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Nov 17, 2023

Perfis sintéticos de uso de energia residencial de alta resolução para os Estados Unidos

Scientific Data volume 10, Artigo número: 76 (2023) Citar este artigo 3059 Acessos 4 Citações 4 Detalhes das Métricas Altmétricas O consumo eficiente de energia é crucial para alcançar energia sustentável

Dados científicos volume 10, número do artigo: 76 (2023) Citar este artigo

3059 Acessos

4 citações

4 Altmétrico

Detalhes das métricas

O consumo eficiente de energia é crucial para alcançar os objetivos energéticos sustentáveis ​​na era das alterações climáticas e da modernização da rede. Assim, é vital compreender como a energia é consumida em resoluções mais refinadas, como as domésticas, a fim de planear eventos de resposta à procura ou analisar os impactos do clima, dos preços da electricidade, dos veículos eléctricos, da energia solar e dos horários de ocupação no consumo de energia. Contudo, a disponibilidade e o acesso a dados detalhados sobre a utilização de energia, que permitiriam estudos detalhados, têm sido raros. Neste artigo, lançamos um gêmeo digital único, em grande escala, de conjunto de dados de uso de energia residencial para o setor residencial nos Estados Unidos contíguos, cobrindo milhões de domicílios. Os dados compreendem perfis horários de uso de energia para residências sintéticas, desagregados em Cargas Controladas Termostaticamente (TCL) e uso de eletrodomésticos. A estrutura subjacente é construída usando uma abordagem ascendente. Diversas pesquisas de código aberto e modelos de primeiros princípios são usados ​​para modelagem de uso final. A validação extensiva do conjunto de dados sintéticos foi realizada através de comparações com dados de uso de energia relatados. Apresentamos um conjunto de dados de uso de energia residencial detalhado, aberto e de alta resolução para os Estados Unidos.

A modernização da rede eléctrica dos EUA está a ocorrer a um ritmo notável devido à instalação de novas tecnologias na rede, tais como contadores inteligentes. Eles permitem a comunicação bidirecional entre o cliente e as concessionárias, fornecendo informações e controle granular do uso de energia para residências individuais1,2. A rede também está a testemunhar rápidas transformações devido à crescente penetração de veículos eléctricos (EV) e recursos energéticos distribuídos (DER), tais como energia fotovoltaica (PV) em telhados, energia solar comunitária e energia eólica. Embora esta onda de modernização seja benéfica, a rede eléctrica enfrenta simultaneamente um aumento acentuado de situações de crise como resultado de fenómenos de alterações climáticas3,4, como fenómenos meteorológicos extremos e aquecimento global. Um exemplo de condições meteorológicas extremas é a onda de frio norte-americana de Fevereiro de 2021, que causou uma enorme tensão na rede eléctrica, especialmente no Texas, onde milhões de pessoas ficaram sem energia durante dias5. Outro exemplo é onde o aquecimento global impacta o uso doméstico de energia HVAC. Embora se preveja que o aumento de 1° a 2°C nas temperaturas de Inverno diminua as necessidades de aquecimento, espera-se que um aumento semelhante nas temperaturas de Verão aumente significativamente as necessidades de arrefecimento6.

Face a estes desafios, alcançar os objectivos de energia sustentável tornou-se fundamental para manter uma rede saudável. Para tanto, a comunidade de pesquisa se depara com questões importantes relacionadas à redução da pegada de carbono7,8,9,10,11, ao incentivo à adoção de DER12, ao estudo dos benefícios do retrofit energético de edifícios9,13,14, à integração de veículos elétricos15 e ao comportamento do consumidor16 no setor. rede e mecanismos para conceber preços de eletricidade17,18 para criar padrões de consumo residencial eficientes. Responder a muitas destas questões requer um conhecimento abrangente dos padrões de utilização de energia, do parque imobiliário, da estrutura das redes de distribuição, dos comportamentos dos consumidores, etc. No entanto, esses conjuntos de dados exaustivos raramente estão disponíveis gratuitamente (ou sequer estão disponíveis) para utilização em investigação, dificultando a prossecução destes esforços pela comunidade científica19. As razões para a indisponibilidade de tais dados vão desde preocupações com a privacidade até à falta de um sistema para disponibilizar os dados aos investigadores.

A maior parte dos dados publicados sobre o consumo de energia são dados medidos, resultado de estudos longitudinais conduzidos por investigadores (Tabela 1) com amostras relativamente pequenas de agregados familiares que podem não ser representativas da região geográfica e da demografia mais amplas. Alguns destes estudos monitorizam os agregados familiares durante um período de tempo mais longo (por exemplo, dois anos), no entanto, a desvantagem de tais experiências é que requerem uma quantidade considerável de tempo (por exemplo, consentimento dos participantes, configuração do equipamento, monitorização) e esforço manual (por exemplo, limpeza de dados, imputação de valores ausentes) antes que tais dados sejam utilizáveis. Embora estes estudos divulguem dados sobre energia para utilização gratuita, muitos deles limitam a publicação de detalhes dos participantes (por exemplo, características e localização do edifício, dados demográficos ao nível do agregado familiar). Os detalhes dos participantes geralmente são omitidos por motivos de privacidade/consentimento do participante, falta de informações ou indisponibilidade desses atributos na versão gratuita dos dados. A literatura tem tentado resolver algumas destas questões através da criação de estruturas de dados apropriadas para a divulgação de informações de metadados de eletrodomésticos para os agregados familiares, juntamente com os seus dados de utilização de energia20,21. Contudo, observamos que muitas das questões ainda persistem no contexto dos EUA. Um exemplo é o Pecan Street Dataport22. Rua Pecan Inc23. é a maior editora de dados de uso de energia nos EUA por meio de seu portal – Dataport. Eles coletam dados sobre o uso de energia na Califórnia (CA), Texas (TX), Nova York (NY) e Colorado (CO). Este é um conjunto de dados potencialmente muito útil. No entanto, apenas uma pequena amostra (~25 agregados familiares em CA e TX) de dados sobre o uso de energia está disponível gratuitamente para uso público e não contém informações demográficas ou de construção suficientes (ou nenhuma).