Hae sivustolta

Mitä etsit?

Open data in distribution network asset management

Otto Räisänen. Open data in distribution network asset management. 3.11.2023 (Väitöskirja).

Tiivistelmä
Climate change and the energy transition are causing major changes to the distribution network environment. The electrification of society raises expectations for clean, reliable, and affordable electricity supply. Meeting these increased expectations in the changing environment requires DSOs to incorporate large amounts of external data into their analysis procedures to properly assess the impacts of different trends, such as electrification of transportation and an increase in distributed generation. The amount of data available to DSOs has grown significantly through simultaneous advances in internal data collection, such as smart meters, and an increase in external data sources. A large amount of data with potential use cases in distribution asset management is nowadays available as open data. Furthermore, significant efforts are made by different organizations to increase the accessibility and quality of open data through standardization and creation of data portals. However, thus far, DSOs have not taken advantage of the full potential of open data.

In this doctoral dissertation, the use of open data in asset management is studied by an extensive review of open data sources and types and studies using open data in cases related to distribution asset management. The potential of open data is investigated in more detail through three case studies. In the first case study, a novel methodology for long-term energy demand forecasting based on open data is proposed consisting of a Laspeyeres decomposition analysis combined with time series analysis and forecasting. The methodology is shown to produce adequate results; however, the results could be improved with additional data. In the second case study, a geospatial analysis method is used to estimate the generation potential of large-scale PV farms built in peat production areas. Furthermore, the potential for P2X generation is assessed. The results show that peat farms are typically located close to existing electricity networks and P2X end use and transmission infrastructure, making them suitable locations for large-scale PV systems. The third case study focuses on developing a novel crown-snow load outage risk estimation method for overhead lines. The model uses a combination of aerial inspection data gathered by a DSO and a variety of open data variables, such as tree height, species, and diameter, and an advanced forest crown snow-load risk map product originally produced for forestry purposes as explanatory variables. The interactions between the variables and the model are studied with explainable AI methods. The model shows a good performance and is able to produce accurate risk estimates for up to 50 m resolution.

The outage risk model developed in this dissertation could be used by DSOs for more targeted supply security investments and improved operational outage management, leading to significant cost savings. The energy demand forecasting and methodologies for estimation of large-scale solar PV generation potential enhance the DSOs’ understanding of load development in their network areas and can be used as a basis of long-term strategic planning. This dissertation shows that there are a wide variety of open data with potential to bring value to all aspects of distribution asset management.

Sähkömarkkinan hintavolatiliteetin vaikutukset sähkön kulutusjoustoon ja sähkönjakelujärjestelmään

Projektissa tutkitaan sähkömarkkinan hintavolatiliteetin vaikutusta sähkön kulutusjoustoon ja sähkönjakelujärjestelmään. Energiamurroksen myötä uusiutuvan vaihtelevan sähköntuotannon osuus on kasvanut ja se näyttelee suurta roolia sähkönhinnan muodostuksessa. Tämän seurauksena sähkön hinta on noussut ajoittain erittäin korkeaksi luoden motiivin sähkön kulutusjoustolle. Projektissa saadaan tietoa siitä, miten sähkönkäyttäjät reagoivat markkinoilta tulevaan hintasignaaliin.

Keskeiset tavoitteet:

Projektin tavoitteena on arvioida sähkön markkinahinnan volatiliteetin vaikuttavuutta pienasiakkaiden sähkönkäyttöön huomioiden sähköisen liikenteen ja älykkäiden lämmitysratkaisujen yleistyminen sekä määrittää hinnanvaihtelun kannustevaikutus sähkönkäytössä ja -siirrossa. Lisäksi osatavoitteena on arvioida markkinahintalähtöisen jouston vaikutusta sähkönjakeluverkon kuormittumiseen sekä verkkoyhtiön tehoperusteisen tariffirakenteen vaikuttavuutta markkinalähtöiseen joustoon.

