Feasibility study of demand response solutions among utility company's available assets for combined PV and wind energy production

Abstract

This thesis examines the theoretical potential of demand response in the Finnish capital region and studies the feasibility of selected demand response assets in system scenarios where production consists solely of stochastic renewables. The cost efficiency of these assets is also studied in this work. This thesis is written based on Finnish power grid data in the capital region. As electricity generation is switching to renewables the need for system-level flexibility arises due to weather dependency of the generation. The rapidly growing stochastic energy production causes problematic situations for the electricity grid and electricity markets. One way of mitigating some problems caused by fluctuations in electricity generation from these sources is to use a customer-based demand response program to provide flexibility to the system and, at the same time add benefits to all stakeholders. Demand response programs have been tested in various pilot projects and utilized widely as flexibility services. However, widespread aggregation of these flexibility services is still missing. Possible load groups in the Finnish capital region for widespread customer load aggregation are mapped in this thesis. By implementing a customer-based demand response program into the electricity grid, the grid operation could be balanced to some extent and therefore positively affect transmission losses, bring revenue, and reduce overall problematic situations in the electricity grid.

Tässä diplomityössä tutkitaan kysyntäjouston teoreettista potentiaalia pääkaupunkiseudulla ja tutkitaan valikoitujen kysyntäjoustoon osallistuvien kuormien toteutettavuutta ja sopivuutta erilaisissa sääriippuvaisissa uusiutuvan sähköntuotannon skenaarioissa. Työssä tutkitaan myös valikoitujen kysyntäjoustoon osallistuvien kuormien kustannustehokkuutta osana kulutusjoustoratkaisuja. Tämän opinnäytetyön lähtötietona on käytetty pääkaupunkiseudun kulutuksen mittausdataa, joka on kerätty useammasta lähteestä. Sähköjärjestelmän joustoa on tarvittu ennenkin, mutta sähkön tuotannon siirtyminen pääosin sään mukaan vaihtelevaan tuotantoon lisää jouston tarvetta. Nopeasti tapahtuva siirtymä, luonteeltaan stokastisiin sähköntuotantomenetelmiin aiheuttaa haasteita sähköverkoille, sähkömarkkinoille ja koko sähkön toimitusketjulle. Yhtenä tapana hallita näitä ongelmia on implementoida kulutusjoustomekanismeja joihin loppukäyttäjä voi osallistua, jolloin loppukäyttäjän on mahdollista luoda lisäarvoa kaikille osapuolille. Kysyntäjoustoratkaisuja on testattu useassa pilottiprojektissa ja kysyntäjousto onkin käytössä tietyissä markkinatapauksissa, mutta laajaa kulutusjouston käytäntöönpanoa ei ole vielä olemassa. Laajamittaisilla loppukäyttäjien kysyntäjoustomekanismeilla voitaisiin jossain määrin tasapainottaa tuotantoa ja kulutusta ja samalla luoda lisäarvoa palveluntarjoajille, loppukäyttäjille ja kaikille sähkön toimitusketjun osapuolille.