Kysyntäjousto mahdollisuudet myyntiyhtiöille - vaikutukset verkkoyhtiöille Samuli Honkapuro Lappeenrannan teknillinen yliopisto LUT School of Energy Systems 23.4.2015 Samuli.Honkapuro@lut.fi
Kysynnän jousto toimijat ja tarpeet Useita toimijoita, tarpeita ja ansaintamalleja Sähkön käyttäjä käyttö edullisen hinnan aikana, ostosähkön vähentäminen, oman tuotannon täysimääräinen hyödyntäminen, liittymäkoon rajoittaminen Sähkön myyjä hankinnan suunnittelu, tasehallinta, säätösähkö, uudet tuotteet Jakeluverkkoyhtiö huipputehon rajoittaminen (verkon suunnittelu) poikkeustilanteiden hallinta (reaaliaikainen käyttötoiminta) Kantaverkkoyhtiö taajuuden säätö, häiriöreservi, tehopulan hallinta Palvelun tarjoaja / Jousto-operaattori infrastruktuuri, palvelut
Kysynnän jousto eri toimijoiden kannalta Ohjattavat kuormat Pientuotanto Energiavarastot Hajautetut energiaresurssit ja kysyntäjousto Asiakas Jakeluverkko Myyjä Siirtoverkko Energiakustannusten minimointi Huipputehon rajoitus Spot-markkinat Tasehallinta Säätösähkömarkkinat Reservimarkkinat Elspot Taajuusohjattu käyttöreservi Elbas Taajuusohjattu häiriöreservi Taajuuden palautusreservi Nopea häiriöreservi
Kysyntäjouston markkinapaikat Suomessa Markkinapaikka Sopimustyyppi Minimisäätö Vaatimus aktivoitumisajalle Aktivoituu Taajuusohjattu käyttöreservi Taajuusohjattu häiriöreservi Taajuusohjattu häiriöreservi (on-off-malli) Vuosi- ja tuntimarkkinat Vuosi- ja tuntimarkkinat Pitkäaikainen sopimus 0,1 MW 3 min Jatkuvasti 1 MW 10 MW FRR-A Tuntimarkkinat 5 MW Säätösähkömarkkinat Nopea häiriöreservi Tuntimarkkinat 10 MW 15 min Pitkäaikainen sopimus 10 MW 15 min 5 s / 50% ; 30 s / 100%, kun f alle 49,9 Hz TAI 30 s, kun f alle 49,7 Hz ja 5 s, kun f alle 49,5 Hz Välittömästi, kun f alle 49,5 Hz Alettava 30 s kuluessa signaalin saapumisesta, oltava täysmääräisesti aktivoitunut 2 minuutissa Useita kertoja vuorokaudessa N. kerran vuodessa Useita kertoja vuorokaudessa Tarjousten mukaan, useita kertoja vuoro-kaudessa N. kerran vuodessa Korvaustaso 2014 *) 15,8 /MW,h (vuosimarkkinat) + energiahinta 4,03 /MW,h (vuosimarkkinat) ~0,5 /MW,h + 580 /MWh + aktivointikorvaus 580 /MW tuntimarkkinat + energiahinta Markkinahinta ~0,5 /MW,h + 580 /MWh Elspot **) Tuntimarkkinat 0,1 MW 12 h - Markkinahinta Elbas **) Tehoreservi ***) Tuntimarkkinat Pitkäaikainen sopimus *) Korvaustason hinnat ovat viitteellisiä **) Nord Pool Spot ***) Energiavirasto 0,1 MW 1 h - 10 MW 15 min Harvoin - Markkinahinta Lähde: Fingrid
Tutkimusmenetelmät Kyselyt Kyselyiden tavoitteena oli kerätä tietoa verkko- ja myyntiyhtiöiden näkemyksistä kysynnän joustoon sekä nykyisten järjestelmien ominaisuuksista kysynnän jouston kannalta Verkkoyhtiökysely toteutettiin maaliskuussa 2014 ja myyntiyhtiökysely syyskuussa 2014 Verkkoyhtiökyselyyn vastasi 30 verkkoyhtiötä (37 % verkkoyhtiöistä), joilla on yhteensä 2,5 milj. asiakasta (74 % kaikista asiakkaista) Myyntiyhtiökyselyyn vastasi 16 myyntiyhtiötä, joiden yhteenlaskettu asiakasmäärä on karkeasti arvioituna 1,5 milj. Molemmissa kyselyissä vastaajina suuria, pieniä ja keskikokoisia yhtiöitä Työpajat Taloudellisen potentiaalin simulointi Verkostosimuloinnit
