Energiasektor muutub kiiresti. Seda näitavad igapäevased uudised rohepöörde strateegiatest, geopoliitilistest muutustest ja varustuskindlusest. Üleminek süsinikuneutraalsele majandusele ja kohalik energiasõltumatus sõltuvad mõlemad sellest, kui hästi suudame taastuvenergia olemasolevatesse elektrivõrkudesse integreerida.
Täna juhivad võrguoperaatorid taastuvenergia lisandumist nn staatilise maksimumi põhimõttel. Liitumisload antakse eeldusel, et iga tootja töötab igal ajahetkel 100% võimsusel. Tegelikkuses hindab see reaalset tootmist tugevalt üle ja takistab taastuvenergia võrku jõudmist.
Selle probleemi lahendamiseks arendab meie klient MarkeDroid prognoosipõhist dünaamilise optimeerimise süsteemi: reaalajas toimivat andmepõhist alternatiivi, mis aitab olemasolevat taristut tõhusamalt kasutada. Asume seda testima Hiiumaal MarkeDroidi rakendusuuringu „Taastuvenergia potentsiaali rakendamine prognoosipõhise mikrovõrgu optimeerimise abil“ raames, mida rahastatakse EISi rakendusuuringute programmist (RUP).
Projekt toob kokku kolm organisatsiooni. MarkeDroid, kelle reaalajas töötav virtuaalse elektrijaama süsteem tegutseb 12 riigis ja teenindab enam kui 1000 klienti, pakub IoT riistvara, tarbijapoolset optimeerimist ja tootva tarbija liidest. STACC juhib teadus- ja arendustööd võrgu simulatsiooni, masinõppe ja jaotusalgoritmide vallas, uurides, kas staatilised liitumisreeglid jätavad osa võrgumahust kasutamata. Elektrilevi, Eesti suurim jaotusvõrguettevõte, annab projektile päris testkeskkonna: Hiiumaa elektrivõrgu ja sellega seotud kriitilised andmed.
Mis on mikrovõrk?
Võib-olla oled kuulnud energiavaldkonnas mõistet „mikrovõrk“, aga mida see tegelikult tähendab?
Mõtle üleriigilisest elektrivõrgust kui suurest kiirteede võrgustikust. Mikrovõrk on nagu väikelinna kohalik teedevõrk. Tavaliselt on see ühendatud suure võrguga, kuid sellel on ka oma energiaallikad (päikesepaneelid ja tuulikud) ning oma tarbijad (kodud ja ettevõtted).
Mikrovõrgu optimeerimine on selle väikelinna liiklusloogika. Teed ehitati ajal, mil autosid oli vähem ja kõigile jagus korraga sõitmiseks ruumi. Tänaseks on vajadused muutunud ja rohkem inimesi tahaks liiklusesse pääseda. Optimeerimine kasutab andmeid, et öelda: „Tee on praegu vaba, võid turvaliselt sõita.“
Miks Hiiumaa?
Eesti suuruselt teise saarena on Hiiumaa loomulik katsekeskkond võrgu optimeerimiseks. Saarel on tugev potentsiaal nii tuule- kui ka päikeseenergia tootmiseks, kuid ühendus mandriga on piiratud. Kui saar suudaks oma tootmist ja tarbimist paremini tasakaalustada, muutuks see vastupidavamaks ja sõltuks vähem merekaablitest, mis ühendavad seda ülejäänud Eestiga. See teeb Hiiumaast väärtusliku testkeskkonna: selle võrgul on selged füüsilised piirangud, taastuvenergia tootmine on muutlik ning mastaap on piisavalt hallatav, et valideerida dünaamilise optimeerimise lähenemist.
Süsteemi piloteerimine Hiiumaal ei tähenda ainult mõne kohaliku päikesepargi aitamist. Selle eesmärk on tõestada, et detsentraliseeritud võrku saab juhtida targemalt. Kui dünaamiline lähenemine aitab Hiiumaa võrgu stabiilset toimimist toetada, saab seda laiendada ka teistele kohaliku tootmispotentsiaaliga mikrovõrkudele.
Kapoti all peituv andmeteaduslik lahendus
STACCi roll on ehitada selle dünaamilise prognoosisüsteemi aju. Uurime, kas kasutamata võrgumahtu on võimalik piisavalt täpselt prognoosida ja jaotada, et tuua võrku rohkem taastuvenergiat ilma võrgu stabiilsust ohustamata. Selleks, et liikuda „halvima stsenaariumi“ (staatilise maksimumi) lähenemiselt dünaamilise lähenemise juurde, järgime kolmeastmelist tehnilist teekaarti.
