91ÊÓÆµ

I Sverige finns en möjlighet att ha en mycket stor andel förnybar kraftproduktion.

Vi vet att vi måste förändra samhället för att minska koldioxidutsläppen och utsläpp av andra växthusgaser. Den absolut största källan till utsläpp av växthusgaser orsakas runt elproduktionen. Sektorn har historiskt förlitat sig på fossila energikällor (sten- och brunkol, olja och naturgas) på grund av dessa källors kortsiktiga fördel med hög energitäthet, men också med stor möjlighet att förutse och kontrollera produktionen.

En utmaning med vind- och solkraft är att dessa kraftkällor har en varierande produktion. Om vi vill understödja övergången till ett kraftsystem drivet av förnybara energikällor är det huvudsakliga målet att utveckla möjligheten att synkronisera elproduktionen och elanvändningen.

Syfte

Vårt forskningsprojekt ger insikt i hur framtidens elanvändare kan bidra med flexibel elanvändning utifrån sin tidsberoende priselasticitet. Vi undersöker både elanvändarnas intention (beteendeekonomi) och kapacitet (den tekniska) att använda el flexibelt och reagera på incitament från elmarknaden och dess aktörer. På så sätt undersöker vi också elanvändarnas möjlighet att understödja en ökad andel förnybar kraftproduktion.

Forskningsresultat

Ett elkraftsystem med en ökande andel förnybara energikällor kräver tillräckligt med flexibilitet. En typ av flexibilitet för framtidens elkraftsystem utgörs av flexibel el-förbrukning. Begreppet efterfrågesvar beskriver användningen av efterfrågeflexibilitet för att tillhandahålla tjänster till elkraftsystemet. För detta syfte måste aktörer på marknaden, såsom elhandlare, nätoperatörer och aggregatorer, utvärdera hur de ska interagera eller utveckla sin nuvarande interaktion med elkunder. Denna utveckling studeras från ett nuvarande- och näraframtidsperspektiv, såväl som från ett mer långsiktigt perspektiv, för att utreda aktörernas strategiska möjligheter.

För en leverantör av efterfrågeflexibilitet är det mest ekonomiska sättet att tillhandahålla flexibilitet på elmarknaderna att delta på flera marknader samtidigt och därmed tillhandahålla multitjänster. Med fokus på de nordiska elmarknaderna utgör det samtidiga tillhandahållandet av energiarbitrage och frekvensreserver den mest ekonomiska marknadsportföljen för en leverantör med tillgångar av lagringstyp. Specifikt är de metoder som utvecklats i den ena delen av detta projekt tillämpliga för en riskobenägen leverantör som syftar till att maximera sin vinst för nästa dag genom att lägga bud på energi- och frekvensreservmarknaderna. Utöver detta, utreder den andra delen av detta projekt elkunders attityder och förväntningar med en kombinerat kvantitativt och kvalitativt tillvägagångssätt för att studera de strategiska möjligheterna för leverantörerna utifrån det kortsiktiga samt det långsiktiga perspektivet.

Den operativa verksamheten hos en leverantör av efterfrågesvar beskrivs genom stokastisk optimering av buden under osäkerhet från priser, temperaturer, beteenden och modellfel. En generell virtuell batterimodell för samtidig budgivning på flera marknader i dag framåt är utvecklad för tre tillämpningar; Termostatstyrda laster (TCL), elektriska fordon (EV) och ett massa- och pappersbruk (PPM). Genom tillämpning av modellerna på elkraftsystem, pris, temperatur och lastdata kvantifieras potentialen och energiflexibiliteten hos de tre studerade lasttyperna. Denna forskning bidrar med beslutsstödverktyg för leverantörer av efterfrågesvar som deltar i energi- och frekvensreservmarknader (FCR-N). Huvudfokus för de utvecklade algoritmerna är att möjliggöra optimala framtida bud för en riskobenägen leverantör av efterfrågesvarunder olika osäkerhetskällor. Dessutom undersöks inverkan av marknadsparametrar såsom ledtid och avtalsperiod.

