Eclipse VOLTTRON™ 2018 5th Annual Technical Meeting Day 1 (21 Aug 2018) Part 6 — PEA HiVE Platform Development
Pacific Northwest National Lab (PNNL) ได้พัฒนา VOLTTRON™ Platform ให้เป็น Open Source Software และ Toolkits สำหรับการพัฒนาซอฟท์แวร์เชื่อมต่ออุปกรณ์ Internet of Things ต่างๆ ซึ่งจะมีมากขึ้นในระบบไฟฟ้าทั้ง Microgrid โรงงาน อาคาร หรือบ้านพักอาศัย เช่น Solar Inverter, Battery Energy Storage, Rooftop Air Terminal Unit (RTU), Air Conditioner (AC), Lighting Controller, รวมไปถึง Electric Vehicle Charger โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อให้บริษัทและองค์กรต่างๆ สามารถพัฒนาต่อยอด VOLTTRON™ Platform เพื่อเป็นธุรกิจที่สร้างผลกระทบเชิงบวกต่อการผลิตและการใช้พลังงานโดยรวมให้เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ
ดังนั้นทาง PNNL ได้เชิญการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (PEA) เข้าร่วมนำเสนองานวิจัยพัฒนา PEA HiVE Platform สำหรับการบริหารและจัดการพลังงานอัจฉริยะภายในบ้านพักอาศัย โดยพัฒนาแพลทฟอร์ม IoT ต่อยอดจาก VOLTTRON™ Platform และมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาไปสู่การเป็นธุรกิจใหม่ของ PEA (สำหรับท่านไม่ทราบว่า PEA HiVE Platform คืออะไร หรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม สามารถดูได้ ที่นี่ ครับ)
ดร. วโรดม เริ่มด้วยการอธิบายถึงที่มาและความสามารถของ PEA HiVE Platfrom ที่ทาง PEA ได้พัฒนาขึ้น โดยทีมงานวิจัยและพัฒนาซึ่งเป็นบุคลากรภายในการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคเอง ซึ่งความคาดหวังของการพัฒนา PEA HiVE Platform คือการที่จะทำให้ PEA สามารถดูแลลูกค้าได้ตลอด 24 ชม 7 วัน ต่อสัปดาห์อย่างอัตโนมัติ ผ่านระบบ Internet of Things ระบบวิเคราห์ข้อมูล Data Analytics และ Artificial Intelligence Techniques ต่างๆที่จะดูแลทั้งความปลอดภัย (safety) ความสะดวกสบาย (convenience) ด้านการจัดการพลังงาน (energy) และด้านสุขภาพ (health) ของผู้อยู่อาศัยภายในบ้าน ดังเห็นได้จาก demo จากงาน Temca 2018 ที่ผ่านมาดังตัวอย่างด้านล่างครับ
ดร. วโรดม ได้แนะนำการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (PEA) เบื้องต้นให้กับผู้เข้าร่วมที่มาจากหน่วยงานต่างๆ เช่น Pacific Northwest National Lab (PNNL), Oakridge National Lab (ORNL), The U.S. Department of Energy มหาวิทยาลัยต่างๆ เช่น Drexel University, Cal State University องค์กรและบริษัทต่างๆ ที่พัฒนาระบบบริหารจัดการพลังงานด้วย VOLTTRON™ Platform เช่น Korean Institute of Energy Research (KIER), New City Energy, SkyCentrics, Intellimation, Ecorithm, และ SES Consulting