Kysyntäjouston taloudellisen potentiaalin analysointi Lähtötiedot Sähkönmyyntiyhtiön toteutunut myynti AMR-mittaukset Näiden perusteella arvioitu asiakasjakauma (esim. erityyppiset sähkölämmitykset) sekä kuormituksen lämpötilariippuvuus => ohjauspotentiaali Markkinainformaatio Hinnat ja volyymit eri markkinapaikoilta Sähkön myyjän myyntiedot Hintadata toteutuneista sähkönhinnoista eri markkinoilla Sähkömarkkinoiden asettamat rajoitteet AMR-data (loppukäyttäjien tuntienergian kulutus) Tilastodata kokonais- ja laiteryhmäkohtaisesta sähkönkulutukseta Muu tutkimustieto Kysyntäjouston taloudellinen potentiaali eri markkinoilla ja eri ajankohtina, /MWh DR-resurssien soveltuvuus eri markkinoille Ohjattavissa oleva kysyntäjoustokapasiteetti eri ajanhetkinä, MWh/h Kysyntäjouston taloudellinen potentiaali sähkönmyyntiliiketoiminnassa, Kuormanohjauksien dynamiikka (Ohjattavuus, jälkihuiput,...)
Osuus vastaajista Myyntiyhtiöt Näettekö tarvetta asiakkaidenne kuormien ohjaamiselle? 60 % 50 % Ohjausaikataulun mukaan ohjattavat kuormat 40 % 30 % Erilliskäskyllä ohjattavat kuormat 20 % 10 % 0 % Kyllä, tällä hetkellä Kyllä, tulevaisuudessa (5-10 vuoden päästä) Ei En osaa sanoa
Myyntiyhtiöt Kuinka suuri kriittinen massa kysyntäjoustossa tulisi olla, jotta lähtisitte aktiivisesti kehittämään kysyntäjoustotuotteita? Tuotteista kiinnostuneiden asiakkaiden määrä, kpl 100-10 000 kpl (keskiarvo 3 800) 0,4 % - 33 % kaikista asiakkaista (keskiarvo 12 %) Ohjattavan kuorman määrä, MW 1 30 MW (keskiarvo 10 MW) Vuotuinen nettohyöty, (lisätulot lisäkustannukset) 10 k /a - 1 M /a (ka. 200 k /a) 0,02 % - 4 % liikevaihdosta Kysyntäjoustoasiakasta kohden 10 300 /as,a (keskiarvo 100 /as,a)
Myyntiyhtiöt Kuinka potentiaalisena työkaluna näette kuormanohjauksen ja siihen läheisesti liittyvät toiminnot omassa liiketoiminnassanne seuraaviin tarkoituksiin? (0 = ei lainkaan potentiaalia... 5 = hyvin suuri potentiaali) Suojautuminen spot-markkinoiden hintapiikkejä vastaan (kuormien siirto hintapiikkien ajalta edullisempaan aikaan) 0 1 2 3 4 5 Ka. 0 2 0 4 5 7 3,8 Tuotedifferointi (uudentyyppiset myyntituotteet) 1 1 5 4 2 5 3,1 Sähkön hankintojen suojauksen varmentaminen (esim. kuormien ohjaus, kun suojauksen taso on liian matala) 1 4 1 4 7 1 2,8 Ohjattavan kapasiteetin tarjoaminen säätö- ja reservisähkömarkkinoille 2 3 1 6 4 2 2,7 Asiakkaiden sitouttaminen 3 0 5 4 4 2 2,7 Kulutustaseen hallinta (kuorman ohjaus tilanteessa, jossa on syntymässä tasevirhettä) Kotitautomaatiolaitteiden (HEMS) myyminen tai vuokraaminen asiakkaille 2 4 1 7 3 1 2,4 3 3 5 3 2 2 2,2 Myynninedistäminen kysyntäjoustoon liittyvien vihreiden arvojen avulla 4 3 3 4 4 0 2,1 Muu, mikä 2 0 0 1 0 0 1
Kysynnän jouston taloudellisen potentiaalin analysointi - esimerkkitarkastelu Suora sähkölämmitys ja käyttöveden lämmitys ohjattavana kuormana Elspotmarkkinoilla, myyjän tasehallinnassa ja säätösähkömarkkinoilla Asiakasryhmässä n. 15 000 asiakasta (ohjattava kokonaisteho 0 40 MWh/h) Lähtötiedot myyntiyhtiön toteutunut myynti 3 kuukauden ajalta (tammi-maaliskuu, yht. 290 GWh AMR-mittaukset, joiden perusteella arvioitu ohjauspotentiaali markkinainformaatio
Kysynnän jouston taloudellisen potentiaalin analysointi esimerkkilaskelma 1 MW:n ohjattavan kuorman simuloitu vuotuinen taloudellinen potentiaali eri markkinapaikoilla vuosien 2011-2013 hintatiedoilla.