Aktörer som interagerar med elkunder står inför en utmaning i att hantera framtida interaktion med kunder som har väldigt olika uppfattning om hur deras flexibilitet kan göras nyttig. Om vi jämför scenarier för aktörernas framtida interaktion med elkunder med den nuvarande interaktionen, där hushåll och elintensiva industrier idag utgör extremerna, ter sig dagens hantering av hushåll och elintensiva industrier inte speciellt olika längre. Den framtida interaktionen kompliceras av att aktörerna kommer behöva implementera dynamiska element i sina erbjudanden samt integrera ny teknik för information och kommunikation tillsammans med kunderna. För elintensiva industrier kommer integritet att vara en begränsande faktor för efterfrågeflexibiliteten, medan integritet är mer av ett temporärt hinder för integreringen av ny teknik med övriga kunder.

Läs slutrapport här

Publikationer

Doktorsavhandling

Lars Here (2020). .

Vetenskapliga publikationer

L. Herre, J. L. Mathieu and L. Söder, "," IEEE Transactions on Power Systems, 2020.

L. Herre, S. Kazemi and L. Söder, "," IET Generation, Transmission & Distribution, 2020.

L. Herre, F. Tomasini, K. Paridari, L. Söder and L. Nordström, "" in Applied Energy, 2020.

L. Herre, B. Nourozi, M. R. Hesamzadeh, L. Söder and Q. Wang, "" under review in IEEE Transactions on Power Systems.

L. Haglund, T. Kovala, and C. Lindh, “”, Int. J. Management and Decision Making, vol. 18, no. 2, pp. 209–227, 2019.

L. Herre, T. Matusevicius, J. Olausson, L. Söder, "," IET Renewable Power Generation, 2019.

I. Dimoulkas, P. Mazidi and L. Herre, “" International Journal on Forecasting, 2018.

T. Kovala, F. Wallin and A. Hallin. “”, Energy Procedia, 2016, 88: 595-599.

Konferensbidrag

L. Herre, "," (in 17th International Conference on European Energy Market, 2020, pp. 1-6.

Khodadadi, L. Herre, P. Shinde, R. Eriksson, L. Söder and M. Amelin, "" in 17th International Conference on European Energy Market, 2020, pp. 1-6.

L. Herre, "," in 17th International Conference on European Energy Market, 2020, pp. 1-6.

L. Herre, F. Tomasini and K. Paridari, in 16th International Conference on European Energy Market (EEM), Ljubljana, 2019.

L. Herre, J. Dalton and L. Söder, "" in 13th IEEE PowerTech 2019, 23-27 June, Milano, Italy, 2019.

J. Dalton, L. Herre, L. Söder, "," in 2nd e-Mobility Integration Symposium, Stockholm, 2018.

L. Herre, J. Mathieu, L. Söder, "," in 20th IEEE Power System Computation Conference (PSCC), Dublin, 2018.

I. Dimoulkas, L. Herre, E. Nycander and M. Amelin, "A hybrid model based on symbolic regression and neural networks for electricity load forecasting," in International Conference on the European Energy Market, EEM, 2018

L. Herre, T. Matusevicius and L. Söder, "," in 16th International Workshop on Large-Scale Integration of Wind Power into Power Systems as well as on Transmission Networks for Offshore Wind Power Plants, Berlin, 2017. (Best Paper Award)

L. Herre and L. Söder, "," in 12th IEEE PowerTech, Manchester, 2017.

I. Dimoulkas, P. Mazidi and L. Herre, "," in 14th International Conference on the European Energy Market (EEM), Dresden, 2017.

T. Kovala, ”?” [POSTER], in IMIT PhD candidate poster competition @ 5th annual conference of ScAIEM 2017, Trondheim, 2017.

L. Herre, T. Kovala, L. Söder, C. Papahristodoulou, "," in Swedish Association for Energy Economics Conference 2016, Luleå, 2016.

L. Herre and L. Söder, "," in 13th International Conference on the European Energy Market (EEM), Porto, 2016.

T. Kovala, “” [POSTER], in HUB 2016, Västerås, 2016.

T. Kovala, ””, in Arctic PhD workshop at the 4th annual conference of ScAIEM 2016, Luleå, 2016.

F. Wallin, D Torstensson, T. Kovala, A. Sandberg, “”, in IEEE Power and Energy Society (PES) General Meeting 2016, Boston, 2016.

