Kysyntäjousto rakennuksissa

Transkriptio

1

2 Kysyntäjousto rakennuksissa D.Sc. (tech.) Samuli Honkapuro Associate professor LUT School of Energy Systems

3 Traditional versus Smart Grids a transition Source: Navigant Research

4 Electricity Market objectives Sustainability Impacts of RES fuel is free; low variable costs, Impacts on dispatching and operation times of power plants More renewable based production, excellent sustainability Renewable generation More uncontrollable renewable based production having high output variation, new challenges in intermittency, lack of controllable production, lack of inertia RES integration supporting solutions Storages Cost? Customer engagement? Demand response Profitability? Flexible generation Energy is non-limited resource Security of supply is limited resource Need for promote sustainability and flexibility by The restructuring of the market design and energy policy Engaging end user in flexibility promoting services Taking full advantage on potential of IoT Acceptability? New transmission lines Technical requirement; keep power balance in every second Production = consumption

5 Generation vs. demand an example Wind and solar (PV) in northern Germany in 12/2012 MW

6 Hinnan muodostus sähkömarkkinalla Muuttuvat tuotantokustannukset [ /MWh] TARJONTA Hinta 1 Hinta 2 Kaasuturbiini Kun kysyntä pienentyy kysyntäjouston avulla, hinta laskee kaikilla sähkön käyttäjillä Ydinvoima CHP Hiililauhde Tuuli ja aurinko Vesivoima Kysyntä 2 Kysyntä 1 Määrä (MW)

7 Sähköasiakas ja sähköverkko 2030 Nykytilasta visioon Verkko 2018 Verkko 2030 Vahva sääriippuvuus käyttövarmuudessa (tuulet, lumisateet) Heikko mukautuvuus muutosilmiöihin Kahdensuuntainen tehonsiirto Immuuni sääilmiöille (max keskeytysaika 6/36 h) Eri käyttö- ja muutostilanteisiin adaptoituva

8 Pertti Järventausta / TTY, Pirkko Harsia / TAMK, Samuli Honkapuro / LUT

9

10 Arvio sähkötehosta klo 17:00 Suurin osa (~ 3/4) muuta kuin teollisuuden sähkön käyttöä. Viime vuosina varsinaista sähkölämmitystä rakennuksissa on pyritty vähentämään, mutta samaan aikaan rakennusten lämmitysvalintoja ohjataan takaisin sähkönkäytön suuntaan (esim. lämpöpumput). Rakennusten sähkötehontarpeen ja sen hallinnan tulee olla aiempaa keskeisempi osa energiapolitiikkaa ja osa rakentamisen ohjausta. Olemassa olevat kuormat tarjoavat edullisen ratkaisun lisätä järjestelmään joustavuutta ainoastaan säätökapasiteetiksi rakennettavan sähköntuotannon sijaan. Lähde: Pertti Järventausta, TTY

11 Sähkömarkkinoiden murros Kysyntäjousto osana älykästä sähköverkkoa Energiavarastot (sähkö & lämpö) mahdollistetaan järjestelmän kustannustehokas hyödyntäminen Tehopohjaiset tariffit siirryttävä mutta asteittain, koska niillä on moninaisia vaikutuksia Kaksisuuntaisessa, älykkäässä sähköverkossa hyödynnetään dynaamista energian ja tehon hinnoittelua tehotasapainon hallintaan sekä tuntitason että nopean tehoreservin joustona Ohjausautomaation digitaaliset pilvipalvelut & IoT Sähkömittarit mahdollistavat jouston todentamisen ja tuntiperusteisen hinnoittelun. Kysyntäjousto Kuluttaja on aktiivinen osa sähköjärjestelmää ja osallistuu ohjauspalveluiden ja/tai hinnoittelun avulla tehotasapainon hallintaan ja resurssitehokkaan energiajärjestelmän mahdollistamiseen Energiatehokas rakennus suunnitellaan ja toteutetaan mahdollistamaan kysyntäjousto Laitteiden ja järjestelmien resurssitehokas valinta kannustetaan tehopohjaisilla verkkopalvelumaksuilla Energia- ja/tai tehoomavarainen mikroverkko Toimii joustavana osana sähkömarkkinaa ja energiajärjestelmää tai erillisenä saarekkeena Ohjauksen ja automaation avulla hallittua tehon käyttöä Sähköautot osana joustoja: latausta ohjataan älykkäästi ja akkuja hyödynnetään energiavarastona saadaan 95 % ajasta vapaana olevia tehoreservejä järjestelmän osaksi Lähde: Pertti Järventausta / TTY ja Pirkko Harsia / TAMK

