Mitä joustavuus tarkoittaa tulevaisuuden sähköjärjestelmässä?

Transkriptio

1

2 Mitä joustavuus tarkoittaa tulevaisuuden sähköjärjestelmässä? D.Sc. (tech.) Samuli Honkapuro professor LUT School of Energy Systems Lappeenranta University of Technology FINLAND

3 What did we agree in Paris 2015? Country pledges for 2030

4 CCS NUCLEAR RENEWABLES

5 Electricity Market, objectives Technical requirement; keep power balance in every second Production = consumption Consumption Production

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

7 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 Acceptability? New transmission lines Energy is non- limited resource Security of supply is limited resource Need for the development of the market design, regulation, and energy policy to promote flexibility Promote the participation of demand side resources Incentives for cost- efficient investments to RES and flexibility Market wide co- operation in the building of the cross- border transmission capacity Cost reflective pricing in all sectors and for all market participants

8 Optimization of the usage of the flexible resources Controllable loads Micro- generation Energy storages Electric vehicles Forecasts (loads, generation, storages) Measurement & control Customer DSO Flexible resources Retailer Flexible generation TSO Optimization of DER usage Decision of market places, bidding process Energy cost minimization Peak power limitation Electricity procurement optimization Balance management Balancing power market Reserve power market Elspot- market Frequency controlled normal operation reserve Elbas- market Frequency controlled disturbance reserve How to optimize the usage of the flexible resources and avoid conflict of interests between stakeholders? Automatic Frequency Restoration Reserves Fast disturbance reserve

9 The role of energy storages in energy system 110 kv 110/20 kv z 20/0.4 kv z Enhanced self consumption by energy storage Centralized energy storage (primary substation) Centralized energy storage (secondary substation) Distributed energy storage (customers) MV U MV I LV U LV Load ES MV = medium voltage LV = low voltage ES = energy storage Energy storage in a supply reliability application P Discharging to grid Control function P(f) D f = Dead band f Power [kw] Charging from grid D f = ±0.05 Hz day evening night Energy storage in a balancing market application Energy storage in a frequency control application Energy storage in a capacity grid support and deferral investment application

10 Vision of the Power System 2035 Urban Data Center Active customer Rural AC/DC LVDC / 1 kv AC / Microgrid DC/AC DC/AC DC/AC CH 4

11 Example of a microgird - LVDC Distribution System Field Test Site Pilot installation by Suur- Savon Sähkö Oy and LUT, in operation since km long underground cabled bipolar ±750 V DC network, unearthed (IT)

12 Integration of distributed customer driven renewable based energy systems with centralized utility driven systems On-line management of millions of active energy resources in equipment, customer and µgrid level smart house National grid company, FG?? Local distribution companies,jse, HSV Energy suppliers, Fortum, Helen,.. Energy communities Aggregators, service Aggregators, providers A

13 On-line management of millions of active energy resources in equipment, customer and µgrid level Grid-on and grid-off nano- and µgrids require reliable internal and external control Remote control actions with fast response time Reliable and high data security 24/7 Energy optimization of private prosumers Operation of energy communities based on forecasts and measurements Fast reaction to grid balance requirements Industrial energy control Virtual power plant concepts in heavy industry Active grid support., e.g. frequency control using fast data communication => Need for Efficient ICT solutions Novel market and business models

14 Total electricity prices for Finnish household customer Value added tax 19 % Electric supply 27 % Electricity tax 15 % Transmission network 2 % Distribution network 27 % Electricity sale 10 % Electricity price of household customer (Source Energy Market Authority).

15 Sähkön siirron hinnoittelu Nykyinen sähkönjakelun energiaperusteinen hinnoittelumalli ei ole kustannusvastaava Hinnoittelu pienasiakkaalla riippuu energiasta, kustannukset lyhyellä aikavälillä vakiot pitkällä aikavälillä riippuvat pääosin mitoitustehosta Puutteelliset ohjausvaikutukset loppukäyttäjille Haasteita erityisesti muutostilanteessa. Nykyinen hinnoittelumalli ei kannusta verkkokapasiteetin tehokkaaseen käyttöön Yhteiskunnan kannalta tavoitteena on koko energiajärjestelmän sosioekonomisten kustannusten minimointi (eli resurssitehokas ja ilmastoneutraali kokonaisjärjestelmä) Jakeluverkon näkökulmasta keskeistä on kapasiteetin hyvä käyttöaste Järjestelmän näkökulmasta joustavien resurssien tulee osallistua tehotasapainon ylläpitoon erilaisilla aikajänteillä, eli day-ahead, intraday, ja reservimarkkinoilla Kokonaisoptimin kannalta keskeistä on kustannusvastaava hinnoittelu sekä verkossa että markkinalla Tehon huomioiminen sähkön siirron hinnoittelussa parantaisi hinnoittelun kustannusvastaavuutta