T. Kovala, F. Wallin and A. Hallin, “”, in Applied Energy Symposium and Summit 2015 (CUE2015), Fuzhou, 2015.

Personer i projektet

Doktorand

  • Mälardalens högskola

Projektledare

Lennart Söder, professor, KTH

Övriga projektdeltagare

  • Lars Herre, doktorand, KTH (har disputerat)
  • Cecilia Lindh, universitetslektor, Mälardalens högskola
  • Emilia Rovira Nordman, universitetslektor, Mälardalens högskola
  • Christos Papahristodoulou, universitetslektor, Mälardalens högskola
  • Fredrik Wallin, universitetslektor, Mälardalens högskola
  • Tommy Kovala, PhD Student, Mälardalens högskola

Projektpartners

  • Kungliga Tekniska högskolan (KTH)
  • Mälardalens högskola

Bakgrundsinformation

I Sverige finns en möjlighet att ha en mycket stor andel förnybar kraftproduktion.

Vi vet att vi måste förändra samhället för att minska koldioxidutsläppen och utsläpp av andra växthusgaser. Den absolut största källan till utsläpp av växthusgaser orsakas runt elproduktionen. Sektorn har historiskt förlitat sig på fossila energikällor (sten- och brunkol, olja och naturgas) på grund av dessa källors kortsiktiga fördel med hög energitäthet, men också med stor möjlighet att förutse och kontrollera produktionen.

En utmaning med vind- och solkraft är att dessa kraftkällor har en varierande produktion. Om vi vill understödja övergången till ett kraftsystem drivet av förnybara energikällor är det huvudsakliga målet att utveckla möjligheten att synkronisera elproduktionen och elanvändningen.

Hur kan vi som individer stödja denna utveckling?

Ett stort antal apparater i hushållet använder stora mängder energi, vilket påverkar vårt kraftsystem när de används vid samma tidpunkt. Istället skulle användningen av dessa apparater kunna spridas ut över längre tid eller flyttas till andra tidpunkter, utan att påverka vardagens komfort. Exempelvis skulle diskmaskiner, tvättmaskiner, torktumlare, eluppvärmning och elbilar kunna användas på detta sätt. Ett antal leverantörer erbjuder redan idag apparater som är ”Smart Grid redo”. Dessa apparater har möjlighet att utnyttja sin inneboende flexibilitet och automatiskt flytta elanvändningen till tidpunkter som är ekonomiskt gynnsam för hushållet och därför också gynnsam för förnybar elproduktion i kraftsystemet. I vissa fall behövs också förändringar av elmarknaden eller nya typer av elavtal.

Hur kan detta gå till?

Om vi antar att du åker till jobbet 08:00 på morgonen, och kommer hem runt 17:00. Efter frukosten fyller du diskmaskinen och startar den. Men istället för att börja omedelbart när du startar den, väljer diskmaskinen själv när det är mest fördelaktigt att börja diska, med kravet att den ska vara färdig 17:00. Utan att påverka vardagens komfort, resulterar denna enkla lösning i en minskad börda för kraftsystemet när många apparater och hushåll deltar på liknande sätt. Andra apparater har ännu större potential än diskmaskinen. Hushållens eluppvärmning kan ensamt bidra med att flytta 7.4 GW el från tidpunkter med brist på förnybar el, alltså ungefär en tredjedel av Sveriges totala elanvändning. För att nå ett sådant gynnsamt scenario, där vi som individer kan bidra i ett framtida förnybart kraftsystem och minska våra koldioxidutsläpp, måste elmarknaden vara funktionell för detta syfte. Denna utveckling sker redan idag, men för att balanseringen och marknaden ska bli så optimal som möjligt behövs mer information kring vår möjlighet att använda el mer flexibelt, t.ex.:

  • Hur mycket elanvändning kan du förlägga tidigare eller senare vid behov?
  • Hur mycket skulle du kräva i ekonomisk kompensation för att flytta din elanvändning? Skiljer det sig beroende på tid på dygnet? (tidsberoende priselasticitet)
  • Vid vilken tid behöver diskmaskinen, tvättmaskinen, torktumlaren, osv. vara klar?
  • Om du inte vet när den behöver vara klar, när planerar du detta och kan veta det med större säkerhet?
  • Vid vilken tid kommer du behöva använda din elbil nästa gång?
  • Inom vilket temperaturområde vill du ha hushållets inomhustemperatur?

Läs mer om FoES

Taggar