Elektrivõrgu digitaalne kaksik
Esimene samm on luua elektrivõrgu digitaalne kaksik. Eemaldame võrguandmetest ebavajalikud detailid ning jätame alles võrgu lihtsustatud skeleti: olulised sõlmpunktid ja neid ühendavad elektriliinid. Lisaks kannab iga objekt endas konkreetseid omadusi, sealhulgas pingepiire, takistust ja võimsust. Need parameetrid määravad võrgu füüsilised piirid ja loovad aluse selle simuleerimiseks, kuidas elekter päris juhtmetes liigub, ilma et peaksime ühtegi lülitit puutuma. See on virtuaalne liivakast, kus saame võrgu piire turvaliselt testida.
„Vaba ruumi“ prognoosimine masinõppega
Kui võrgust on loodud digitaalne mudel, peame aru saama, kui palju liiklust see tegelikult talub. Siin teeb raske töö ära andmeteadus. Meie hüpotees on, et staatilise maksimumi lähenemine jätab palju ruumi kasutamata. Masinõppemudelite abil püüame prognoosida iga alajaama vaba võrgumahtu. See annab täpsema pildi kui eeldus, et kõik tootjad toodavad kogu aeg maksimumvõimsusel. Eestis, kus päikeseenergia tipptingimused on pigem erand kui reegel, võib suur osa sellest mahust seista kasutamata. Meie eesmärk on hinnata, kui palju võrgumahtu on saadaval igas 15-minutilises ajavahemikus.
Õiglane jaotus
Kui võrgus on vaba mahtu, mis võimaldab tootjatel rohkem energiat müüa, tuleb otsustada ka see, kes seda kasutada saab ja millal. Ehitame jaotusmudelit, mis jaotab võrgumahtu õiglaselt ja läbipaistvalt, kasutades objektiivseid andmepõhiseid kriteeriume. See aitab tagada, et nii suurtel tuuleparkidel kui ka kohalikel väiketootjatel oleks võrgu reaalajas seisust lähtudes õiglane juurdepääs turule.
Enne reaalset pilooti valideeritakse mudeleid ajalooliste andmete põhjal, et võrrelda prognoositud võrgumahtu tegelike töötingimuste ja teadaolevate piirangutega. Ajalooliste andmete põhjal testimine aitab esmalt hinnata, kas dünaamiline süsteem võiks toimida, ning seada ootused sellele, kui palju vaba võrgumahtu võib enne Hiiumaa pilooti saadaval olla.
Andmetest testimiseni: Hiiumaa piloot
Kui süsteem on valmis ja ajaloolised andmed näitavad, kus varjatud võrgumaht võib peituda, võtab MarkeDroid üle kõige kriitilisema etapi: pärisvõrgus toimuva piloodi. Süsteemi testitakse Hiiumaa mikrovõrgus koostöös Eesti suurima jaotusvõrguettevõtte Elektrileviga ning tulemusi kogutakse reaalajas, muutuvate ilma- ja tarbimistingimuste juures.
Piloodi käigus soovime teada:
- Kas suudame võrku rohkem taastuvenergiat suunata? Kas võrku jõuab tänaste staatiliste piirangutega võrreldes mõõdetavalt rohkem taastuvenergiat?
- Kas võrgu kasutus paraneb? Kas „energia kiirtee“ seisab vähem tühjana, kui autod ootavad võimalust teele pääseda?
- Kas stabiilsus ja vastupidavus paranevad? Kas ülekoormusjuhtumeid, katkestusi või olukordi, kus tootjad peavad tootmist piirama, esineb vähem?
Win-win-win-win stsenaarium
Kui lahendus toimib, ei ole see lihtsalt tehniline parandus, vaid võit neljale osapoolele:
- Tootjatele: uued tootjad saavad jala ukse vahele ja võimaluse teenida tulu hetkedel, mil võrgus avaneb täiendav vaba maht.
- Tarbijatele: rohkem kohalikku taastuvenergiat tähendab tasakaalukamat ja stabiilsemat võrku ning aja jooksul konkurentsivõimelisemaid hindu ja paremat varustuskindlust.
- Võrguoperaatoritele: füüsilised võrgu-uuendused on aeglased ja kallid. Olemasoleva taristu rohkema tõhusam kasutamine säästab raha ja kiirendab liikumist ELi kliimaeesmärkide suunas.
- Keskkonnale: iga kilovatt seni kasutamata võrgumahtu tähendab rohkem ruumi päikese- ja tuuleenergiale ning vähem vajadust fossiilkütustel põhineva energia järele.
Kokkuvõte
Ees seisavad põnevad kuud, mil testime neid hüpoteese võrgu digitaliseerimise, võrgumahu prognoosimise ja jaotusalgoritmide abil. Kui lahendus toimib, oleme astunud olulise sammu staatilistelt piirangutelt dünaamilisema elektrivõrgu juhtimise poole ning Hiiumaa piloot annab esimese päriselulise kinnituse, kas seda lähenemist saab kasutada ka mujal.
Jälgi meie kanaleid, et kuulda rohkem sellest, kuidas andmepõhine optimeerimine aitab elektrivõrku targemalt kasutada.
