Новости

Nov 12, 2023

Синтетические профили энергопотребления в жилищном секторе высокого разрешения для США.

Scientific Data Volume 10, Номер статьи: 76 (2023) Ссылаться на эту статью 2868 Доступов 4 Цитирований 4 Подробности об альтернативных метриках Эффективное энергопотребление имеет решающее значение для достижения устойчивой энергетики

Научные данные, том 10, Номер статьи: 76 (2023) Цитировать эту статью

2868 Доступов

4 цитаты

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Эффективное потребление энергии имеет решающее значение для достижения целей устойчивой энергетики в эпоху изменения климата и модернизации сетей. Таким образом, крайне важно понимать, как энергия потребляется в более тонком разрешении, например, в домашнем хозяйстве, чтобы планировать события реагирования на спрос или анализировать влияние погоды, цен на электроэнергию, электромобили, солнечную энергию и графики занятости на потребление энергии. Однако наличие и доступ к подробным данным об использовании энергии, которые позволили бы проводить детальные исследования, были редки. В этой статье мы публикуем уникальный, крупномасштабный цифровой двойник набора данных об использовании энергии в жилищном секторе на всей прилегающей территории Соединенных Штатов, охватывающий миллионы домохозяйств. Данные включают в себя почасовые профили энергопотребления для синтетических домохозяйств с разбивкой по нагрузкам с термостатическим контролем (TCL) и использованию бытовой техники. Базовая структура строится с использованием подхода «снизу вверх». Для моделирования конечного использования используются разнообразные исследования из открытых источников и модели основных принципов. Обширная проверка набора синтетических данных была проведена путем сравнения с сообщенными данными об использовании энергии. Мы представляем подробный, открытый набор данных об использовании энергии в жилых домах в Соединенных Штатах в высоком разрешении.

Модернизация электросети США происходит примечательными темпами благодаря установке в сети новых технологий, таких как интеллектуальные счетчики. Они обеспечивают двустороннюю связь между потребителем и коммунальными предприятиями, предоставляя информацию и детальный контроль энергопотребления для отдельных домохозяйств1,2. В сети также происходят быстрые преобразования из-за растущего проникновения электромобилей (EV) и распределенных энергетических ресурсов (DER), таких как фотоэлектрические батареи на крышах (PV), общественная солнечная энергия и энергия ветра. Хотя эта волна модернизации приносит пользу, электросети одновременно сталкиваются с резким увеличением кризисных ситуаций в результате явлений изменения климата3,4, таких как экстремальные погодные явления и глобальное потепление. Одним из примеров экстремальных погодных условий является волна холода в Северной Америке в феврале 2021 года, вызвавшая огромную нагрузку на энергосистему, особенно в Техасе, где миллионы людей лишились электроэнергии на несколько дней5. Другой пример: глобальное потепление влияет на использование энергии HVAC в домашних хозяйствах. Хотя ожидается, что повышение зимних температур на 1–2 °C снизит потребность в отоплении, аналогичное повышение летних температур, как ожидается, значительно увеличит потребности в охлаждении6.

Перед лицом этих проблем достижение целей устойчивой энергетики стало первостепенным для поддержания работоспособности энергосистемы. С этой целью перед исследовательским сообществом стоят важные вопросы, касающиеся сокращения выбросов углекислого газа7,8,9,10,11, стимулирования внедрения DER12, изучения преимуществ энергетической модернизации зданий9,13,14, интеграции электромобилей15 и поведения потребителей16 в сети и механизмы формирования цен на электроэнергию17,18 для создания эффективных моделей потребления в жилых домах. Ответ на многие из этих вопросов требует всесторонних знаний о моделях использования энергии, строительном фонде, структуре распределительных сетей, поведении потребителей и так далее. Однако такие исчерпывающие наборы данных редко доступны в свободном доступе (или вообще доступны) для использования в исследованиях, что затрудняет исследовательскому сообществу реализацию этих начинаний19. Причины недоступности таких данных варьируются от проблем конфиденциальности до отсутствия системы предоставления данных исследователям.

Большая часть опубликованных данных об энергопотреблении представляет собой данные измерений, полученные в результате продольных исследований, проведенных исследователями (Таблица 1) с относительно небольшими выборками домохозяйств, которые могут не быть репрезентативными для более широкого географического региона и демографической ситуации. Некоторые из этих исследований отслеживают домохозяйства в течение более длительного периода времени (например, два года), однако недостатком таких экспериментов является то, что они требуют значительного количества времени (например, согласие участника, настройка оборудования, мониторинг) и ручных усилий (например, очистка данных, вменение пропущенных значений), прежде чем такие данные можно будет использовать. Хотя эти исследования публикуют данные об энергетике для бесплатного использования, многие из них ограничивают публикацию подробностей об участниках (например, характеристики и местоположение зданий, демографические данные на уровне домохозяйств). Сведения об участниках обычно не разглашаются по соображениям конфиденциальности/согласия участника, отсутствия информации или недоступности этих атрибутов в бесплатной версии данных. В литературе предпринимались попытки решить некоторые из этих проблем путем создания соответствующих структур данных для публикации метаданных о приборах для домохозяйств вместе с данными об их использовании энергии20,21. Однако мы видим, что многие проблемы все еще сохраняются в контексте США. Одним из таких примеров является порт данных Pecan Street22. Пекан-стрит, Inc23. является крупнейшим издателем данных об энергопотреблении в США через свой портал Dataport. Они собирают данные об энергопотреблении в Калифорнии (Калифорния), Техасе (Техас), Нью-Йорке (Нью-Йорк) и Колорадо (Колорадо). Это потенциально очень полезный набор данных. Однако лишь небольшая выборка (около 25 домохозяйств в штатах Калифорния и Техас) данных об использовании энергии находится в свободном доступе для публичного использования и не содержит достаточной (или какой-либо) демографической или строительной информации.