ดร. วโรดม ได้กล่าวถึงระบบไฟฟ้าในอนาคตที่ traditional power grid ซึ่งไฟฟ้าไหลทางเดียวจากโรงไฟฟ้า ผ่านระบบส่ง ระบบจำหน่าย ไปจนถึงโรงงาน อาคาร และบ้านซึ่งเป็นเพียงผู้ซื้อไฟฟ้าจากการไฟฟ้าเท่านั้น จะเปลี่ยนไปเป็นระบบ energy cloud ซึ่งระบบ สิ่งของ อุปกรณ์ ผู้คน และทุกอย่างจะเชื่อมต่อกัน ไฟฟ้าจะสามารถไหลได้ 2 ทางเป็น 2-way power flows ผู้บริโภคสามารถผลิตและกักเก็บพลังงานเพื่อใช้เองได้ (เช่น ระบบ solar rooftop PV และ battery energy storage) และต่อไปอาจจะสามารถขายไฟฟ้าคืนเข้าระบบของการไฟฟ้าได้ ผ่าน Blockchain Energy Trading Platform หรือที่เรียกว่า National Energy Trading Platform (NETP) ที่ การไฟฟ้าฝ่ายผลิต (EGAT) การไฟฟ้านครหลวง (MEA) และการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (PEA) ได้ร่วมกันศึกษาความเป็นไปได้ เพื่อให้ระบบไฟฟ้ามีความยืดหยุ่นและมีความน่าเชื่อถือ ทั้งนี้ทั้งนั้นระบบบริหารและจัดการพลังงานอัตโนมัติที่สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆให้ทำงานร่วมกันเช่น smart meter, solar inverter และอุปกรณ์ต่างๆภายใน โรงงาน อาคาร และบ้าน ก็มีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง และจำเป็นในการใช้งานสำหรับการ รับ-ส่ง ประมวลผลข้อมูล และทำการซื้อและขายพลังงานผ่าน Blockchain Platform ให้เจ้าของโรงงาน อาคาร และบ้านได้เองโดยอัตโนมัติ จึงเป็นที่มาของการพัฒนา PEA HiVE Platform ของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค
ดร. วโรดม ได้ยกตัวอย่างปัญหาของการมีอุปกรณ์ smart home และอุปกรณ์ IoT ต่างๆภายในบ้าน เช่น
- ต้องมีหลาย mobile application หากซื้ออุปกรณ์ smart home จากหลากหลายผู้ผลิต เช่น แอร์จาก Daikin, หลอดไฟและสวิตช์ไฟจาก Philips, สมาร์ทปลั๊คจาก TP Link, เครื่องซักผ้าหรือเครื่องดูดฝุ่นจาก Samsung, สมาร์ทมิเตอร์จาก Creative Power, หรือ solar inverter จาก Growwatt เจ้าของบ้านและผู้อยู่อาศัยจะต้องดาวน์โหลดและใช้งาน 1 mobile application ต่อ 1 อุปกรณ์ ทำให้เกิดความไม่สะดวก และอาจจะไม่ใช้งานเลยในที่สุด
- อุปกรณ์ต่างๆ ภายในบ้านสร้างข้อมูลปริมาณมหาศาล เป็น Big Data ซึ่งยากแก่การเข้าใจและการนำไปใช้ประโยชน์ของเจ้าของบ้าน ถึงแม้จะสามารถนำมาพลอตได้ก็ตาม (ซึ่งส่วนใหญ่ไม่น่าจะมีใครทำกัน)
- อุปกรณ์ต่างๆ ภายในบ้านพักอาศัยไม่ทำงานร่วมกัน ดังนั้นการใช้พลังงานที่ผลิตได้จากแสงอาทิตย์โดย solar rooftop PV และ battery energy storage ที่ติดตั้งภายในบ้าน หลังจากติดตั้งไปแล้ว เป็นไปอย่างไม่มีประสิทธิภาพ เจ้าของบ้านหรือผู้พักอาศัยไม่ทราบว่ามีอะไรเกิดขึ้นในแต่ละวัน ถ้าตัดตั้ง solar ไปแล้วจะใช้งานได้อย่างคุ้มค่ารึปล่าว แล้วระบบจะคืนทุนจริงๆเมื่อไหร่ เป็นไปตามที่ออกแบบไว้ตั้งแต่วันแรกที่ติดตั้งหรือไม่