Roudan vaikutus sähkönjakelun ilmajohtoverkkojen vikaantumiseen ja sähköverkkoliiketoimintaan

Projektin tavoitteena on arvioida ilmastonmuutoksen vaikutusta sähkönjakeluverkkojen vikaantumiseen tuulen sekä lumikuormien vaikutuksesta, erityisesti maaperän roudan muutoksen osalta. Tutkitun tiedon avulla toimialalla ymmärretään paremmin roudan vaikutus tuulen ja lumikuormien aiheuttamien vikojen syntyyn sähköverkossa nykyhetkellä ja tulevaisuudessa ilmastonmuutoksen vaikuttaessa roudan ja lumikuormien ilmenemiseen. Näin voidaan arvioida tarkemmin sähkönjakelun häiriöiden vaikutuksia pitkän aikavälin suunnitteluun ja sähkönjakeluverkkojen omaisuuden hallintaan sekä operatiivisen toiminnan järjestelyyn ja suunnitteluun. Tavoitteena on myös määrittää sähköverkon ympäristötekijöiden ml. maaperän ja puuston vaikutus paikallisesti sähköverkon vikaantumiseen. Keskeisimmät kohdat ovat:

– Määrittää roudan vaikutukset sähköverkkotoiminnan elinkaarikustannuksiin ml. sähköverkon viankorjaus- ja KAH-kustannukset
– Analysoida roudan ja tuulen sekä lumikuormien yhteisvaikutuksia ilmajohtoverkon vikaantumiseen ja sähkönjakelun luotettavuuteen erilaisissa toimintaympäristöissä
– Arvioida ilmastonmuutoksen vaikutusta routaan

Tuulen ja lumikuormien aiheuttamat puustosta johtuvat viat muodostavat merkittävän osuuden vuosittaisista sähkönjakeluverkon keskeytyksistä. Ilmastonmuutoksen myötä roudan vähenemisen on arvoitu lisäävän puun kaatumisriskiä johtaen merkittäviin kustannuksiin yhteiskunnalle, jos sitä ei oteta suunnittelu- ja käyttötoiminnassa huomioon.

Projektista saadaan ymmärrystä ja tuloksia mm. julkiseen keskusteluun sähkönjakelun luotettavuudesta ja toimitusvarmuudesta sekä tutkittua tietoa sähkönjakeluverkon pitkän aikavälin kehittämisvaihtoehtojen vaikutuksista. Projektin tulosten avulla pitkän aikavälin suunnittelu ja käyttötoimintojen kustannustehokkuutta voidaan lisätä mm. tehostamalla viankorjausresurssien allokointia ja myrskyvarmuusinvestointien priorisointia. Projektista saaduilla tuloksilla on siten vaikutusta sekä verkkopalvelumaksuihin että asiakkaiden kokemien keskeytyksien määrään ja kestoon.

Onsite Renewable Generation Time Shifting for Photovoltaic Systems

Subramanya, R., Aaltonen, H., Sierla, S., & Vyatkin, V. (2023). Onsite Renewable Generation Time Shifting for Photovoltaic Systems. teoksessa 2023 IEEE 32nd International Symposium on Industrial Electronics, ISIE 2023 – Proceedings (IEEE International Symposium on Industrial Electronics; Vuosikerta 2023-June). IEEE.

Abstract:

This paper examines the challenge of bidding a battery system on an electrical power market with varying prices. Optimizing bids for each market interval is a complex challenge since the bid size for one market interval affects the battery availability during several subsequent market intervals. In this paper, a renewable generation unit such as Photovoltaic (PV) and a battery storage are considered, with the battery used to shift electricity sales from low-price market intervals to high-price market intervals. The battery can also be used to smooth momentary fluctuations in generated power, cope with differences between actual and forecasted generation, and help to meet the maximum power limit constraint. This paper evaluates how to best manage the battery for optimal bidding in an electrical power market.

Method for Using Information Models and Queries to Connect HVAC Analytics and Data. Journal of Computing in Civil Engineering

Kukkonen, V. (2023). Method for Using Information Models and Queries to Connect HVAC Analytics and Data. Journal of Computing in Civil Engineering Vol 37. No.6.

