøkonomi

Perspektiver for anvendelse af data i fjernvarmesystemer

Energibehov og energiomstillingen frem mod v/vagn Holk Lauridsen Videncenter for Energibesparelser i bygninger

Lavenergifjernvarme til lavenergibyggeri

Fremtidens intelligente energisystemer. Jens Ole Hansen Afdelingschef, Energi

BYGNINGER OG FREMTIDENS ENERGISYSTEM

Vil du gerne holde din varmepris i ro?

Lave temperaturer i eksisterende fjernvarmeforsyning

Varmepumper tendenser og udvikling. Svend V. Pedersen, Energi sektionen for køle og varmepumpeteknik

Fjernvarme er billig men nu kan det blive endnu billigere GULDBORGSUND FORSYNING

Effektiv afkøling betaler sig

Halm, flis- og brændselspille gruppen 19. november

Machine Learning til forudsigelser af central KPI

TERMIS GIVER DIG FULD KONTROL!

Digitalisering af fjernvarme og vand

04. april Hvad har afregningsmetode, omløb og effektiviseringer med hinanden at gøre?

Et KØLIGT OVERBLIK kan gøre din fjernvarmeregning billigere

Reto M. Hummelshøj Energieffektivitet og Innovation

Et KØLIGT OVERBLIK kan gøre din fjernvarmeregning billigere

100 % vedvarende energi til bygninger

Høring, metodeblade til brug for måling af emissioner til luften i henhold til Miljøstyrelsens luftvejledning.

Data fra vand- og energimålere

Smart Grid - Et nøgleelement i fremtidens elsystem. Michael Guldbæk Arentsen mga@danskenergi.dk Chefkonsulent, Dansk Energi

Kalibrering i praksis.

FJERNVARME I FREMTIDEN?

Ny motivationstarif betyder fair varmeregning til alle

GEOTHERM. Projekt støttet af Innovationsfonden. Følgegruppemøde. 16. april Anders Mathiesen

Samspil med det intelligente elsystem. Lara Aagaard, Adm.dir

Spar på energien med den intelligente hybrid jord- eller luft/vand-varmepumpe

Præsenteret af Søren Andersen, GeoDrilling

Case Study Brønderslev Forsyning A/S. Fjernvarme for fremtiden 64 C kwh 37 C

Vision for en bæredygtig varmeforsyning med energirenovering i fokus

SHARKY 775 ULTRALYDS ENERGIMÅLER

Velkommen til Energi Nord

CTS Drift og strategier. Kristian Kærsgaard Hansen Energi og Klima

HVORDAN SER DONG ENERGY FLEKSIBILITET PÅ TVÆRS AF SEKTORER

Pumpedimensionering Gulvvarmeinstallationer

Advanced Control system fordele i forhold til optimering af fjernvarmedrift v/leif Jakobsen, salgschef, 7-Technologies A/S.

10. oktober 2014 så MEgEt koster innovation - så lang tid tager det!

NIR online analyse. - kun merværdi hvis gjort rigtigt

PHPP og Be06 forskelle, ligheder og faldgruber

Fjernvarmeunit. Frem- og returløb KRAV TIL ANBEFALEDE FJERNVARMEUNITS

Naturstyrelsens Referencelaboratorium for Kemiske Miljømålinger NOTAT

VARMEPUMPE LUFT TIL VAND PRODUKT KATALOG 2011 DANSKSOLVARME APS

Forelæsning 5: Kapitel 7: Inferens for gennemsnit (One-sample setup)

JEG SIKRER DIG NEM, BILLIG OG ENERGIEFFEKTIV VAND & VARME JEG ER OGSÅ CALEFA. Calefa V. Indirekte fjernvarme

Kursusindhold: Produkt og marked - matematiske og statistiske metoder. Monte Carlo

Nu er det ikke kun udetemperaturen der bestemmer behovet, men vindens afkølingseffekt (chill faktor) har også en stor betydning.

Kend dit fjernvarmeanlæg

Varmebehov i boliger og dimensionering. ledningsnet. F&U Projekt DANSK FJERNVARME

Estimering og anvendelse af modeller ved brug af PROC MODEL

FULD SOL OVER DANMARK

Fra big data til smart data: driftsoptimering med højopløste sektionsdata i vandforsyningen. En kort historie

Energidag - House of Energy. Kim Christensen, Group CEO

Den almene boligsektor i 2050

Kopi fra DBC Webarkiv

TIL AFLÆSNING AF MÅLERE KONTROLBOG

SMART GRID DET OPTIMALE ENERGI SYSTEM JOHN AMMENTORP HASLEV - OPTIMALE ENERGI SYSTEM

Lavtemperaturfjernvarme

Perspektivering på fremtiden åbne og serviceorienterede løsninger

BALANCERING AF FJERNVARME FOR ØGET OPTAG AF LAVTEMPERATUR OVERSKUDSVARME

Data-analyse og datalogi

Varmemåling og varmeregnskaber I etageejendomme og tætlav med fokus på lavenergibyggeri

Produkt og marked - matematiske og statistiske metoder

Transkript:

