AI and digitalization as enablers of flexible power system

Abstract. The Paris climate agreement obligate energy and power sector to reduce greenhouse gasses even though at the same time the global power demand increases. This leads to need to increase emission-free power generation with renewable energy sources (RES). Wind- and solar power technologies have developed significantly and price of power generated by them has decreased clearly in recent years. These factors have led to large-scale installations globally. However transitioning towards RES, such as wind and solar power, poses a challenge, since supply and demand in the electric power system must be equal at all times, but wind- and solar power are non-adjustable. These factors leads to need of finding flexibility from elsewhere e.g. from demand side, but also from storage systems. Purpose of this thesis is to analyze electric power system’s flexibility and how it can be increased by employing digital technologies including artificial intelligence (AI). This research was done by using qualitative conceptual research method, where data is collected until saturation point is reached. Data was collected from scientific journals and relevant sources to form conceptual understanding of current state and future possibilities. With digital technologies and artificial intelligence, companies can create new types of products, services and business models, which create more value for the customer. At the same time, these new solutions can improve the electric power system and create needed flexibility. The thesis studied these novel solutions and discussed practical implementation of three example cases in more detail. Digital solutions are rising into more significant role and they act as enablers for greener electric power system.Tekoäly ja digitalisaatio joustavan sähköjärjestelmän mahdollistajana. Tiivistelmä. Pariisin ilmastosopimus velvoittaa energia- ja sähkösektorit rajoittamaan kasvihuonepäästöjä, vaikka samaan aikaan sähkön kysyntä globaalisti kasvaa. Tämä johtaa tarpeeseen lisätä päästötöntä sähköntuotantoa uusiutuvilla energialähteillä. Tuuli- ja aurinkovoimateknologiat ovat kehittyneet ja niillä tuotetun sähkön hinta on laskenut selvästi viime vuosina. Nämä seikat ovat johtaneet niiden laajamittaiseen käyttöönottoon maailmanlaajuisesti. Siirtyminen näihin energiamuotoihin tuottaa haasteita sähköjärjestelmälle, sillä sähköjärjestelmässä tuotannon ja kulutuksen tulee olla tasapainossa koko ajan, mutta tuuli- aurinkovoiman sähköntuotantoa ei pystytä säätämään. Nämä seikat ovat johtaneet tarpeeseen löytää joustavuutta sähköjärjestelmän muista osista mm. kysynnästä, mutta myös varastoinnista. Tämän tutkimuksen tavoitteena on tutkia ja analysoida, miten sähköjärjestelmän joustavuutta voidaan lisätä digitaalisten teknologioiden, erityisesti tekoälyn avulla. Tutkimus on tehty laadullisella konseptuaalisella tutkimusmenetelmällä, jossa datan keräystä on jatkettu saturaatiopisteen saavuttamiseen asti. Data on kerätty tiedejulkaisuista ja muista tutkimuksen kannalta merkityksellisistä lähteistä, joiden pohjalta on voitu muodostaa konseptuaalinen ymmärrys tämän hetken tilasta ja tulevaisuuden mahdollisuuksista. Digitaalisten teknologioiden ja tekoälyn avulla yritykset voivat luoda uudenlaisia tuotteita, palveluita ja liiketoimintamalleja, jotka tuottavat aikaisempaa enemmän arvoa asiakkaalle. Samalla nämä uudet ratkaisut pystyvät parantamaan sähköjärjestelmää ja luomaan tarvittavaa joustavuutta. Tässä työssä tutustuttiin näihin uusiin ratkaisuihin ja tutkittiin myös niiden käytännön toimivuutta analysoimalla kolmea esimerkkitapausta tarkemmin. Digitaaliset ratkaisut ovat nousemassa merkittävään osaan sähköjärjestelmää ja niillä, kuten monella muullakin digitaalisiin teknologioihin pohjautuvilla ratkaisuilla voidaan mahdollistaa ympäristöystävällisempi sähköjärjestelmä