ดังนั้นการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (PEA) จึงได้มีแนวคิดในการวิจัยและพัฒนา PEA HiVE Platform บนพื้นฐานของการพัฒนา Multi-Agent Systems สำหรับอุปกรณ์ IoT ซึ่งต่อยอดมาจาก VOLTTRON™ Open Source Software ที่พัฒนาโดย PNNL
ด้วยระบบ PEA HiVE ผู้พักอาศัยภายในบ้าน นอกจากสามารถที่จะควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์ IoT ต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น แอร์ ม่าน ทีวี สวิตช์ไฟ สมาร์ทปลั๊ค พัดลม ฯลฯ ยังสามารถติดตามค่าไฟฟ้า ปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้า ปริมาณการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ % ของแบตเตอรี่ที่เหลืออยู่ ข้อมูลจากเซนเซอร์ และข้อมูลจากเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆได้แบบ Real-Time ผ่าน Mobile Application เดียว
นอกจากนี้ยังสามารถเลือกแอพพลิเคชั่น ที่เหมาะสมกับความต้องการของผู้อยู่อาศัยได้ยกตัวอย่างเช่นระบบ Eco Mode ซึ่งจะทำการปรับเปลี่ยนอุณหภูมิของเครื่องปรับอากาศและปรับความสว่างของหลอดไฟ ให้โดยอัตโนมัติ ด้วยการใช้ Artificial Intelligence Techniques เช่น Deep Q-Networks (DQN) Reinforcement Learning Algorithm ซึ่ง PEA ตั้งเป้าหมายให้สามารถลดค่าไฟลงได้ เปรียบเทียบกับการที่เจ้าของบ้านปรับการตั้งค่าของอุณหภูมิเครื่องปรับอากาศเอง อย่างน้อย 10–20% ซึ่งมีประโยชน์อย่างมากหากใช้เป็นวงกว้าง และยังใช้ได้ร่วมกับการตอบสนองด้านโหลด หรือที่เรียกว่า Demand Response อีกด้วย
PEA HiVE ประกอบไปด้วยซอฟต์แวร์จำนวน 5 layer ได้แก่
(1) User interface: web และ Home Connext mobile application
(2) Application: ในการเพิ่มความสามารถของบ้านให้บ้านฉลาดขึ้น เช่นอยากให้บ้านพยากรณ์พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากระบบโซลาร์ในวันพรุ่งนี้ หรือบ้านสามารถประมาณค่าไฟฟ้าในเดือนนั้นๆได้เอง โดยใช้ข้อมูลจาก solar inverter หรือ smart meter ภายในบ้าน เจ้าของบ้านและผู้พักอาศัยสามารถดาวน์โหลดแอพพลิเคชันให้กับบ้านได้ คล้ายๆกับการดาวน์โหลดแอพลิเคชันจาก Apple iOS Store หรือ Google Play Store เข้า smart phone ของเรานั่นเอง
(3) Data Management: เป็นระบบ cloud ที่ใช้ในการจัดการข้อมูลของบ้าน และเป็นระบบประมวลผลของ Artificial Intelligence และ Machine Learning Algorithms ซึ่งได้พัฒนาบน Microsoft Azure Cloud Service รวมไปถึงการทดลองวาง architecture เชื่อมต่อ HyperLedger Distributed Ledger Technology สำหรับการรองรับการซื้อขายพลังงานไฟฟ้าผ่านเทคโนโลยี Blockchain
(4) Operating system: เป็น Multi-Agent Systems Software ซึ่งพัฒนาบนพื้นฐานของ VOLTTRON™ และทำงานบน gateway ของ PEA HiVE Platform
