Energiayhteisöt ja sähköautojen latauspalvelut aggregoituna virtuaalivoimalaitoksena

Abstract

Uusiutuvan energian hyödyntäminen sähköntuotannossa kasvaa jatkuvasti. Koska tällainen tuotanto ei ole tasaista, tarvitaan kulutukseen myös joustoa. Tämän vuoksi kehitetään sähkön reservimarkkinoita ja uusia reservikohteita etsitään jatkuvasti. Vuonna 2021 voimaan tulleen asetusmuutoksen ansiosta myös kotitaloudet ja yhteisöt voivat muodostaa energiayhteisöjä. Energiayhteisöt mahdollistavat siihen osallistuville säästöjä, kun energian kulutusta voidaan tasata yhteisön sisällä. Energian varastoinnin merkitys myös kasvaa. Koska samaan aikaan myös ladattavien sähköautojen määrä on kasvussa, voidaan autojen akustoja käyttää tarvittavana säätövoimana sähköverkossa.

Tutkimus vastaa seuraaviin tutkimuskysymyksiin: Miten energiayhteisö toimii virtuaalivoimalaitoksena? Miten sähköautojen latauspalvelut toimivat virtuaalivoimalaitoksena? Miten sähköautojen latauspalvelut toimivat osana energiayhteisöjä?

Työ toteutettiin systemaattisena kirjallisuuskatsauksena. Tutkimukset olivat pääsääntöisesti tapaustutkimuksia, joista monet oli toteutettu simuloimalla.

Tutkimuksista selvisi, että yhteisöt perustuvat paikallisiin tarpeisiin ja niille on ominaista kansalaisten vahva osallistuminen ja yhteisön hyötyjen jakaminen. Energiayhteisöjen päätarkoituksena on vähentää yhteisön riippuvuutta ostosähköstä. Energiayhteisön jäsenet sijaitsevat tyypillisesti fyysisesti lähellä toisiaan. Kauempana toisistaan sijaitsevien jäsenten liittyminen yhteen virtuaalivoimalaitosten avulla on vielä harvinaista nykyisten säädösten ja säätelyyn liittyvän epävarmuuden vuoksi.

Energiayhteisöissä käytetään tutkimuksen mukaan akkuja energian varastointia varten. Vain paikallisessa omakäytössä energian varastointiin käytettävät akut eivät ole kuitenkaan tällä hetkellä taloudellisesti kannattavia. Yhteisessä käytössä olevat akkuvarastot sitä vastoin ovat jo kannattavia. Lisäksi akkujen käyttö tukkumarkkinoilla parantaa niiden taloudellista kannattavuutta. Jos käytössä on paljon tuulivoimaa, ovat varastointilaitteet ja joustava kysyntä avainasemassa, kun halutaan välttää tuotannon rajoittamista.

Tutkimuksia, jotka käsittelivät nimenomaan sähköautojen latauspalveluita virtuaalisena voimalaitoksena, löytyy vain vähän. Yleensä latauspalvelut onkin yhdistetty osaksi muuta energiayhteisön toimintaa. Tällöin sähköautojen latauspalveluita on mahdollista käyttää synkronoituna energiantuotannon ja kuorman kanssa.

Tutkimuksissa selvisi, että sähköautojen lataaminen edullisemmin auttaa vähentämään uusiutuvien energialähteiden liian suuresta tuotannosta johtuvaa sähköntuotannon supistamisen tarvetta. Sähköautot toimivat myös akkuvarastona, mikä mahdollistaa omaa tuotantoa omaavassa yhteisössä maksimaalisen paikallisen omakäytön. Tutkimusten tulokset osoittavat, että sähköautojen optimaalinen ohjausstrategia johtaa kotitalouksien energiakustannusten ja sähköautojen akkujen vanhenemisen huomattavaan vähenemiseen verrattuna perustapaukseen.

Yhteenvetona voidaan todeta, että uusiutuvan energian lisääntyvä määrä lisää tarvetta joustavalle kulutukselle. Tällaista joustoa voidaan saada energiayhteisöjen muodostamista virtuaalivoimalaitoksista. Sähköautojen määrän räjähdysmäinen kasvu viime vuosina tarjoaa mahdollisuuden niiden latauspalveluiden käytöstä kulutusjoustona sekä energiavarastona.

The use of renewable energy in electricity production is increasing constantly. Since that kind of production is not constant, flexibility in consumption is also needed. Because of this, the electricity reserve market is being developed, and new reserves are constantly being sought. There was an amendment to the regulation that came into force in 2021. Because of that households and communities can now form energy communities. Energy communities enable savings for those participating in them, as energy consumption can be balanced within the community. Energy storage is also increasing its importance. At the same time, number of electric vehicles being charged is also growing. Car batteries can be used as the necessary regulation of power in the electricity grid.

The study answers the following research questions: How does an energy community function as a virtual power plant? How do electric vehicle charging services function as a virtual power plant? How do electric vehicle charging services function as part of energy communities?

This work was done as a systematic literature review. The research was mainly case studies, and many were carried out by simulation.

The research revealed that communities are based on local needs and typical for them is strong citizen participation and sharing of community benefits. The primary purpose of energy communities is to reduce the community’s dependence on purchased electricity. Energy community members are typically located physically close to each other. Connecting members located further apart using virtual power plants is still rare. That is caused by current regulation and regulatory uncertainty.

Research shows that it is also possible to use batteries for energy storage in energy communities. However, batteries used only for local self-use are not yet economically viable. On the other hand, shared battery storage is already profitable. Using batteries for the wholesale market improves their economic profitability. If there is a lot of wind power used, storage devices and flexible demand are key if limiting production wants to be avoided.

There are only a few research found that are specifically examining electric vehicle charging services as a virtual power plant. Charging services are usually integrated into other activities of the energy community. In this case, electric vehicle charging services can be used in synchronization with energy production and load.

The research revealed that charging electric vehicles cheaper helps to reduce the need to limit electricity production due to excessive production of renewable energy sources. Electric vehicles can also be used as battery storage, which enables maximum local self-consumption in a community with self-production. The results of the study show that an optimal control strategy for electric vehicles leads to a significant reduction in household energy costs and the aging of electric vehicle batteries compared to the base case.

In summary, the increasing amount of renewable energy increases the need for flexible consumption. Virtual power plants formed by energy communities can provide that kind of flexibility. The explosive growth in the number of electric vehicles in recent years offers the opportunity to use their charging services as demand response and energy storage.