Un set di dati sintetico dei prosumatori danesi di elettricità residenziale

Dati scientifici, volume 10, numero articolo: 371 (2023) Citare questo articolo

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I consumatori convenzionali di elettricità residenziale stanno diventando prosumatori che non solo consumano elettricità, ma la producono anche. Si prevede che questo cambiamento avverrà su larga scala nei prossimi decenni e presenta numerose incertezze e rischi per il funzionamento, la pianificazione, gli investimenti e i modelli di business sostenibili della rete elettrica. Per prepararsi a questo cambiamento, ricercatori, servizi pubblici, politici e imprese emergenti necessitano di una comprensione completa del consumo di elettricità dei futuri prosumatori. Sfortunatamente, la quantità di dati disponibili è limitata a causa di problemi di privacy e della lenta adozione di nuove tecnologie come i veicoli elettrici a batteria e la domotica. Per affrontare questo problema, questo documento introduce un set di dati sintetico contenente cinque tipi di dati sull'elettricità importata ed esportata dai prosumatori residenziali. Il set di dati è stato sviluppato utilizzando dati reali dei consumatori tradizionali provenienti dalla Danimarca, dati di produzione fotovoltaica dal modello di stima globale dell'energia solare (GSEE), dati di ricarica dei veicoli elettrici (EV) generati utilizzando il pacchetto emobpy, un operatore di un sistema di accumulo di energia residenziale (ESS) e un modello basato su rete generativa avversaria (GAN) per produrre dati sintetici. La qualità del set di dati è stata valutata e convalidata attraverso un'ispezione qualitativa e tre metodi: statistica empirica, metrica basata sulla teoria dell'informazione e metrica di valutazione basata su tecniche di apprendimento automatico.

Con la crescente penetrazione delle fonti energetiche rinnovabili (FER), dei veicoli elettrici (EV) e dei sistemi di accumulo dell’energia (ESS) nelle case moderne, i consumatori convenzionali si stanno trasformando in prosumer, rendendo i sistemi di alimentazione sempre più dinamici e bidirezionali. Nel 2022, le fonti rinnovabili hanno continuato la loro rapida crescita, rappresentando il 13% della produzione globale di energia elettrica, mostrando un aumento del 17% rispetto al 20211. Le previsioni dell’Agenzia internazionale per l’energia (IEA), pubblicate nel 2021, prevedevano che il 56% della produzione globale di elettricità proverrà da fonti rinnovabili. rinnovabili entro il 2050, dove si prevede che il solare sarà la principale risorsa rinnovabile, assorbendo fino al 43% della quota totale di FER2. Anche il consumo globale di elettricità aumenterà a causa del riscaldamento degli ambienti e dell’elettrificazione dei trasporti. Tra tutti i consumi di elettricità, si ritiene che i veicoli elettrici domestici siano il principale contributore alla riduzione delle emissioni, che secondo le previsioni rappresenteranno il 70% del totale dei veicoli passeggeri entro il 2050, mentre i veicoli elettrici a batteria (BEV) rappresenteranno il 56% di tutte le vendite di veicoli3.

Sulla base di questa proiezione, è fondamentale che gli operatori di rete, i politici, i servizi pubblici e le altre parti interessate comprendano le dinamiche del consumo di elettricità residenziale in futuro. Tuttavia, esistono diversi ostacoli a questo, soprattutto per quanto riguarda la disponibilità di dati di alta qualità. In primo luogo, i dati sui consumi elettrici individuali su larga scala non sono disponibili a professionisti e ricercatori a causa delle preoccupazioni sulla privacy dei consumatori. Nei paesi con un’ampia diffusione dei contatori intelligenti, i dati sui consumi periodici sono disponibili solo per i consumatori, gli operatori di sistema e i rivenditori per la fatturazione. Tuttavia, in tutti i casi, i tipi di utenti in base alle loro apparecchiature dietro il contatore (BTM), ad esempio veicoli elettrici, batterie stazionarie o sistemi solari fotovoltaici, non sono noti. In secondo luogo, la tipologia attuale dei prosumatori di energia elettrica è quasi dinamica e cambia nel tempo senza alcun meccanismo per aggiornare le categorizzazioni dei prosumatori. Ad esempio, un malfunzionamento del solare fotovoltaico può rendere temporaneamente un utente solare un utente non solare oppure l'indisponibilità di un veicolo elettrico può modificare temporaneamente la tipologia dell'utente. La conoscenza dinamica della tipologia di prosumer (ad esempio, su base oraria o giornaliera) potrebbe essere cruciale per gli operatori di sistema, gli aggregatori e i rivenditori per stimare meglio il comportamento della domanda nelle ore o nei giorni successivi per la pianificazione e il funzionamento. A questo proposito, un set di dati etichettati su larga scala relativo al consumo di elettricità di diversi tipi di prosumatori facilita la modernizzazione delle reti elettriche4.