Power  Data  Management  on  the  Internet  Space:  Case  Study  in  the  University  of  Tokyo  	Hideya	  Ochiai,	  Ph.D.,	  The	  University	  of	  Tokyo	In  July,  2011  VisualizaGon  of  Electric  Power  began  in  UoT	
• Features	  • Integra=on	  of	  5	  Campuses	  • Aggregated	  power	  exceeds	  50MW	  • Background	  • M9.0	  Earthquake	  • Power	  Plants	  Damaged	  • Power	  Shortage	  in	  Summer	  	  • Peak	  ShiNing	  • Work	  in	  Holiday	  • …	Campus-­‐Level	  Electric	  Power	  Visualiza7on	  of	  the	  University	  of	  Tokyo	

UoT  is  50  MW  electric  power  consumer	• UoT	  consumes	  the	  1/1000	  power	  of	  Tokyo	  Electric	  Power	  Company	  • Hongo	  campus	  is	  known	  as	  the	  worst	  CO2	  emission	  organiza=on	  in	  Tokyo	  (at	  least	  in	  the	  past).	  
• 50	  MW	  corresponds	  to	  the	  consump=on	  of	  the	  houses	  of	  Bunkyo-­‐ward	  of	  Tokyo.	  
• How	  big	  is	  50	  MW	  ?	  
• 50	  MW	  can	  boil	  100ℓ	  water	  in	  1	  second.	  
• 50	  MW	  can	  make	  250	  ton’s	  train	  to	  100km/h	  in	  2	  seconds.	  
• 50	  MW	  x	  1	  hour	  costs	  10,000	  USD	  	  	  (if	  1kWh	  is	  24JPY).	  M9.0  Earthquake  in  Japan	
• 2011-­‐03-­‐11	  14:46,	  M9.0	  earthquake	  aaacked	  the	  east	  side	  of	  Japan.	  
• Tsunami	  hit	  the	  coast	  line	  around	  16:00,	  and	  destroyed	  many	  ci=es,	  villages,	  power	  plants	  …	  .	

Cite:	  hap://f.hatena.ne.jp/yonta24/20110312145623	

Cite:	  hap://www.防災グッズ通販.biz/tsunami.html	

hap://www.youtube.com/watch?v=v6C09V0PcFI	
hap://www.youtube.com/watch?v=NW7vENdDu1o	4	Severe  Electric  Power  SituaGon  cased  by  Tsunami  disaster	2.	  Huge	  Tsunami	  hit	  (38[m]	  high	  in	  Miyako-­‐city)	

1.	  Earthquake	  (M9.0)	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  11th	  Mar.	  2011	

3.	  Damaged	  Power	  Plants	  (for	  Tokyo
Fukushima	  Daiichi	  Power	  Plant	  (nuclear)	
Fukushima	  Daiini	  Power	  Plant	  (nuclear)	
Hirono	  Power	  Plant	  (thermal)	
Tokai	  Daini	  Power	  Plant	  (nuclear)	
Hitachinaka	  Power	  Plant	  (thermal)	
Kashima	  Power	  Plant	  (thermal)	

Tokyo	

4.	  We	  have	  faced	  	  	  	  “shortage	  of	  electric	  power”.	  
5	Load  Shedding  (Rolling  Blackout)	
Blackout	  Area	  Groups	Blackout	  Schedule	

6	

Load  Shedding  on  23rd  March    (12days  aUer  the  earthquake)	
Power	  Supply	  Capacity	

7	

(Maximum	  1	  hour)Power	  Usage	  [[	  kWh]kW	  ]	

Great  Impact  to  the    Electric  Power  Usage	

Eng.	  Bldg.	  2	  University	  of	  Tokyo	

1,400
1,200
1,000
800
600
400
2000

Earthquake	  (M9.0)	  hit	  Japan!!	

AprJulOct
2010

JanApr2011 8	Severe  Power  SituaGon  ConGnued  …	
• Load	  Shedding	  finished	  aNer	  28th	  March.	  	  • Con=nued	  17days	  aNer	  the	  earthquake.	  

• Spring	  season	  (April,	  May,	  June)	  was	  OK.	  
• People	  don’t	  use	  electricity.	  

• Another	  crisis	  was	  coming	  in	  the	  summer	  season	  (July,	  August,	  September).	  
• Recovery	  of	  power	  plants	  needs	  a	  lot	  of	  =me.	  	  • Japanese	  government	  forced	  us	  “15%	  power	  saving”.	  
• The	  University	  of	  Tokyo	  declared	  “30%	  power	  saving”.	  
9	30  %  power  saving  …    How  ?	
• Turn	  oﬀ	  lights	  • Set	  air	  condi=oner	  to	  28	  ℃ (in	  summer)	  • Migra=on	  of	  servers	  to	  virtual	  machines	  …	  • Shutdown	  unnecessary	  computers	  …	  	  • Shutdown	  vending	  machines	  …	  • Shutdown	  elevators	  …	  • Shutdown	  TV	  monitors	  …	  • Shutdown	  …	  • Stop	  working	  …	  Too	  Much	  ?	  	  Enough	  ?	  
Need	  More	  ?	

