Regional energy optimization

Energiamurroksen myötä energiajärjestelmät ovat radikaalin muutoksen partaalla. Perinteiset energiajärjestelmät kehittyvät kohti integroituja älykkäitä energiajärjestelmiä, joiden joustavuus mahdollistaa uusiutuvien ja hajautettujen energiavarojen laaja-alaisen ja tehokkaan hyödyntämisen. Teknisten suunnitteluvaihtoehtojen moninkertaistuminen sekä energiajärjestelmien vahva linkittyminen nykyisiin institutionaalisiin rakenteisiin haastavat alueelliset energia-analyysit käymään läpi kaikki eri vaihtoehdot tehokkaalla, objektiivisella ja läpinäkyvällä tavalla – myös sellaiset perinteisistä poikkeavat vaihtoehdot, jotka eivät suoraan sovellu nykyisiin teknisiin, poliittisiin tai institutionaalisiin rakenteisiin. Tästä johtuen alueellisten energiajärjestelmien suunnittelussa tarvitaan strategista lähestymistapaa. Työssä tutkitaan, mitä tarkoitetaan alueellisella energiaoptimoinnilla, ja kuinka sitä voidaan hyödyntää osana alueellista strategista energiasuunnittelua. Aihetta lähestytään laajanäkökulmaisesti painottaen erityisesti kokonaisvaltaisen ymmärtämisen ja suunnittelun tärkeyttä. Työ sisältää kattavan kirjallisuustutkimuksen, jossa alueellinen energiaoptimointi linkitetään intuitiivisella ja havainnollistavalla tavalla olennaiseksi osaksi kestävien ja edistyksellisten alueellisten energiajärjestelmien suunnittelua. Kirjallisuustutkimukseen pohjautuen työssä luodaan myös alueellista energiaoptimointia hyödyntävä alueellisen strategisen energiasuunnittelun viitekehys, joka pyrkii erityisesti antamaan valmiuden käytännölliseen optimointimenetelmiä hyödyntävään alueelliseen strategiseen energiasuunnitteluun. Alueellisen energiaoptimoinnin huomataan edesauttavan kattavaa, objektiivista ja tehokasta alueellisten energiajärjestelmien suunnitteluvaihtoehtojen tarkastelemista jo suunnitteluprosessin alkuvaiheessa minimaalisella manuaalisen työn vaatimuksella. Optimointimenetelmien avulla erilaisten tavoitteenasetteluiden ja lähtötietojen sekä tulevaisuuden skenaarioiden vaikutusta optimaalisiin ratkaisuvaihtoehtoihin voidaan tutkia perinpohjaisesti ja interaktiivisesti. Lisäksi alueellinen energiaoptimointi mahdollistaa kompleksisien edistyksellisten energiajärjestelmien synergiavaikutuksien systemaattisen tunnistamisen ja hyödyntämisen. Näin ollen alueellisella energiaoptimoinnilla voidaan merkittävästi tukea alueellisia energiajärjestelmiä koskevaa päätöksentekoa edellyttäen kuitenkin, että sitä hyödynnetään strategisen energiasuunnittelun kontekstissa. Alueellisen energiaoptimoinnin luotettava suorittaminen vaatii myös kokonaisvaltaista edistyksellisiä energiajärjestelmiä ja optimointimenetelmiä koskevaa ymmärrystä ja asiantuntijuutta.Energy systems are experiencing a radical change due to the energy transition. Traditional energy systems are evolving towards integrated smart energy systems that are highly flexible, which is an essential precondition for efficient and extensive utilization of renewable and distributed energy resources. The proliferation of potential technical design solutions along with the strong connection between energy systems and existing institutional structures require regional energy analyses to be exhaustive in efficient, objective and transparent manner. Furthermore, regional energy analyses should be capable of identifying and analyzing such advanced technical solutions that do not comport with the current technical, political or institutional structures. Therefore, a strategic approach is crucial in regional energy planning. In this thesis, the purpose of regional energy optimization and its implementation as a part of strategic regional energy planning is studied. The topic is approached from a comprehensive viewpoint emphasizing especially the importance of holistic understanding and design. A comprehensive literature research is conducted in which the connection between regional energy optimization and sustainable advanced energy systems is highlighted in an intuitive and illustrative way. In addition, a framework for strategic regional energy planning that utilizes regional energy optimization is presented. The main objective of the framework is to offer readiness for performing practical strategic energy planning involving optimization methods. Regional energy optimization is found to support a comprehensive, objective and efficient analysis of regional energy systems’ design solutions already in the early stage of a design process with minimal manual work requirement. By utilizing optimization methods, the impact of different objectives, initial data, and scenarios on the optimal design solutions can be analyzed thoroughly and interactively. Regional energy optimization also enables systematic identification and thus utilization of the synergy effects emerging in complex advanced energy systems. Consequently, regional energy optimization supports significantly regional decision making process concerning regional energy systems, although presuming that it is utilized within a context of strategic regional energy planning. Moreover, performing a trustworthy regional energy optimization requires holistic understanding and expertise with respect to advanced energy systems and optimization methods