Kiinteistökohtaisella mikroverkolla toteutetun kysynnän jouston potentiaali

Abstract

Viime vuosina energian tuotantoa on Suomessa muutettu hiilettömämpään ja päästöttömämpään suuntaan. Tähän on pyritty lisäämällä uusiutuvan energian määrää sekä parantamalla energiatehokkuutta. Nämä muutokset ovat aiheuttaneet vaihtelua sähkön tuotannon ja kulutuksen välille. Aurinko- ja tuulienergian osuuden kasvaessa, ovat myös tuotannon tarpeet muuttuneet. Sääolosuhteista riippuvaiset energiantuotantomuodot vaativat rinnalleen säätövoimaa, jolla pyritään saavuttamaan tasapaino sähkön kulutuksen ja tuotannon välille. Säätövoiman määrän tarvetta voidaan vähentää kysynnän jouston avulla. Kysynnän joustolla voidaan leikata kulutushuippuja ja siirtää niitä toisiin ajankohtiin.

Diplomityön tavoitteena oli selvittää mikroverkoilla toteutetun kysynnän jouston potentiaalia Suomessa. Tavoitteena oli selvittää kysynnän jouston tuomia taloudellisia hyötyjä Suomessa, kun osa kiinteistön sähkön tarpeesta tuotetaan aurinkopaneeleilla. Lisäksi tuli arvioida kysynnän jouston potentiaalia asiakkaan ja palveluntarjoajan näkökulmasta.

Työn rakenne on jaettu kahteen osaan niin, että ensin tarkastellaan kysynnän jouston mahdollisuuksia ja toteutustapoja. Lisäksi esitellään kysyntäjousto palvelu sekä laskentatyökalu, jolla kannattavuuslaskelmat suoritetaan. Toisessa osassa esitellään esimerkkinä toimiva kohdekiinteistö, jolle kannattavuuslaskelmat suoritetaan, sekä käydään läpi tarvittavat lähtöarvot kysynnän jouston mallinnusta varten. Tämän jälkeen esitetään kannattavuuslaskelmien tulokset sekä niiden perusteella tehdyt päätelmät.

Kannattavuuslaskelmien perusteella voitiin arvioida kysynnän jouston kannattavuutta. Kun kysynnän jousto on toteutettu mikroverkoilla ja sähköä tuotetaan aurinkopaneeleiden avulla, voidaan mallinnusten avulla löydetyissä optimaalisimmissa tapauksissa saavuttaa kohtuullinen takaisinmaksuaika sekä tuotto. Näissä tapauksissa kysynnän jouston toteuttaminen on kannattavaa sekä asiakkaan että palveluntarjoajan näkökulmasta. Suomen rakennnuskantaan verratessa voidaan todeta, että työssä saavutetut laskentatulokset ovat toistettavissa myös muissa suuren kokoluokan kiinteistöissä, mikäli sähkönkulutus on riittävän suurta. Lisäksi työssä esitellään myös toinen mahdollinen liiketoimintamalli, jossa kysynnän joustoa toteutetaan yhdessä usean asiakkaan kanssa. Tässä liiketoimintamallissa myös pienemmän sähkönkulutuksen omaavat kiinteistöt voitaisiin lisätä kysynnän jouston käyttäjiin.

Over the past couple of years Finnish energy production has been moving towards carbon-free and emission-free production. These goals have been achieved by increasing the use of renewable energy as well as by improving energy efficiency. The implementation of these changes has caused variation between electricity supply and demand. While the share of solar and wind energy increases, the needs regarding electricity production have changed. Weather-dependent forms of energy production need support from flexible energy production achieve a balance between electricity supply and demand. The need of flexible energy production can be reduced by the using demand response system (DR) aiming to cut down consumption peaks and to shift them to other times.

The purpose of this thesis was to evaluate microgrid-produced DR potentialities in Finland. The aim was to find out eventual economic benefits of demand response system in Finland, while part of the household’s electricity needs is covered by solar panels. Additionally, the potential of demand response has been assessed from customers and electricity operator’s perspective.

This thesis will be divided into two parts. The first part will present an overview of demand response system benefits and energy transmission methods. Additionally, demand response service and cost component calculation tools will be introduced. The second part of this thesis will present an example of a building used as a simulator for studies, calculations and used parameters. The second part will also describe the outcome of profitability analysis, calculations and conclusions.

By using the profitability calculations, profitability of the demand response system could be assessed. Based on the study results produced by simulator building, it has been demonstrated that when the demand response system is generated by microgrids while electricity is produced by solar panels, a reasonable payback period as well as a profit can be achieved. In these cases, implementing demand response is beneficial for both clients and suppliers. Comparing these findings to Finnish construction planning, we can conclude that the used calculations can be repeated and re-applied to bigger households if electricity consumption is high enough. In addition, another possible demand response business model which combines several customers into bigger pools has been presented. In this business model, households with lower electricity consumption could also be shifted to demand response system.