(5) Device connectivity: เชื่อมต่อกับอุปกรณ์จากผู้ผลิต จากยี่ห้อต่างๆ ซึ่งใช้เทคโนโลยีสื่อสารต่างๆเหล่านี้ ได้แก่ Ethernet (IEEE 802.3), Serial (RS-485), ZigBee (IEEE 802.15.4), Wi-Fi (IEEE 802.11), Modbus, CANbus, MQTT, Z-Wave, BACnet, Cloud, OpenADR, และ OCPP เป็นต้น
ปัจจุบันด้วยการสนับสนุนทางด้าน Internet of Things ประกอบกับราคาของเซนเซอร์ และอุปกรณ์อัจฉริยะต่างๆ เริ่มมีราคาที่ถูกลง และมีขายมากขึ้น PEA HiVE จึงมีเป้าหมายที่จะเป็นระบบแบบ open-source, open-architecture IoT platform ซึ่งจะสามารถทำงานร่วมกับอุปกรณ์จากหลากหลายผลิตภัณฑ์
ทั้งนี้ PEA HiVE Platform จะเป็นแพลตฟอร์มที่ให้นักพัฒนาฮาร์ดแวร์ และซอฟต์แวร์ สามารถนำ Source code ไปพัฒนาต่อได้ ยกตัวอย่างเช่น การพัฒนาแอพพลิเคชั่นสำหรับรองรับการเข้าร่วมโปรแกรม Demand Response สำหรับบ้านอยู่อาศัยและอาคาร หรือการพัฒนาเซนเซอร์ใหม่ๆ ที่ใช้ระบบสื่อสารผ่าน MQTT โปรโตรคอล (ทางทีมงานกำลังเร่งทำ Developer Documentation อยู่ครับ อดใจรอหน่อย 😄)
เพื่อให้ผู้เข้าร่วมประชุมเห็นภาพการทำงานของ PEA HiVE Platform ดร. วโรดม ได้ยกตัวอย่างการทดสอบการใช้งาน PEA HiVE Platform เพื่อการบริหารและจัดการการใช้พลังงานภายในอาคาร ณ โรงเรียนศรีแสงธรรม อำเภอโขงเจียม จังหวัดอุบลราชธานี โดยมีท่านพระครูวิมลปัญญาคุณ เป็นทั้งผู้อำนวยการโรงเรียนและเป็นผู้บุกเบิกเริ่มต้นการศึกษาการพึ่งพาตนเองทั้งในด้านพลังงานทดแทนและด้านอื่นๆ ทางโรงเรียนมีการติดตั้งระบบผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ ณ อาคารอำนวยการ โดยใช้ Hybrid Solar Inverter ขนาด 5 kW และ LiFePO4 Battery Energy Storage ขนาด 10 kWh
เมื่อตั้งค่าของ solar inverter ให้อยู่ใน “Grid-Tie” mode ระบบผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จะสามารถผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ได้มากกว่า 27.5 kWh (หรือโดยเฉลี่ยมากกว่า 5 Peak Sun Hours) มีการใช้พลังงานไฟฟ้าภายในอาคารอำนวยการโดยเฉลี่ยประมาณ 10–14 kWh ในแต่ละวัน ดังนั้นจึงมีพลังงานไฟฟ้าเกือบ 20 kWh ไหลย้อนเข้าไปในระบบของ PEA ซึ่งทางโรงเรียนไม่ได้ใช้ประโยชน์ (ซึ่งพลังงานที่ไหลย้อนนี้เพียงพอกับการใช้เปิดแอร์ 12,000 Btu ได้เกือบ 5 ชั่วโมง)
ดังนั้นเพื่อไม่ให้พลังงานไฟฟ้าส่วนที่เหลือจาก solar rooftop PV ไหลย้อนเข้าระบบของทาง PEA ทางโรงเรียนจึงได้ทำการทดลองปรับโหมดการทำงานของ solar inverter ให้อยู่ในโหมด self-consumption ซึ่งจะทำให้การผลิตพลังงานไฟฟ้าของ solar rooftop PV ผลิตตามพลังงานไฟฟ้าที่อาคารอำนวยการใช้จริง และในขณะที่นำไปชาร์จเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่ ดังนั้นจะเห็นได้จากรูปด้านขวามือด้านล่าง ว่าถึงแม้ในวันที่ท้องฟ้าปลอดโปร่ง การผลิตพลังงานของ solar inverter ขณะที่อยู่ในโหมด self-consumption ผลิตได้เฉลี่ยประมาณ 11–16 kWh ขึ้นอยู่กับการใช้พลังงานไฟฟ้าภายในอาคารอำนวยการในแต่ละวัน ซึ่งเป็นเพียงแค่ 40–60% ของการผลิตเมื่อเทียบกับ Grid-tie โหมด
