Kysynnän jouston analyysi älysähköverkoissa

Globaali energiajärjestelmä on hitaan, mutta massiivisen muutoksen edessä. Tämän muutostarpeen on käynnistänyt ympäristöämme koskevat huolet, mutta lisääntyvässä määrin tähän vaikuttaa nykyään uusiutuvan energian marginaalikustannusten nollataso. Tähän muutokseen liittyy selkeä sähköverkkojen roolin korostuminen, ja pyrkimyksenä näyttää olevan muutos, jossa sähköverkot siirtävät suurimman osan käyttämästämme energiasta. Tämän seurauksena on käynnistetty merkittäviä tutkimus-ja tuotekehityspanostuksia, joiden tavoitteena on nykyaikaistaa sähköverkot älysähköverkoiksi. Älysähköverkoissa yhdistyvät sähköverkkoon integroidut tietoliikenneverkot ja automaatio sekä modernit sähkömarkkinajärjestelmät –ja rakenteet. Tämä työ tuottaa lisää ymmärrystä uudistumisprosessiin tuottamalla kaksi uutta malliratkaisua.

Ensimmäisessä mallissa kehitetään työkalu, jonka avulla pystytään paremmin ymmärtämään toisiinsa yhdistettyjen infrastruktuuriverkkojen toimintaa yksinkertaisella, mutta kompleksisella mallilla, jossa energia- ja tietoliikenneverkot sekä tarvittava päätöksenteko yhdistetään. Toinen malli tuottaa yksityiskohtaisen agenttipohjaisen ympäristön sähkömarkkinasta. Malli tukee erilaisten itsenäisten sähkömarkkinaosapuolten mallintamista korkealla aikaresoluutiolla ja erityisesti usein huomiotta jätettyjen toisiinsa kytkeytyvien eri markkinavaiheiden mallintamista. Malli antaa eväitä vastata kysymykseen, miten ensimmäisessä markkinavaiheessa (vuorokausimarkkina) syntyvä ero tuotannon ja kulutuksen välillä tasapainotetaan toisessa markkinavaiheessa (tasapainotusmarkkina). Kumpaakin luotua mallia hyödynnetään arvioitaessa kulutushallintaa, jossa sähköverkkojen perinteisestä tuotannon ja kulutuksen tasapainosta ainakin osittain luovutaan ja kysyntä- eli kulutusjoustoa käytetään tasaamaan kulutus tuotannon suuruiseksi. Tämänkaltaiset mekanismit ovat oleellisia ja kriittisiä, kun sähköverkkoon liitetään suuria määriä vaihtelevatuottoista uusiutuvaa energiaa, kuten aurinko- ja tuulienergiaa.

Tutkimuksessa huomasimme merkittäviä ja monimutkaisia skaalautuvuusilmiöitä, jotka kertovat, että sähköverkkojen tutkimuksessa reaalimaailman kompleksisuuden huomioiminen on ollut riittämätöntä. Sähkömarkkinamallia hyödyntämällä huomasimme vastaavia epätoivottuja skaalausilmiöitä esiintyvän myös nykyisessä sähkömarkkinassa. Erityisesti, loimme keinoja, joilla skaalausilmiöistä on mahdollista päästä eroon nykyistä sähkömarkkinarakennetta käytettäessä. Tässä työssä luotuja malleja ja niiden viitekehystä hyödyntämällä pystymme paremmin analysoimaan kyberfysikaalisia järjestelmiä ja hallitsemaan niiden kompleksisuutta.