• People	  (in	  the	  University)	  realized	  the	  importance	  of	  	  • Real=me	  Power	  Management	  • Real=me	  Annoucement	  to	  People	  • Not	  only	  summarized	  informa=on,	  but	  in	  detail	

10	

Requirements  to  the  System  (The  University  of  Tokyo’s  Case)	
• Visualize	  the	  electricity	  usage	  of	  5	  Campuses	  on	  the	  Web	  See:	  hap://ep-­‐monitor.adm.u-­‐tokyo.ac.jp/campus/denryoku	

• Real=me	  (update	  every	  hour)	  • As	  many	  buildings	  as	  possible	  • The	  service	  should	  start	  at	  the	  beginning	  of	  July	  (only	  2	  months	  leN	  at	  that	  moment).	  
11	

Monitoring  targets  (Hongo  campus  case)	

More	  than	  100	  buildings	  !!	  

How	  can	  we	  deploy	  metering	  infrastructure	  in	  2	  or	  3	  months	  ??	  
12	

Key Success Factor 1：  Ge\ng  power  data  from  electrical  substaGon	

cite:	  hap://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2a/	  	  	  Inokashira_line_kugayama_electrical_substa=on.JPG	

There	  is	  a	  big	  transformer	  	  in	  this	  building	  (Hongo	  campus).	  
13	

Power  data  available  at  the  substaGon	

6600V	  power	  supply	  areas	  (23	  lines)	  Power	  monitoring	  for	  accoun=ng	  (about	  200	  points)	  (Note)	  This	  diagram	  is	  just	  a	  sample,	  and	  does	  not	  really	  correspond	  to	  the	  loca=ons	  above.	

14	

Key Success Factor 2:  Pu\ng  the  power  data  on  the  Internet  with  IEEE  1888  protocol	
1200m	
Applica=on	  1	  (Tool)	  Data	  Storage	  600m	

IEEE1888	

IEEE1888	

Applica=on	  2	  (Tool)	  IEEE1888	

The	  Internet	

6600V	  power	  supply	  areas (23 lines)
Power	  monitoring	  for	  accounting	  (about	  200	  points)(Note)	  This	  diagram	  is	  just	  a	  sample,	  and	  does	  not	  really	  correspond	  to	  the	  locations	  above.

Supply	  power	  to	  the	  Campus	

IEEE1888	

Gateway	  CSV	HITACH	30,000	  kW	  	  Substa=on	  (66kV	  à	  6600V)	

for	  Hongo	  Campus	

CSV	

MITSUBISHI	BNET	

Smart	  Meters	  	  (100V,	  200V)	

15	

IEEE1888  System  Architecture	
APP:	  Applica7on	  GW:	  Gateway	

For	  Management	  of	  GWs,	  Storages,	  APPs	  User	  Interface	  Repor=ng	  Data	  Analysis	  Command	  Submission	  Data	  Archive	  TCP/IP	  Network	  HTTP	  and	  XML	
Virtualiza=on	  of	  Sensor/Actuator	  Not	  always	  TCP/IP	IEEE1888  Message  Example	
(conceptual)	
<transport>	  	  	  <body>	  	  	  	  	  <point	  id=“hap://gw.espdragon.jp/u-­‐tokyo/hongo/hismac/019/1h”>	  	  	  	  	  	  	  <value	  =me=“2015-­‐02-­‐21T08:00:00+09:00”>17900</value>	  	  	  	  	  </point>	  	  	  	  <point	  id=“hap://gw.espdragon.jp/u-­‐tokyo/hongo/hismac/110/1h”>	  	  	  	  	  	  	  <value	  =me=“2015-­‐02-­‐21T08:00:00+09:00”>430</value>	  	  	  	  	  </point>	  	   	  <point	  id=“hap://gw.espdragon.jp/u-­‐tokyo/hongo/hismac/118/1h”>	  	  	  	  	  	  	  <value	  =me=“2015-­‐02-­‐21T08:00:00+09:00”>730</value>	  	  	  	  	  </point>	  	  	  	  	  <point	  id=“hap://gw.espdragon.jp/u-­‐tokyo/hongo/hismac/122/1h”>	  	  	  	  	  	  	  <value	  =me=“2015-­‐02-­‐21T08:00:00+09:00”>370</value>	  	  	  	  	  </point>	  	  	  </body>	  </transport>	

Total	  Power	Feeder	  A	  (Area	  A)	Feeder	  B	  	  (Area	  B)	Feeder	  C	  	  (Area	  C)	17	

IEEE1888  Gateway    for  translaGng  proprietary  protocol  into  IEEE1888	

18	Vender	  Speciﬁc	  Protocol	  and	  Data	  Formats	  à	  IEEE1888	  Protocol	IEEE1888  Storage  for  archiving  collected  data  on  the  Internet	

19	

IEEE1888  ApplicaGon  for  power  management  by  area	

hap://ep-­‐monitor.adm.u-­‐tokyo.ac.jp/areamap/	20	

IEEE1888	  Applica=on	  For	  power	  management	  by	  =me	Zoom	Visualiza=on	  Page	