Ei tarpeellinen... Tarpeellinen Verkkoyhtiöt Nähdäänkö yhtiössänne tarpeelliseksi kuormanohjausten hyödyntäminen jakeluverkkoyhtiön omiin tarpeisiin (esim. kapasiteetin riittävyys, vaihtoehto varayhteyksille tms.)? 5 4 3 2 1 0 10 20 vuoden sisällä 5 10 vuoden sisällä 0 5 vuoden sisällä 0 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 160 000 180 000 Verkkopituus Vastaajien verkkopituus yhteensä 270 000 km
Kuormanohjauksen pelkistetty prosessikaavio Loppuasiakas Jakeluverkonhaltija Sähkön myyjä Verkonhaltijan tietojärjestelmät Liitännät asiakkaan järjestelmiin Loppukäyttäjän AMR-mittari Katkolaite (Kytkee kaiken kuorman pois) Tiedonsiirto mittarille (3G, PLC, GPRS, IP ) Statustietoja, luentatietoja Mittarin ohjelmointi Luentajärjestelmä Sähkömarkkinat Palveluväylä (ESB) Rele 1 Kuormanohjausrele (ohjattavissa ohjaussignaalilla) Rele 2 Aikarele (ohjausaikataulu ohjelmoitavissa) Sanomamuunnin Asiakastietojärjestelmä Mittaustietokanta EDIFACT Kuorma 1 Kuorma 2
Ristiriidat toimijoiden välillä Verkkoyhtiöiden vastaajista 45 % ja myyntiyhtiöiden vastaajista 59 % on sitä mieltä, että intressiristiriitoja toimijoiden välillä esiintyy 71 % myyntiyhtiöiden vastaajista näkee ongelmalliseksi tilanteen, jossa joku muu osapuoli ohjaa heidän asiakkaidensa kuormia Ristiriitojen aiheuttajat Erilaiset ohjaustarpeet, esim. verkon kuormitus vs. markkinahinta Kustannusten ja hyötyjen sekä riskien ja vastuiden jako toimijoiden välillä Myyjän tekemät ohjaukset voivat muuttaa verkon kuormitustilannetta, ja verkkoyhtiön tekemät ohjaukset voivat aiheuttaa myyjille tasesähkökustannuksia. Myyjät ja verkkoyhtiöt ovat selvästi erilaisia toimijoita teknisestä ja kaupallisesta näkökulmasta. Taloudellista riskiä myyjällä lisää se, että asiakas tai aggregaattori voi optimoida kulutuksen spot-hintojen julkaisemisen jälkeen, mutta myyjä joutuu arvioimaan kysyntäjouston määrän ennen hintojen julkaisemista.
Verkostosimuloinnit Tarkasteluiden tavoitteena oli analysoida myyjän tai asiakkaan tarpeista lähtevän kysynnän jouston vaikutuksia jakeluverkkoyhtiöille, lisäksi on tarkasteltu pientuotantoa, sähköautoja ja maalämpöpumppuja jakeluverkon kannalta Simuloinnit tehty todellisilla verkko- ja asiakastiedoilla: 110/20 kv:n sähköaseman syöttämä keskijänniteverkko (457 km), 469 jakelumuuntajaa, pienjänniteverkko (793 km) sekä kyseisen verkkoalueen asiakkaiden (7 612 kpl) todelliset tuntitehomittaukset useammalta vuodelta Hintatiedot eri markkinapaikoilta Tarkasteltu muutoksia tuntitehoissa => muutokset verkon osien (päämuuntaja, keskijännitelähdöt, jakelumuuntajat) kuormitusasteissa ja verkon jännitetasoissa Useimmat tarkastelut verkon kannalta worst case skenaarioita, analysoitu suurimmat verkkovaikutukset
Spot-ohjauksen vaikutukset päämuuntajan tehoihin 1.11. 1.1. 31.3.