เมื่อคำนวณระยะเวลาในการคืนทุนของระบบ solar rooftop PV, hybrid solar inverter และ battery energy storage ที่ติดตั้ง ณ อาคารอำนวยการ หากไม่มีการดำเนินการอื่นใด จะคืนทุนในระยะเวลา 33 ปี (แต่อุปกรณ์ในระบบผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่มีอายุโดยประมาณ 25 ปี)
ดังนั้นพลังงานไฟฟ้าที่ยังสามารถผลิตได้จาก solar rooftop PV จากอาคารอำนวยการ ยังมีกว่า 40–60% หรือกว่า 20 kWh ที่สามารถขายหรือส่งต่อให้กับอาคารอื่นๆภายในโรงเรียนศรีแสงธรรมได้
ดังนั้นทางทีมพัฒนา PEA HiVE Platform จึงได้มีแนวความคิดเพื่อช่วยให้การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานงานแสงอาทิตย์และการใช้พลังงานไฟฟ้าภายในโรงเรียนศรีแสงธรรมเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ ทางทีมงานจึงได้นำเสนอการพัฒนา PEA HiVE Platform และ Blockchain Energy Trading Application เพื่อทดลองระบบซื้อขายพลังงานไฟฟ้าส่วนที่เหลือจากอาคารอำนวยการ ไปยังอาคารวิทยาศาตร์ซึ่งอยู่ถัดออกไป สำหรับต้นแบบ ทีมงานพัฒนา PEA HiVE Platform ได้เลือก HyperLedger เพื่อเป็น Distributed Ledger Technology ที่ใช้ในการพัฒนาและทดสอบระบบการซื้อขายพลังงานไฟฟ้า และการแลกเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าด้วย crypto currency ที่เรียกว่า “PEA Energy Coin”
เจ้าของอาคารทั้งอาคารอำนวยการและอาคารวิทยาศาสตร์ สามารถตรวจสอบพลังงานไฟฟ้าที่ไหลระหว่างอาคาร รวมถึง “PEA Energy Coin” ที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าได้แบบ real-time ผ่าน PEA HiVE web interface
ผู้ขายไฟฟ้า(อาคารอำนวยการ)ยังสามารถกำหนดราคาการขายไฟฟ้าบาท/kWh ได้
Blockchain Energy Trading Transactions ของการซื้อขายพลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอาคารอำนวยการและอาคารวิทยาศาสตร์ “org.decentralized.energy.network.EnergyToCoins” สามารถดูได้จากหน้า web application ของ PEA HiVE Platform
นักพัฒนา Blockchain Energy Trading Application บน PEA HiVE Platform สามารถจะเขียน code และ debug Energy Trading Agent ได้ง่ายๆ ผ่าน PyCharm IDE และสามารถออกแบบอัลกอรึทึมได้บน Jupyter Notebook
สามารถดูตัวอย่างการทดสอบการซื้อขายพลังงานไฟฟ้าผ่านระบบ Blockchain Energy Trading ได้จากวิดีโอข้างล่างนี้ครับ
ในขณะนี้การไฟฟ้าส่วนภูมิภาคได้ทำการทดลองใช้งาน PEA HiVE Platform ในพื้นที่ต่างๆ ทั้งภายในและภายนอกสำนักงานส่วนกลางของ PEA, โครงการหมู่บ้านจัดสรร, โรงเรียนพลังงานทดแทนศรีแสงธรรม, PEA Solar Home อำเภอนครชัยศรี จังหวัดนครปฐม และตาม booth จัดงานต่างๆ เช่นงาน SETA 2018, Temca 2018, งานวิจัยแห่งชาติ ว.ช., งานสัปดาห์วิทยาศาตร์, และงานวันสถาปนาการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และบ้านพักอาศัยของทีมงานพัฒนา PEA HiVE Platform