12 Rakennusten lämmitystapamuutokset Skenaario lämpöpumppujen lisääntymisestä pientalokannassa Nykytilanteessa Suomen pientaloista maalämpöpumppuja n. 10 %:ssa ilmalämpöpumppuja n. 44 %:ssa Vuonna 2030 pientalokannassa maalämpöpumppuja n. 24 %:ssa ilmalämpöpumppuja n. 48 %:ssa Merkittävä joustoresurssi, jos ohjattavissa Lähde: Gaia Consulting 2017, Lämpöpumppujen vaikutukset sähkötehon tarpeeseen

13 Smart meters in Europe enablers for dynamic pricing

14 Demand response in European countries content/uploads/2017/04/sedc-explicit-demand- Response-in-Europe-Mapping-the-Markets-2017.pdf

15 Kysyntäjousto eri markkinapaikoilla Lähde: Ville Väre, Energiavirasto

16 Theoretical economic potential provided by a 1 MW DER control capacity in years in the Elspot, balancing power, and FCR-D hourly markets Economic benefits of demand response typically increase as response time decrease Day-ahead Intra-hour Almost real-time Valtonen, P. Distributed energy resources in an electricity retailer s shortterm profit Optimization. D.Sc. (tech.) Thesis. LUT 2015

17 Toimenpide-ehdotuksia kysyntäjouston edistämiseksi Kysynnänjoustolle ei ole Suomessa merkittäviä esteitä, mutta sen yleistymistä voidaan edistää erilaisilla toimenpiteillä Kysynnänjouston tuotteistaminen sekä sähkönkäyttäjien informointi Erilaisia palveluita erilaisille asiakkaille Asiakas ei tarvitse joustoa, mutta tarjoaa sitä markkinoille, jos saa tästä riittävän hyödyn (voi olla muutakin kuin rahallista hyötyä) Tiedonsiirtorajapintojen yhtenäistäminen Lainsäädännön, viranomaismääräysten, ohjeiden ja käytänteiden kehittäminen Verkkoliiketoiminnan valvontamalli => jouston hyödyntäminen sähkön toimitusvarmuuden parantamisessa Rakennusmääräykset ja käytännöt => ohjattavuuden huomiointi sähkösuunnittelussa ja asennuksissa sekä ohjausinfrastruktuurin rakentaminen Verotuksen kehittäminen tukemaan joustavuutta ja sähköverkon kaksisuuntaisuutta Ongelmana varastojen kaksinkertainen verotus sekä sähkönhinnasta riippumaton sähkövero

18 Kotitalousasiakkaan sähkön hinnan muodostuminen Arvonlisävero 19 % Hankinta 25 % Energiaperusteinen vero kiinteällä hinnalla Sähkövero 14 % Tyypillisesti vakiohinta energialle (snt/kwh) Tukkumarkkinan hintavaihtelut eivät välity loppukäyttäjälle Myynti 10 % Kantaverkko 3 % Energiaperusteinen hinnoittelu Kustannukset pääosin kiinteitä tai tehoperusteisia Jakeluverkko 29 % Loppukäyttäjän sähkölasku koostuu kolmesta tekijästä; myynti, siirto ja verot Kaikkiin tekijöihin on mahdollista sisällyttää joustoon kannustavia elementtejä Sähkön hintatiedot: Energiavirasto.

19 Yhteenveto Sähköjärjestelmässä tuotannon ja kulutuksen on oltava tasapainossa joka hetki. Tähän tarvitaan jatkossa yhä enemmän myös kulutuksen osallistumista Oleellista ei ole vain kokonaisenergian käyttö, vaan erityisesti sen ajallinen jakautuminen. Energiatehokkuuden rinnalle tehotehokkuus. Energian arvo pienenee, sähkön käytön joustavuuden arvo kasvaa Kysyntäjousto mahdollistaa vaihtelevan uusiutuvan energian integroinnin sähköjärjestelmään ja parantaa samalla energiajärjestelmän luotettavuutta ja resurssitehokkuutta. Kustannustehokas vaihtoehto voimalaitoksille, joita käytetään ainoastaan säätökapasiteetiksi Kysyntäjouston edistäminen edellyttää sekä normi- että hintaohjausta Rakentamisessa energiatehokkuuden rinnalla tulee tavoitella tehotehokkuutta ja kysyntäjoustoa edistävää sähkösuunnittelua. Sähkötehon ohjausmahdollisuudet varmistettava normiohjauksella Dynaaminen hinnoittelu kannustaa tehonkäytön ohjauksen energiajärjestelmän tarpeiden mukaan Kysynnän jousto tapahtuu pääosin automaattisesti, sähkönkäyttäjän aktiivisuutta tarvitaan lähinnä investointipäätöksessä, käytännön ohjauksesta huolehtii automaatio Suomessa on merkittävästi teollisuutta, joka kehittää kysyntäjouston ja älykkäiden verkkojen laitteita, ohjelmistoja ja palveluita, sekä edistykselliset sähkömarkkinat. Globaalisti kysyntäjoustossa on valtava liiketoimintapotentiaali

20 LUT GREEN CAMPUS Living laboratory for sustainability