LUT-yliopiston Dick Carrillo Melgarejo käsittelee väitöskirjatutkimuksessaan älykkäiden sähköverkkojen tulevaisuutta ja vihreää siirtymää. Hänen mukaansa älykkäiden sähköverkkojen kannalta kriittiset sovellukset vaativat jatkossa huippuluokan viestintäteknologiaa.
Mikä tekee tutkimuksestasi erityisen mielenkiintoisen?
”Jotta Euroopasta tulisi ensimmäinen ilmastoneutraali maanosa vuoteen 2050 mennessä, tarvitaan digitaalista vihreää siirtymää, joka edellyttää infrastruktuurin, kuten energiajärjestelmien, laajamittaista kehittämistä. Sitä varten tarvitaan huippuluokan viestintäteknologiaa yhdistämään älykkäiden sähköverkkojen kaikki eri osat.
On odotettavissa, että ennen vuotta 2035 älykkään sähköverkon kannalta kriittiset sovellukset perustuvat 6G-teknologioihin ja muihin mullistaviin teknologioihin, kuten koneoppimiseen sovellettuna radiorajapintojen toiminnallisuuksiin. Nykyinen matkapuhelinverkko ei tue kriittisiä sovelluksia. Siksi on kehitettävä uusia ratkaisuja.”
Miten energiajärjestelmiä pitää kehittää ilmastoneutraaliuden edistämiseksi?
”Ilmastoneutraaliuden edistämiseksi energiajärjestelmiä on kehitettävä niin, että uusiutuviin energialähteisiin perustuvan, hiilidioksidipäästöttömän energiantuotannon tehokkuus kasvaa. Tämä vaatii tietoliikenteen ja energiavirtojen kaksisuuntaisuutta.
Tietoverkon rooli on tässä keskeinen, koska se mahdollistaa älykkäät sovellukset, joiden avulla voidaan tehostaa energian tuotantoa, jakelua ja kulutusta. Lisäksi tämä yhteys tukee kriittisiä ohjausjärjestelmiä, jotka parantavat energian laatua ja saatavuutta.
Monessa tapauksessa verkkoyhteydet – etenkin maanalaiset, kiinteät yhteydet – tulevat kuitenkin yhä energiajärjestelmän kannalta kalliiksi ylläpito- ja käyttökustannustensa vuoksi. Tämä on aukko, johon ehdotan väitöskirjassani ratkaisua, eli nykyisen energiajärjestelmien tietoverkon täydentämistä 5G:tä kehittyneemmillä teknologioilla, joiden ansiosta tulevina vuosina voidaan siirtyä matkapuhelinverkkoon.”
Esität tutkimuksessasi ratkaisuksi uutta viitekehystä radioliityntäverkon viipalointiin (radio access network eli RAN slicing framework). Mikä se on ja mitä etua siitä on?
”Ehdotamme radioliityntäverkon viipaloinnin viitekehystä perustaksi standardointiin, jota tarvitaan rajapintojen ja kuvausten luomiseen nykyisten sähköverkkolaitteiden viestintäprotokollien (kuten IEC 61850-standardit) ja mobiililaajakaistastandardien (3GPP) välille. Näin tulevaisuudessa voitaisiin yhdistää useiden energiajärjestelmien eri osat ja mahdollistaa välttämättömien sovellusten toiminta matkapuhelinverkossa.
RAN-viipalointi auttaa karsimaan langattomien verkkojen pääomakustannuksia. Saman radioresurssin jakaminen vähentää käyttökustannuksia, mikä on sekä operaattorin että kuluttajan etu. Edullisten ja laadukkaiden palvelujen tarjonta edistää matkapuhelinverkon hyödyntämistä energiajärjestelmän kriittisten sovellusten tukena.”
Miksi digitaalinen vihreä siirtymä vaatii kehittynyttä viestintäteknologiaa?
”Energiajärjestelmää voi verrata ihmisen kehoon, jossa kaikki elimet ovat yhteydessä aivoihin monimutkaisen hermoston avulla. Se on erinomainen esimerkki kaksisuuntaisesta viestintäjärjestelmästä.
Samalla tavoin energiajärjestelmän kaikki osat tarvitsevat yhteyttä toisiinsa. Kehittynyt viestintäteknologia mahdollistaa tärkeät sovellukset, kuten energiajärjestelmän ohjauksen, seurannan ja hallinnan, mukaan lukien uusiutuvat energialähteet, joiden avulla digitaalinen vihreä siirtymä toteutetaan.”
Mitkä alat voivat hyötyä RAN-viipaloinnista?
”Esitetty RAN-viipalointikehys tukee energiajärjestelmän tuotantoaloja, jotka hyödyntävät nykyistä standardoitua 5G-protokollaa ja tulevia langattoman teknologian sukupolvia. Esimerkiksi olemme valinneet IEC 61850 -standardin, joka koskee ala-asema-automaatiojärjestelmiä (SAS).
Samaa lähestymistapaa voidaan soveltaa myös muilla tuotantoaloilla, kuten ohjaus- ja automaatioteknologiassa, kaivosteollisuudessa, metsäteollisuudessa jne. Toisin sanoen, väitöskirjassani ehdotettua ratkaisua voidaan hyödyntää missä tahansa kriittisiä sovelluksia vaativassa teollisessa käyttökohteessa.”
Lopuksi yhteenveto: kuinka RAN-viipalointi tekee energiajärjestelmistä kestävämpiä?
”Älykäs sähköverkko sinällään edistää uusiutuvien energialähteiden käyttöä. Usein kuitenkin suurin osa älykkäiden sähköverkkojen yhteyksistä perustuu kiinteisiin verkkoyhteyksiin, mikä on yleensä kallista operaattoreille ja kuluttajille. Siksi matkapuhelinverkon käyttö ja RAN-viipalointi voivat parantaa uusiutuvan energian järjestelmien tehokkuutta ja alentaa kustannuksia, mikä nopeuttaa vihreää siirtymää.
Tilaa Curious People -uutiskirje
Tilaamalla uutiskirjeemme saat sähköpostiisi noin 1–2 kertaa kuukaudessa luettavaa tutkimuksestamme puhtaaseen energiaan, ilmaan ja veteen sekä kestävään liiketoimintaan liittyen.
Lisätietoja:
LUT-yliopiston Dick Carrillo Melgarejo käsittelee väitöskirjatutkimuksessaan älykkäiden sähköverkkojen tulevaisuutta ja vihreää siirtymää.
Dick Carrillo Melgarejo
Sähkötekniikan alaan kuuluva väitöskirja “Improving the design of cellular networks beyond 5G for smart grids” tarkastetaan 22.9.2022 klo 14 verkon välityksellä.