ดร. วโรดม ได้ยกตัวอย่างกลุ่มเป้าหมายที่จะนำ PEA HiVE Platform ไปใช้งาน ได้แก่กลุ่มพัฒนาอสังหาริมต่างๆ พร้อมทั้งมีตลาดของการซื้อขายแอพพลิเคชันเพื่อเพิ่มความสามารถต่างๆ ให้กับบ้านพักอาศัย ตลาดของอุปกรณ์ smart home ต่างๆซึ่งผ่านการทดสอบและได้รับ certification ด้วย PEA HiVE sticker ตลอดจนไปถึงการเพิ่ม service ใหม่ๆให้กับบ้านพักอาศัยเช่นการเรียกช่างล้างแอร์เมื่อแอร์เริ่มสกปรก โดยอัตโนมัติ จากข้อมูล Big Data ของบ้านแต่ละหลัง
ดร. วโรดม ได้สรุปและตอบคำถามเกี่ยวกับ PEA HiVE Platform ซึ่งผู้เข้าร่วมส่วนใหญ่ได้ให้ความสนใจเป็นอย่างมาก และอยากเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความคืบหน้าและแผนงานของการพัฒนา PEA HiVE Platform โดยเฉพาะอย่างยิ่งทีมพัฒนา VOLTTRON™ Platform จาก PNNL
ทีมงานพัฒนา PEA HiVE Platform ได้พูดคุยกับคุณ George Hernandez, Principal Technical Advisor, Buildings to Grid Integration and Buildings Controls Research Program Manager จาก PNNL ถึงความร่วมมือและการสนับสนุนจาก PNNL ในการพัฒนา PEA HiVE Platform และแชร์ความรู้เกี่ยวกับการพัฒนาซอฟท์แวร์และ Multi-Agent Systems ให้มีความสมบูรณ์ ปลอดภัยทาง cyber สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ประเภทต่างๆเช่น Electric Vehicle Charger, solar inverter, battery energy storage และอุปกรณ์ IoT อื่นๆ ที่ทางทีมพัฒนา VOLTTRON™ ได้ทำการพัฒนาไปแล้ว และแชร์แอพพลิเคชันในด้านการบริหารจัดการพลังงานเช่น energy optimisation by controlling indoor air comfort
สรุป
ในบทความนี้สรุปการนำเสนอระบบบริหารจัดการพลังงานภายในบ้านพักอาศัย PEA HiVE Platform ซึ่งมีความสามารถในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ IoT ต่างๆภายในบ้านเช่น solar inverter, smart meter, battery energy storage, แอร์, สวิตช์ไฟ, smart plug, รวมไปถึงเซนเซอร์ต่างๆ และใช้ Artificial Intelligence เช่นการตรวจจับจำนวนบุคคล (People Counter) ภายในบ้านอัตโนมัติด้วยกล้องวงจรปิดเพื่อการบริหารจัดการพลังงาน การตรวจจับใบหน้า (face detection) เพื่อรักษาความปลอดภัยและการตั้งค่าอุปกรณ์ต่างๆภายในบ้านให้เหมาะสมกับแต่ละบุคคล การตรวจจับความผิดปรกติของการใช้พลังงานภายในบ้านและแจ้งเตือนด้วยระบบ Anomaly Detection
มีเป้าหมายที่จะเป็นธุรกิจใหม่ของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคในยุด digital 4.0 ซึ่งพฤติกรรมของผู้บริโภคจะเปลี่ยนไปเป็นอย่างมากนี้
ป.ล. หากท่านต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ PEA HiVE สามารถดูได้ ที่นี่ เลยครับ