Abstract

A significant portion of the energy used in building operations is wasted due to faults and poor operation. Despite volumes of research, the real-world use of analytics applications utilizing the data available from building systems is limited. Mapping the data points from building systems to analytics applications outside the building systems and automation requires expert labor, and is often done in point-to-point integrations. This study proposes a novel method for using queryable information models to connect data points of building systems to a centralized analytics platform without requiring a particular modeling technology. The method is explained in detail through a software architecture and is further demonstrated by walking through an implementation of an example rule from a rule-based fault detection method for air handling units. In the demonstration, an air handling unit is modeled with two different approaches, and the example analytic is connected to both. The method is shown to support reusing analytic implementations between building systems modeled with different approaches, with limited assumptions of the information models.

Smart buildings in the green energy transition

Kalevi Härkönen. Smart buildings in the green energy transition. 31.10.2023 (Väitöskirja).

Tiivistelmä
In the interconnection between smart buildings and energy systems, the growing importance to develop flexibility in the way in which buildings consume energy has been recognized. Owing to the advances of internet and communications technology (ICT), increasingly smaller loads in buildings are to provide energy consumption flexibility, but the heterogeneity of buildings and the prospective customer base create barriers to their cost-effective implementation.

This research investigates how the utilization of energy consumption flexibility in buildings can be enhanced in the nexus between electric energy systems, smart buildings, and service providers. The objective of the study is to support the decision-making of owners of smart buildings and consumption flexibility service providers. The study comprises four individual case studies. Exploratory, qualitative, and abductive methodological choices are followed.

The results suggest that professionally managed non-residential buildings seem well suited for consumption flexibility programs that support the balancing of the electric grid. The current techno-economic flexibility potential of residential buildings is, however, more limited. Standardization is essential in achieving interoperability between the variety of systems in modern smart buildings, and it may provide significant benefits to both the industry and consumers. However, it seems likely that the evolving adoption of standards among smart buildings has not resulted in building management system vendors adjusting their strategies accordingly.

This research supports owners of smart buildings and consumption flexibility service providers by offering tools to overcome the barriers of progress, eventually contributing to the economically viable development towards sustainable energy systems. It also expands the research on the demand-side management of smart buildings, as previous studies on the topic predominantly apply to buildings in warmer climates.

Tulevaisuuden joustava ja turvallinen sähköenergiajärjestelmä

Professuurin toiminnan tavoite on edistää ja kehittää ratkaisuvaihtoehtoja, joilla voidaan vastata odotuksiin tulevaisuuden sähkönjakelusta- ja käytöstä sekä edistää tietoisuutta ja lisätä vuorovaikutusta niiden tahojen keskuudessa, jotka ovat keskeisiä tulevaisuuden tavoitteiden saavuttamisessa. Professuurin työskentely liittyy keskeisesti käynnissä oleviin ja valmisteltaviin tutkimushankkeisiin teemoista:

  • Vetytalous ja puhdas energia; energiansiirto- ja varastointiratkaisut
  • Sähköenergiajärjestelmän resilienssi ja sähköhuollon varmistaminen
  • Hajautettujen resurssien integrointi ja sektori-integraatio
  • Joustavuus sähköenergiajärjestelmässä

Hankkeen keskeiset tavoitteet

  • määrittää millä eri tavoin voidaan kustannus-, kapasiteetti- ja energiatehokkaasti vastata odotuksiin tulevaisuuden sähköjärjestelmästä sekä varmistaa entistä sähköriippuvaisemman yhteiskunnan luotettava sähkön saanti ja turvallinen käyttö.
  • tuottaa osaajia, joilla on vahvan teknistaloudellisen osaamisen lisäksi ymmärrys meneillään olevasta energiamurroksesta ja siihen liittyvien tekijöiden yhteisvaikutuksista -ja mahdollisuuksista energiajärjestelmässä
  • tuottaa laaja-alaisesti hyödynnettävää tietoa ja varmistaa, että tutkimuksen asiantuntijat myötävaikuttavat yhteiskunnan kehittymiseen ja ovat aktiivisesti mukana kehitykseen liittyvissä asiantuntijaryhmissä.

STEKin vuosittainen rahoitus hankkeelle: 120.000 euroa

Yhteyshenkilö

Professori Jukka Lassila, jukka.lassila @ lut.fi