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Nov 12, 2023

米国の高解像度合成住宅エネルギー使用プロファイル

Scientific Data volume 10、記事番号: 76 (2023) この記事を引用する 2868 アクセス数 4 引用数 4 Altmetric Metrics 詳細 持続可能なエネルギーを達成するには、効率的なエネルギー消費が重要です

Scientific Data volume 10、記事番号: 76 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

気候変動と送電網の近代化の時代に持続可能なエネルギー目標を達成するには、効率的なエネルギー消費が不可欠です。 したがって、需要応答イベントを計画したり、天候、電気料金、電気自動車、太陽光発電、占有スケジュールがエネルギー消費に及ぼす影響を分析したりするには、家庭などのより細かい解像度でエネルギーがどのように消費されるかを理解することが重要です。 しかし、詳細な研究を可能にする詳細なエネルギー使用データの入手とアクセスは、これまでほとんどありませんでした。 このペーパーでは、数百万世帯をカバーする米国本土全域の住宅部門を対象とした、住宅エネルギー使用量の独自の大規模デジタルツイン データセットをリリースします。 このデータは、合成家庭の時間ごとのエネルギー使用プロファイルで構成され、サーモスタット制御負荷 (TCL) と家電の使用に分類されます。 基礎となるフレームワークは、ボトムアップのアプローチを使用して構築されます。 最終用途のモデリングには、多様なオープンソース調査と第一原理モデルが使用されます。 報告されたエネルギー使用データとの比較を通じて、合成データセットの広範な検証が行われています。 米国の詳細でオープンな高解像度の住宅エネルギー使用データセットを紹介します。

米国の電力網の近代化は、スマート メーターなどの新しい技術の電力網内への導入により、注目すべき速度で進んでいます。 これらにより、顧客と電力会社との間の双方向通信が可能になり、個々の家庭に情報を提供し、電力使用量をきめ細かく制御できるようになります1、2。 また、電気自動車（EV）や屋上太陽光発電（PV）、地域太陽光発電、風力エネルギーなどの分散型エネルギー資源（DER）の普及の増加により、送電網も急速に変化しています。 この近代化の波は有益ですが、同時に異常気象や地球温暖化などの気候変動現象 3,4 の結果として、電力網は危機的状況の急増に直面しています。 異常気象の一例は、2021 年 2 月の北米寒波で、特にテキサス州で電力網に多大な負担を引き起こし、数百万人が数日間停電しました5。 もう 1 つの例は、地球温暖化が家庭の HVAC エネルギー使用に影響を与える場合です。 冬季の気温が 1 °C から 2 °C 上昇すると、暖房の必要性が低下すると予想されますが、夏の気温も同様に上昇すると、冷房の必要性が大幅に増加すると予想されます6。

こうした課題に直面して、健全な送電網を維持するには持続可能なエネルギー目標を達成することが最重要となっています。 この目的を達成するために、研究コミュニティは、二酸化炭素排出量の削減 7,8,9,10,11、DER 導入の奨励 12、建物のエネルギー改修の利点の研究 9,13,14、電気自動車の統合 15 および消費者行動 16 に関する重要な問題に直面しています。効率的な住宅消費パターンを生み出すための電力料金設定メカニズム17,18。 これらの質問の多くに答えるには、エネルギー使用パターン、ストックの構築、流通ネットワークの構造、消費者の行動などに関する包括的な知識が必要です。 しかし、そのような網羅的なデータセットが研究用途に無料で利用できることはほとんどない (またはまったく利用できない) ため、研究コミュニティがこうした取り組みを進めることが困難になっています 19。 このようなデータが利用できない理由は、プライバシー上の懸念から研究者がデータを利用できるシステムの欠如まで多岐にわたります。

公開されているエネルギー使用データのほとんどは計測データであり、より広い地理的地域や人口統計を代表していない可能性がある比較的少数の世帯サンプルを対象に研究者によって実施された長期的な研究の結果です (表 1)。 これらの研究の中には、より長期間（例：2 年間）にわたって世帯をモニタリングするものもありますが、そのような実験の欠点は、かなりの時間（例：参加者の同意、機器のセットアップ、モニタリング）と手作業（例：そのようなデータが使用可能になる前に、データ クリーニング、欠損値の代入などの処理が行われます。 これらの研究は自由に使用できるエネルギーデータを公開していますが、その多くは参加者の詳細（建物の特徴や場所、世帯レベルの人口統計など）の公開を制限しています。 参加者の詳細は通常、プライバシー上の理由や参加者の同意、情報の不足、または無料版のデータではこれらの属性が利用できないため、公開されません。 文献では、エネルギー使用データとともに家庭向けの家電メタデータ情報を公開するための適切なデータ構造を作成することで、これらの問題のいくつかに対処しようとしています20,21。 しかし、米国の状況では多くの問題が依然として残っていることがわかります。 そのような例の 1 つは、Pecan Street Dataport22 です。 ピーカンストリート株式会社23. は、ポータル Dataport を通じてエネルギー使用データを提供する米国最大の発行者です。 彼らは、カリフォルニア (CA)、テキサス (TX)、ニューヨーク (NY)、およびコロラド (コロラド) のエネルギー使用データを収集しています。 これは潜在的に非常に役立つデータセットです。 ただし、エネルギー使用データの少数のサンプル (カリフォルニア州とテキサス州の約 25 世帯) のみが一般公開されており、十分な (またはまったく) 人口統計情報や建物情報が含まれていません。