Spot-ohjauksen vaikutukset KJ-johtolähdön tehoihin 1.11. 1.1. 31.3.
Markkinapohjaisen ohjauksen vaikutukset KJ-johtolähtöjen kuormituksiin
Myyjän tekemien ohjausten vaikutukset jakeluverkkoon Mallinnettu suurinta SPOT ohjauksen aiheuttamaa muutosta jakeluverkossa. Vaikutukset on mallinnettu jännitteen alenemana. Kuvassa vasemmalla verkko huipputuntien aikaan ilman ohjauksia (21 MW), ja oikealla huippukuormituksen aikaan kuormanohjausten seurauksena (25 MW).
Jakelumuuntajien huipputehojen jakaumat eri simulointitapauksissa, kun kuormia ohjataan spot-hinnan ja/tai verkkotariffien perusteella
Aurinkopaneeleiden vaikutukset kesäajan kuormitukseen - päämuuntaja Kaikki sähkölämmitteiset omakotitalot (25 % kaikista asiakkaista) hankkivat 5 kw p aurinkopaneelin 1.11. 1.6. 23.8. 31.10.
Aurinkopaneeleiden vaikutukset kesäajan kuormitukseen - jakelumuuntajat Kaikki sähkölämmitteiset omakotitalot (25 % kaikista asiakkaista) hankkivat 5 kw p aurinkopaneelin
Maalämpöpumppujen vaikutukset kuormitukseen - päämuuntaja Ei-sähkölämmitteiset omakotitalot vaihtavat maalämpöön
Maalämpöpumppujen vaikutukset kuormitukseen - jakelumuuntajat Ei-sähkölämmitteiset omakotitalot vaihtavat maalämpöön
Sähköautojen vaikutukset päämuuntajalla Kaikilla kotitalousasiakkailla (60 % kaikista asiakkaista) sähköauto. Ohjaamaton lataus, latausteho 3,6 kw, ajoneuvon energiankulutus 0,2 kwh/km.
Sähköautojen vaikutukset muuntamoiden huippukuormiin Kaikilla kotitalousasiakkailla (60 % kaikista asiakkaista) on sähköauto. Ohjaamaton lataus, latausteho 3,6 kw, ajoneuvon energiankulutus 0,2 kwh/km.
Verkosta ladattavien sähköautojen verkostovaikutukset
Yhteenveto Kysyntäjoustolle olemassa useita markkinapaikkoja, tuotto-odotukset suurimpia reservitehomarkkinoilla Sähkönmyyjällä ja verkkoyhtiöllä on periaatteellinen eturistiriita suhteessa kysynnänjoustoon Markkinapohjainen kuorman ohjaus kasvattaa tarkastellussa jakeluverkossa huipputehoja Vaikutukset näkyvät kaikilla verkon tasoilla (päämuuntaja, KJ-lähdöt, jakelumuuntajat) Samankaltaisia vaikutuksia riippumatta siitä, mille markkinapaikoille ohjattavaa kuormaa tarjotaan (spot, tase, säätö, reservi) Tehopohjaiset siirtotariffit luovat kannusteen pienentää tehoja, ja siten ne rajoittavat markkinahintaohjauksen vaikutuksia verkon tehojen kasvuun. Jos ei-sähkölämmitteiset kiinteistöt siirtyvät maalämpöpumppulämmitykseen, verkon tehot kasvavat, mikä vaikuttaa jakelumuuntajien kuormitukseen ja verkon jännitetasoihin. Aurinkopaneelit eivät pienennä verkon huipputehoa. Vaikka tehoa toisinaan siirtyy asiakkaalta verkkoon päin, pientuotannon muodostuminen mitoittavaksi tekijäksi jakeluverkossa on epätodennäköistä. Sähköautojen vaikutukset riippuvat huomattavasti latauslogiikasta Ohjaamattomalla latauksella kuormat kasvavat, mutta tämä ei vaikuttaisi tarkasteltavan verkon mitoitukseen merkittävästi Älykkäällä ohjauksella lataus on periaatteessa mahdollista toteuttaa siten, että sillä ei ole merkitystä verkon huipputehoihin
Kiitos! D.Sc. Samuli Honkapuro LUT Energy Lappeenranta University of Technology Lappeenranta, Finland Samuli.Honkapuro@lut.fi Lappeenranta University of Technology (LUT)