16 Joustavuus markkinoille kustannusvastaavalla hinnoittelulla Spot-hinta Asiakkaan hinta (+ alv) Hinta 1 c/kwh Kiinteä myyntihinta 4 c/kwh Sähkövero n. 2,8 c/kwh Siirtomaksun energiaosuus esim. 4,2 c/kwh 11 c/kwh Hinta 10 c/kwh Spot-hinta Hinta 1 c/kwh Kiinteä myyntihinta 4 c/kwh Sähkövero n. 2,8 c/kwh Siirtomaksun energiaosuus esim. 4,2 c/kwh Spot myyntihinta Sähkövero n. 2,8 c/kwh Siirtomaksun energiaosuus esim. 4,2 c/kwh 11 c/kwh Asiakkaan hinta (+alv) 8 c/kwh Hinta 10 c/kwh Spot myyntihinta Sähkövero n. 2,8 c/kwh Siirtomaksun energiaosuus esim. 4,2 c/kwh 17 c/kwh

17 Joustavuus markkinoille kustannusvastaavalla hinnoittelulla esimerkki vaihtoehtoisesta hinnoittelumallista Siirtomaksussa tehopohjainen hinnoittelu (esim. kaistahinta) Sähkövero esim. 40 % (alv-tyyppinen) Spot-hinta Asiakkaan hinta (+alv) Hinta 1 c/kwh Spot myyntihinta Sähkövero 0,4 c/kwh Siirtomaksun energiaosuus 0 c/kwh 1,4 c/kwh Hinta 10 c/kwh Spot myyntihinta Sähkövero 4 c/kwh Siirtomaksun energiaosuus 0 c/kwh 14 c/kwh Tukkumarkkinahinta (day-ahead tai intraday) välittyy kuluttajalle, jolla automaatio säätää kulutusta ja varastoja järjestelmän tilanteen mukaan Jakeluverkko toimii kaksisuuntaisena markkinapaikkana, kuluttaja voi ostaa ja myydä sähköä tehokaistan rajoissa. Kuluttaja maksaa varaamastaan tai käyttämästään tehokaistasta sen kustannusten mukaisen hinnan Verotus kannustaa joustavuuden lisäämiseen

18 Joustavuus energiajärjestelmässä Joustavuus mahdollistaa uusituvan tuotannon integroinnin ja parantaa järjestelmän kustannustehokkuutta -> hyötyjä kaikille toimijoille Joustavuuden lisääminen on globaali haaste Kotimaisen sähköjärjestelmän toimitusvarmuuden ylläpitämisen lisäksi merkittävästi uusia vientiliiketoimintamahdollisuuksia Miten joustavat resurssit paremmin markkinoille Tehokkaat ICT ratkaisut ja uudet markkina- ja liiketoimintamallit Hinnoittelu kustannusvastaavammaksi ja joustoihin kannustavaksi (myynti, siirto, verot) Jakeluverkko kaksisuuntainen kaista, joka mahdollistaa resurssien joustavan osallistumisen markkinalle. Hinnoittelun tulee olla kustannusvastaava tätä määrittelyä vasten Pienet hajautetut resurssit markkinoille tehokkaasti ja yhteensopivasti keskitettyjen suurten resurssien kanssa P2P ratkaisut Mikroverkot, jotka toimivat sekä itsenäisinä että osana markkinaa Resurssien aggregointi (virtuaalivoimalaitokset) Tarkoituksenmukainen sääntely Joustavuus otettava huomioon rakennusvaiheessa;; minimivaatimukset rakennusten tehonhallinnalle Verkkoliiketoiminnan valvonnan mahdollistettava joustojen hyödyntäminen sähköverkon näkökulmasta

19 Kiitos! D.Sc. Samuli Honkapuro LUT Energy Lappeenranta University of Technology Lappeenranta, Finland Lappeenranta University of Technology (LUT)