Måleusikkerhed, datahåndtering og dataanalyse i smarte systemer Morten K Rasmussen, fysiker, mokr@teknologisk.dk https://dk.linkedin.com/in/mortenkrasmussen

Morten K Rasmussen Fysik & nanoteknologi (Aarhus Universitet, Interdisciplinary Nanoscience Center, inano) 2011 Center for Installation & Kalibrering, sektion for Metrologi Arbejder til dagligt bl.a. med måleteknologi og måleusikkerheds-analyse Rådgivning, undervisning og udvikling/support på tværs af kalibreringslaboratorierne Opbygning af målesystemer, usikkerhedsbudgetter, kalibreringssoftware, dataopsamling, dataanalyse etc. Deltager i EU og nationale F&U projekter indenfor Fundamental metrologi Energi & Klima Energilagring Meteorologi i ekstreme miljøer fx på Arktis

Overblik Hvad menes der med smarte systemer Hvilke udfordringer og muligheder giver disse systemer Eksempel på et smart system Hvad kan data anvendes til Hvordan håndteres og valideres rådata Usikkerhedsberegning

Motivation usikkerhedsberegning Usikkerhedsberegning 1. Hvor sikker er man på målerens visning? 1. 2. y A y B Y A = Y B? 2. Hvornår er to målinger forskellige? Y U Y Y + U 3. hvad er den nødvendige stikprøve-størrelse? Hvor mange målinger er nødvendige? Loggefrekvens? 3. Y n=2 Y n=10

Motivation estimering af usikkerhed og dataforædling Forædling og validering af rådata 1. Tidsserie-data målere falder ud 2. Målere giver upålidelige værdier 1. Databehandling Veldefinerede beskrivende statisiske estimater Machine learning (regression, clustering, outlier detection, neural network etc.) Sensornetværk: selvkalibrering, in situ kalibrering etc. 2.

Smarte systemer Intelligente systemer, der kan integrere alle tilkoblede brugeres adfærd og handlinger både dem der producerer, dem der forbruger, og dem der gør begge dele For effektivt at kunne levere en bæredygtig, økonomisk og sikker forsyning Fordele for forbrugere, miljø og samfund Bedre systemstabilitet med højere leveringssikkerhed Flere muligheder for billigere og mere effektivt at skabe balance i nettet Hurtigere udbedring af fejl i nettet Et reduceret behov for investeringer I nettet Generelle energibesparelser og lavere priser til forbrugerne Øget integration af vedvarende energy via fleksibiliteten nettet, hvor en mindre tidsmæssig forskydning af forbruget ikke vil reducere forbrugernes komfort Smart grid i Danmark, Energinet.dk Smart Grid definition, www.smartgrids.eu What s So Smart about the Smart Grid?, Booz&CO 2008 European Technology Platform SmartGrids, Europakommisionen, 2006

Elementer I smart-grid Sensorer (Smart Meters) Datakommunikation Datalagring, datahåndtering og dataadministration Datasikkerhed Datanalyse (big data, data mining, machine learning ) Evaluering og tilbagekobling Forbrugsvisualisering Produktionstilpasning Driftsoptimering

Projektet - Driftsoptimering af Smart Grid fjernvarmesystemer for lavtemperatur 78 smart meters (energimålere) installeret 65 husstandsmålere 9 målere i omløbsskabe 4 målere i to blandeskabe til de to områder I 2 testområder Område 1: parcelhuse fra 1955 65 (radiatorer) Område 2: Parcelhuse fra 1998 99 (gulvvarme) Data logget på minutbasis Data fra før og efter forskellige driftsoptimeringer IT-Værtøjer: TERMIS: Numerisk værktøj til hydraulisk og termodynamisk modellering og simulering af bl.a. tryk, temperatur og energi i forsyningsnettet for både frem- og returløb Matlab: Matematik- og programmeringssoftware

Fjernvarme-distributionsnettet Energiforbrug (fjernvarme): Rumopvarmning (langvarig, konstant og vejrafhængigt) Varmt brugsvand (kort tidskonstant, vejruafhængigt) Omløb/shunt Energi til opvarmning: Afkøling af fjernvarmevandet P total = P varme + P pumpe t retur = 35 C t retur = 20 C P varme = Δt c Q masse P varme = p forbrug + p varmetab t frem = 75 C t frem = 20 C P pumpe = Q Δp tot η t frem = 70 C 10

Anvendelse af de mange data Visualisering Forbrug af varme-energi Gennemsnitlig fjernvarmeafkøling Hvornår der er forbrug Benchmarking anonymiseret sammenligning med andre kunder Driftsoptimering: Forbrugsvisualisering Kundevejledning Bedre kendskab til forbrugsmønstre bedre produktionsplanlægning bedre drift af distributionsnettet Inkorporering af VE-kilder Sol, vind etc.