21	IntegraGon  of  Five  Campuses  (1/2)	
Kashiwa	  (not	  yet	  as	  of	  end	  of	  May)	

Hongo	  (done	  in	  end	  of	  May)	

Shirokane	  (not	  yet	  as	  of	  end	  of	  May)	

Komaba	  II	  (not	  yet	  as	  of	  end	  of	  May)	

Komaba	  I	  (not	  yet	  as	  of	  end	  of	  May)	

We	  have	  to	  integrate	  before	  July	  !!	  	  Only	  one	  month	  leN	  !!	  	 22	IntegraGon  of  Five  Campuses  (2/2)	
• Diﬀerent	  campuses	  have	  diﬀerent	  vendors’	  meters	  • HITACHI,	  MITSUBISHI,	  TOSHIBA,	  KINKEI,	  Panasonic,	  Takaoka,	  A-­‐building,	  Meidensha…	  • Diﬀerent	  types	  of	  data	  and	  interface	  • CSV	  +	  SMB	  protocol	  • CSV	  +	  FTP	  protocol	  • UDP	  • SQL	  access	Campus	  A	Campus	  B	Campus	  C	Campus	  D	23	

Key  Success  Factor  3:    TranslaGon  into  the  standard  (=  IEEE1888)	
• Generaliza=on	  into	  IEEE1888	  (with	  Gateways)	  • Data	  management	  and	  visualiza=on	  on	  the	  general	  framework	  • Enabled	  short-­‐term	  deployment	  (only	  1	  month:	  June)	  Visualiza7on	  Service	  Provider	Archive	  and	  Share	

IEEE1888	  App	  IEEE1888	  Storage	  Esaki	  Lab	CIMX	  IEEE1888	

IEEE1888	

The	  Internet	
IEEE1888	

IEEE1888	  GW	IEEE1888	

IEEE1888	  GW	IEEE1888	

IEEE1888	  GW	IEEE1888	

IEEE1888	

IEEE1888	  GW	IEEE1888	  GW	TOSHIBA	

MEIDENSHA	

特高受電	

特高受電	

Kashiwa	
Campus	

Shirogane	Campus	

ALTER	  BUILDING	HITACH	MITSUBISHI	KINKEI	  PANASONIC	TAKAOKA	
特高受電	

集中検針	

Hongo	
Campus	

受電設備	

KomabaⅠ	Campus	

特高受電	

Komaba Ⅱ	Campus	

24	

Power  Usage  VisualizaGon  (show  by  campus)	

hap://ep-­‐monitor.adm.u-­‐tokyo.ac.jp/campus/denryoku	

Hongo	  Campus	
Komaba	  I	  Campus	

Komaba	  II	  Campus	

Shirokane	  Campus	

Kashiwa	  Campus	

25	

Three-­‐Layer	  Visualiza=on	
entry	

Top	  Layer	  (show	  by	  Campus)	  Portal	  Site	

Middle	  Layer	  (show	  by	  Area)	

Internal	

Boaom	  Layer	  (show	  by	  building)	
26	

Result  and  Conclusion	• There	  were	  no	  rolling	  blackout	  in	  the	  summer.	  
• Ac=ons	  were	  made	  based	  on	  the	  real=me	  data.	  
• We	  could	  point	  out	  the	  hotspot	  	  • Appropriate	  energy	  savings	  (not	  too	  much)	  were	  made.	  	  • Power	  Management	  Infrastructure	  of	  the	  University	  of	  Tokyo	  • Data	  collec=on	  from	  July	  2011	  is	  con=nued.	  
• Demand	  response	  ac=vi=es	  (based	  on	  alarm	  and	  broadcas=ng)	  are	  made	  in	  summer.	  
27	InstallaGon  in  Tokyo  InsGtute  of  Technology	
Tokyo	  Ins=tute	  of	  Technology	  EEI	  Building	  4570	  Solar	  Panels,	  650kW	

Facility	  Management	  with	  IEEE1888	  protocol	

Cite:	  hap://www.nadatacs.co.jp/news/20121204.html	

28	

Why  Green  ICT  ?	
World	  energy	  usage	  in	  25	  years	  (65%	  increased)	

*	  Concern	  ・ Natural	  Resources	  ・ Global	  Warming	*	  Important	  Goals	  ・Management	  of	  Energy	  Usage	  	  	  	  	  	  (e.g.,	  Electric	  Power)	  ・Use	  of	  Renewable	  Energy	  	  	  	  	  	  (e.g.,	  Wind,	  Solar	  Power)	

*	  Technology	  ICT	  Infrastructure	  1988	 Cite:	  BP	  Sta=s=cal	  Review	  of	  World	  Energy	  2014	 2013	

(intelligent	  control)	  29	

Deployment  in  2  months	
M9.0	  Earthquake	
Load	  Shedding	  (Rolling	  Blackout)	

Deadline	

Decision	

Visualiza=on	  Development	Gateway	  Development	

Hongo	  Campus	  (Pilot	  Project)	

Visualiza=on	  Exten=on	
Gateway	  Development	

March	April	May	

June	

Extension	  to	  	  Five	  Campuses	

July	30