Tekoäly pystyy tukemaan siirtymistä uusiutuviin energialähteisiin hallinnoimalla ja koordinoimalla sähkön tarjontaa sekä kysyntää. MSc Taha Nakabin väitöstyössä tekoälyalgoritmeja käytettiin ennustamaan kuluttajien käyttäytymistä, löytämään sähkön optimaalinen hinnoittelu ja koordinoimaan optimaalisesti kysynnän, tarjonnan ja varastoinnin välillä. Tekoälyalgoritmit yhdistettynä älykkääseen mittausinfrastruktuuriin ja kysyntä- tai tarjontajärjestelmiin osoittautuivat hyviksi menetelmiksi sähkön tarjonnan, sekä kysynnän jatkuvan tasapainottamisen haasteiden ratkaisemisessa uusiutuvien energialähteiden ajoittaisuudesta ja epävarmuudesta huolimatta.
Älykäs sähköverkko on keskeinen käsite turvalliseen siirtymään perinteisestä, keskitetystä, paljon hiilidioksidipäästöjä tuottavasta sähköntuotantotavasta kohti hajautettua, puhdasta ja uusiutuvaa sähkön tuotantoa. Uusiutuva sähköntuotanto on yleensä ajoittaista, sääolosuhteista riippuvaa ja epävarmaa, mikä tekee siitä sopimattoman sähkön kysynnän vaihteluiden seuraamiseen. Älykäs verkko on yhdistelmä reaaliaikaisia sähkönmittausinfrastruktuureja (ns. älykkäitä mittausjärjestelmiä), tietoliikennetekniikoita ja energian varastointiratkaisuja. Verkossa ovat myös riittävät ohjelmistot ja algoritmit sähköverkon optimoimiseksi, sekä sen joustavuuden parantamiseksi. Kysyntäpuolen hallinta ja tuotannon, kulutuksen sekä varastoinnin automaattinen hallinta, tarkka kysynnän ja tarjonnan ennakointi, sekä sähkömarkkinoiden digitalisointi ovat älykkään sähköverkon päätavoitteita.
Nakabi teki väitöstutkimuksessaan asuntoihin liittyvän sähkön kysynnän joustavuuden empiirisen analyysin sähkön hintojen muuttuessa. Väitöstyössä ehdotettu malli ennustaa sähkölaitteiden vastemallit, joita voidaan siirtää ajassa eteen- tai taaksepäin, tai muuttaa niiden lukumäärää yhdessä kotitaloudessa. Keinotekoisia neuroverkkoja käytetään näiden mallien "oppimiseen" historiallisten hintatietojen ja vastaavan kulutuksen perusteella.
Nakabi kehitti myös uuden konseptin hintaherkkyyden ja lämmitys- tai jäähdytysjärjestelmien (tunnetaan nimellä TCL) yhdistämiseen joustavina komponentteina, ja niiden empiiriseen arviointiin. TCL:iä tutkittiin eri näkökulmista, niiden käyttäytymistä vastauksena hintoihin, hinnoittelujärjestelmien optimointiin ja niiden panokseen mikroverkon joustavuuden optimoinnissa.
Väitöstutkimuksessa kehitetty mikroverkkosimulaatio perustuu realistisiin skenaarioihin ja Suomesta saatuun todelliseen dataan. Malli sisältää erilaisia joustavuuskomponentteja tyypillisten mikroverkkoelementtien rinnalla. Simulaatio sisältää tuulivoimalapuiston, energian varastointijärjestelmän, suoraan ohjattavat TCL:t ja hintoihin reagoivat kuormat.
Nakabi vertaili myös kattavasti ja empiirisesti tekoälyn algoritmeja automaattista energianhallintaa varten mikroverkon joustavuuden näkökulmasta. Parhaimmat algoritmit ovat oppineet koordinoimaan optimaalisesti mikroverkon komponentit ja suorittamaan asianmukaiset toimet TCL-tilojen, ulkotilojen, sähkön tukkuhintojen ja tuotetun energian mukaan.
Älykkäät verkkotekniikat, jotka toimivat tekoälyalgoritmeilla, voivat ennustaa, optimoida ja koordinoida sähköverkon elementtejä lisäämällä verkkoon joustavuutta. Ne mahdollistavat myös uusiutuvien energialähteiden laajamittaisen integroinnin.
Master of Science Taha Nakabin väitöskirja Computational Intelligence for Smart Grid’s Flexibility - Prediction, Coordination, and Optimal Pricing tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 1.12. Kuopiossa. Vastaväittäjänä toimii professori Matti Lehtonen Aalto-yliopistosta ja kustoksena professori Pekka Toivanen Itä-Suomen yliopistosta. Tilaisuus on englanninkielinen.
