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Nov 17, 2023

미국의 고해상도 합성 주거용 에너지 사용 프로필

Scientific Data 10권, 기사 번호: 76(2023) 이 기사 인용 3059 액세스 4 인용 인용 4 Altmetric Metrics 세부 정보 효율적인 에너지 소비는 지속 가능한 에너지를 달성하는 데 중요합니다.

과학 데이터 10권, 기사 번호: 76(2023) 이 기사 인용

3059 액세스

4 인용

4 알트메트릭

측정항목 세부정보

효율적인 에너지 소비는 기후 변화와 전력망 현대화 시대에 지속 가능한 에너지 목표를 달성하는 데 매우 중요합니다. 따라서 수요-반응 이벤트를 계획하거나 날씨, 전기 가격, 전기 자동차, 태양광 및 입주 일정이 에너지 소비에 미치는 영향을 분석하려면 가구와 같은 보다 세밀한 해상도에서 에너지가 어떻게 소비되는지 이해하는 것이 중요합니다. 그러나 상세한 연구를 가능하게 하는 상세한 에너지 사용 데이터에 대한 가용성과 접근권은 거의 없었습니다. 이 백서에서 우리는 수백만 가구를 대상으로 하는 미국 전역의 주거 부문에 대한 고유한 대규모 주거용 에너지 사용 디지털 트윈 데이터세트를 출시합니다. 데이터는 합성 가구에 대한 시간당 에너지 사용 프로필로 구성되며 TCL(자동 온도 조절 부하) 및 기기 사용으로 분류됩니다. 기본 프레임워크는 상향식 접근 방식을 사용하여 구성됩니다. 최종 사용 모델링에는 다양한 오픈 소스 설문 조사와 첫 번째 원칙 모델이 사용됩니다. 보고된 에너지 사용 데이터와의 비교를 통해 합성 데이터 세트에 대한 광범위한 검증이 수행되었습니다. 우리는 미국의 상세한 개방형 고해상도 주거용 에너지 사용 데이터세트를 제시합니다.

미국 전력망의 현대화는 스마트 미터와 같은 그리드 내 신기술의 설치로 인해 주목할만한 속도로 진행되고 있습니다. 이를 통해 고객과 유틸리티 간의 양방향 통신이 가능해지며, 개별 가구의 전력 사용량에 대한 정보와 세부적인 제어가 제공됩니다1,2. 그리드는 또한 옥상 태양광 발전(PV), 집단 태양광, 풍력 에너지와 같은 전기 자동차(EV) 및 분산 에너지 자원(DER)의 보급 증가로 인해 급격한 변화를 목격하고 있습니다. 이러한 현대화의 물결은 유익하지만 동시에 극한 기후 현상, 지구 온난화 등 기후 변화 현상3,4으로 인해 전력망은 위기 상황이 급격히 증가하는 상황에 직면해 있습니다. 극단적인 날씨의 한 가지 예는 2021년 2월 북미 한파로, 특히 수백만 달러가 며칠 동안 전력 공급이 중단된 텍사스의 전력망에 엄청난 부담을 안겨주었습니다5. 또 다른 예는 지구 온난화가 가정용 HVAC 에너지 사용에 영향을 미치는 경우입니다. 겨울철 온도가 1~2°C 상승하면 난방 요구 사항이 감소할 것으로 예상되지만, 여름 온도도 비슷한 상승으로 인해 냉방 요구 사항이 크게 증가할 것으로 예상됩니다6.

이러한 과제에 직면하여 지속 가능한 에너지 목표를 달성하는 것이 건강한 전력망을 유지하는 데 가장 중요해졌습니다. 이를 위해 연구 커뮤니티는 탄소 발자국 감소7,8,9,10,11, DER 채택 장려12, 건물 에너지 개조9,13,14, 전기 자동차 통합15 및 소비자 행동16의 이점 연구와 관련된 중요한 질문에 직면해 있습니다. 효율적인 주거 소비 패턴을 만들기 위한 전력 가격 설계17,18 및 그리드 및 메커니즘을 제공합니다. 이러한 많은 질문에 답하려면 에너지 사용 패턴, 건물 재고, 유통 네트워크 구조, 소비자 행동 등에 대한 포괄적인 지식이 필요합니다. 그러나 이러한 철저한 데이터 세트는 연구 용도로 무료로 사용할 수 있는 경우가 거의 없으므로(또는 전혀 사용 가능한 경우) 연구 커뮤니티가 이러한 노력을 추구하기가 어렵습니다19. 그러한 데이터를 사용할 수 없는 이유는 개인 정보 보호 문제부터 연구자가 데이터를 사용할 수 있는 시스템 부족에 이르기까지 다양합니다.

발표된 에너지 사용 데이터의 대부분은 계량 데이터로, 더 넓은 지리적 지역과 인구통계를 대표하지 않을 수 있는 상대적으로 작은 가구 표본을 대상으로 연구원(표 1)이 수행한 종단적 연구의 결과입니다. 이러한 연구 중 일부는 장기간(예: 2년) 동안 가구를 모니터링하지만 이러한 실험의 단점은 상당한 시간(예: 참가자 동의, 장비 설정, 모니터링)과 수동 작업(예: 데이터 정리, 누락된 값 대치) 해당 데이터를 사용할 수 있기 전에. 이러한 연구는 에너지 데이터를 무료로 공개하지만 그 중 다수는 참여자 세부 정보(예: 건물 특성 및 위치, 가구 수준 인구통계) 공개를 제한합니다. 참가자 세부 정보는 일반적으로 개인 정보 보호 사유/참가자 동의, 정보 부족 또는 무료 버전의 데이터에서 이러한 속성을 사용할 수 없는 경우 보류됩니다. 문헌에서는 에너지 사용 데이터와 함께 가구에 대한 기기 메타데이터 정보를 공개하기 위한 적절한 데이터 구조를 만들어 이러한 문제 중 일부를 해결하려고 시도했습니다. 그러나 우리는 미국 상황에서 여전히 많은 문제가 지속되고 있음을 관찰했습니다. 그러한 예 중 하나가 Pecan Street Dataport22입니다. 피칸스트리트 Inc23. 는 포털인 Dataport를 통해 미국 최대의 에너지 사용 데이터 게시자입니다. 캘리포니아(CA), 텍사스(TX), 뉴욕(NY), 콜로라도(CO)에서 에너지 사용 데이터를 수집합니다. 이는 잠재적으로 매우 유용한 데이터 세트입니다. 그러나 에너지 사용 데이터의 작은 샘플(CA 및 TX의 최대 25가구)만이 공공 용도로 무료로 제공되며 인구통계 또는 건물 정보가 충분하지 않습니다.