Seizing real-time data: A case study of a digital twin for district heating

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Arts, Design and Architecture | Master's thesis

Authors

Date

2024

Department

artmed

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Taiteen ja median maisteriohjelma

Language

en

Pages

89 + 1

Series

Abstract

This thesis investigates the expectations, drivers and development points of digital twins in the district heating sector and the broader energy landscape using a combination of Multi-Level Perspective and Dynamic Capabilities theories. Characterized by real-time, two-way data flow, digital twins are gaining interest academically and commercially, including in the energy sector and games industry. By conducting a qualitative case study involving key industry players, Helen and Gradyent, this thesis aims to deepen the understanding of digital twins in complex systems. Using semi-structured interviews as a data-gathering method, the study demonstrates that digital twins have the potential to increase the efficiency, resilience and speed of transition to net zero emissions in district heating systems. Key priorities in digital twin implementation included optimization of the ends of the district heating pipeline, especially with the aim to lower temperatures in the grid. Maintenance features like real-time anomaly detection and predictive maintenance were seen as possibilities, but not as priorities. Long-term potential was seen in the gradual integration and automatization of the end-to-end pipeline on several levels. Findings suggest that digital twins are expected to influence organizational structures, end-users and business models. Additionally, the study identifies climate change, increasing complexity of energy systems and data, decreasing profit margins and the growing role of end-users as key landscape dynamics driving digital twin adoption in the district heating sector. Several insights about the agile development process were identified, including the need for effective internal communication and cross-team collaboration. A modular approach to digital twin integration with other systems and smaller DTs was seen important, as well as addressing data integration, data security and standardization. Future research could compare these anticipated benefits and challenges of digital twins with outcomes observed after using a digital twin in district heating systems, to provide more value in the academic research on digital twins as well as lessons for different sectors adopting digital twins.

Tämä opinnäytetyö käsittelee digitaalisiin kaksosiin liittyviä odotuksia, taustatekijöitä ja kehityskohteita kaukolämmön kontekstissa ja laajemmin energiasektorilla käyttäen teoriakehikkona monitasoisen muutoksen mallin (Multi-Level Perspective) ja dynaamisten kyvykkyyksien mallin (Dynamic Capabilities) yhdistelmää. Opinnäytetyö on kvalitatiivinen tapaustutkimus Gradyentin ohjelmistoratkaisun käyttöönotosta Helenille. Kiinnostus reaaliaikaista dataa käyttäviin digitaalisiin kaksosiin kasvaa jatkuvasti akateemisessa tutkimuksessa ja eri toimialoilla, mukaan lukien pelialalla ja energiasektorilla. Tutkimuksen tavoitteena on osaltaan syventää ymmärrystä digitaalisista kaksosista monimutkaisissa järjestelmissä. Haastattelututkimuksessa selvisi, että digitaalisten kaksosten odotetaan lisäävän kaukolämpöjärjestelmien tehokkuutta, joustavuutta ja energiamurroksen nopeutta. Tärkeimpinä hyötyinä nähtiin tuotantoputken päiden optimointi, jotta verkon lämpötilaa pystyttäisiin alentamaan. Ylläpitoon liittyvät ominaisuudet, kuten poikkeavuuksien havaitseminen ja ennakoiva ylläpito, nähtiin mahdollisuuksina, mutta ei ensisijaisina prioriteetteina. Pitkän aikavälin tavoitteena digitaaliselle kaksoselle on kaukolämpöverkon eri vaiheiden ja tasojen kokonaisvaltainen ymmärtäminen. Tutkimustulokset viittaavat siihen, että digitaalisten kaksosten odotetaan vaikuttavan myös organisaatiorakenteisiin lisäämällä vuorovaikutusta tiimien, sidosryhmien ja loppuasiakkaiden kanssa ja muuttaen samalla vallitsevaa liiketoimintamallia. Lisäksi tutkimuksessa tunnistettiin ilmastonmuutos, energiajärjestelmien ja niistä kertyvän datan monimutkaistuminen, pienenevät marginaalit sekä loppukäyttäjien kasvava rooli keskeisinä taustatekijöina digitaalisten kaksosten hyödyntämiselle. Digitaalisten kaksosten joustavassa käyttöönotossa korostettiin sisäisen viestinnän ja tiimien välisen yhteistyön merkitystä. Modulaarista lähestymistapaa ja muiden ohjelmistojen integrointia, sekä tietoturvaa ja datatyyppien standardointia pidettiin oleellisina teknisinä painopisteinä digitaalisten kaksosten laajemmassa hyödyntämisessä. Tulevaisuuden tutkimuksessa on mahdollista verrata näitä digitaalisten kaksosten odotettuja hyötyjä ja haasteita käytännönkokemuksiin sen toiminnasta kaukolämpöjärjestelmissä.

Description

Supervisor

Kemppainen, Jaakko

Thesis advisor

Ghanbari, Hadi

Keywords

digital twin, district heating, dynamic capabilities, multi-level perspective, real-time data, optimization, automation, internet of things

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202406234693

Collections

[master] Taiteiden ja suunnittelun korkeakoulu / ARTS