Projektets hovedformål At udvikle håndterings-, modellerings- og analyseværktøjer Verifikation af målerdata for at sikre kvaliteten af inputdata til videre analyser. Etablere en simuleringsmodel og metode i TERMIS baseret på validerede minutdata. Analysere og estimere usikkerheden på outputtet fra TERMIS Udvikle værktøjer og metoder til at analysere driftsoptimeringer og logningsintervallets indflydelse på resultaterne.

Datamængde og anvendelighed Hvordan håndteres denne datamængde? 1 datalinje (record) per minut 41 mio. linjer per år for 78 målere (Excel 1 mio. linjer) database / distributed storage #records 10 3 10 4 10 6 10 7 Hvordan skal data forædles, gøres konsistente Der skal udvikles algoritmer Anvendes eksisterende software? #/dag #/måned #/år #/år/78 målere Hvor mange data skal der til? Kan logningsintervallet nedsættes til en time? Databehandlingen kan tage meget lang tid at køre på en enkelt maskine parallel processering Det kommer an på usikkerheden på den relevante parameter

Dataflow håndtering af data Testområde 1 Vejr- og SROdata Smart meters Rå-datalager (Oracle) Dataoverføring/ Datavalidering Data-udstilling (MS-SQLserver) Dataopsamling Resultater MS-SQLserver Testområde 2 Smart meters Visualisering Evaluering/ beslutninger Efterbearbejdning Dataanalyse

Databehandling og validering af data Rå-datalager (Oracle) Dataoverføring/ databehandling Data-udstilling (MS-SQLserver) Dataopsamling Interpolering Validering 15

Forbrug Måler nr. Databehandling og validering af data Interpolering Interpolerede data Manglende måledata Vægtning af hvert punkt afhængigt af hvor langt det er fra hullet: 1 i =N-1 X i = 1 Y W i = 1 i N x i = data punkter Vægtet gennemsnit X = xw i W i X TID Y Denne metode er Simpel og nem at implementere Robust Giver stabile statistiske estimater TID Hvad med usikkerheden? Variationer omkring interpolationen Interpolationens udstrækning Historiske data 16

Målerdata - nøjagtighed I henhold til EN-1434 varmemålere Flow sensor Temperaturfølere (differenstemperatur) Beregnerdel Temperaturfølere (enkeltvis) Fremløb retur Temp 1 Temp 2

Målerdata nøjagtighed - Maksimale tilladelige fejl (EN 1434) Flow Sensor: ε F = ± 2 + 0,02 q p q a [%] ε F : Procentuel maksimal fejl på flowsensor q a : Aktuelt flow q p : Maksimum flow Temperaturfølere (par): ε D = ± 0,5 + 3 T min T a [%] ε D : = Procentuel maksimal fejl på afkøling T a : = Aktuel temperaturforskel T min : = Mindste målbare temperaturforskel Beregnerdel: ε c = ± 0,5 + T min T a [%] ε c : Procentuel maksimal fejl på regner T a : Aktuel temperaturforskel T min : Mindste målbare temperaturforskel Temperaturføler: ± 2 K Total: ε E = ± 2 + 0, 02 q a + 0, 5 + q p 1 T a + 0, 5 + T min 3 T a = ± 3 + T min 0, 02 q + a q p 4 [%] T a T min

Målerdata nøjagtighed som funktion af flow

PDF PDF Målerdata - usikkerhed Aritmetisk sum (worst case): 100 % konfidens ε E1 = ± ε F + ε D + ε c [%] ε F + ε D + ε c ε F + ε D + ε c μ ε E1 μ μ + ε E1 Pythagorisk sum (af varianser iht. GUM): 95 % konfidens ε E2 = ±2 ε F 3 2 + ε D 3 2 + ε c 3 2 [%] Antager ingen korrelation, Og at resultatet er normalfordelt 95 % af PDF + = μ ε E2 μ μ + ε E2 ε F + ε D, ε c = ε E

Estimering af usikkerhedsparametre GUM 1995 / EA 4-02 / DANAK AB11 mm. Problemer med denne tilgang: Kræver en matematisk model som kan beskrives vha. et analytisk udtryk Linearisering er ikke altid hensigtsmæssig Beror på andre forsimplede antagelser omkring input og output parametre Propagering af usikkerheder x, u x f = X 2 y, u(y)

Estimering af usikkerhedsparametre Vha. en Monte Carlo metode GUM supplement 1 Numerisk metode der er mere valid Ingen linearisering Relevante fordelinger for input og output anvendes Analytisk modelfunktion ikke nødvendigt S1 S2 ρ = 0.7 S1: Propagering af fordelinger 95 % konfidens GUM supplement 2 Generaliserer konceptet til vilkårligt antal output-parametre Y 2 S2: Extension to any number Y of output quantities 1

Analyse og estimering af usikkerheden på outputtet fra TERMIS Inputdata Målerdata: Tryk, temperatur, effekt, flow Output: Fx varmetab, tryktab, temperatur... Usikkerheder på input: Fx effekt (flow, differenstemperatur, ) Usikkerheder på output For bedre at kunne evaluere resultater Bedre beslutningsgrundlag Input: X 2 TERMIS (Simuleringsværktøj) Beskrivende model Output: Y 2

The end