Quantification Methods for the Demand of Flexibility

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2022-06-13
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
118+8
Series
Abstract
Climate change mitigation actions include an energy transition that significantly alters the energy resource portfolio. The changes lead to the evolution of power systems’ behavior. Thus, both the flexibility resources and needs must be assessed more thoroughly. On the one hand, quantification methods are required to interpret and compare the flexibility needs of transmission system operators (TSOs) in different trajectories of future development. On the other hand, the evolution of flexibility potential must be examined to prepare for different trajectories. A consistent definition for flexibility is determined, and its role in the electrical power system is explored via the use-cases of different power system actor types, flexibility needs of TSOs, the concept of flexibility potential layers, different flexibility resources, and execution mechanisms of flexibility. The flexibility potential of distributed demand-side flexibility (DSF) resources is presented in the form of literature estimations and the assessment of key factors affecting its evolution. Predictability of flexibility needs is found to be one of the key drivers of the growth of commercial flexibility potential, which emphasizes the demand for the quantification of flexibility needs. Different flexibility needs, their representative metrics, input data sources, and quantification tools are assessed as options for the formation and application of quantification methods. The 1h power ramps are chosen as metrics for representing power ramp management flexibility needs, and two methods are developed for their quantification. The results of the methods show that the most significant resource categories and resource groups can be determined in terms of power systems’ power ramp behavior from electricity market simulation scenarios’ data. The results expose the potential of comparing the impact of a singular presumption, i.e., electric vehicle (EV) charging logic. The resulting illustrations do not fully depict the ramping flexibility needs but provide seeds for future development. Due to the simplicity of the modelling, the results should not be considered as future forecast of power system behavior, but rather examples of how it can be quantified and interpreted. Further research and development are proposed for the developed methods in the form of including curtailment and DSF information, more extensive mapping of other quantification methods and development of single methods, modifications of market modelling, and different perspectives of exploring the flexibility potential of distributed DSF resources.

Ilmastonmuutosta hillitsevät toimenpiteet sisältävät energiamurroksen, joka muuttaa energiaresurssikantaa merkittävästi. Muutokset johtavat voimajärjestelmien käyttäytymisen kehittymiseen. Täten sekä joustoresursseja että joustotarpeita tulee arvioida perusteellisesti. Yhtäältä tarvitaan kvantifiointimetodeja kantaverkko-operaattoreiden joustotarpeiden tulkitsemiseen ja vertailuun erilaisissa tulevaisuuden kehityskuluissa. Toisaalta joustopotentiaalin kehittymistä pitää tarkastella, jotta erilaisiin kehityskulkuihin voidaan varautua. Joustolle asetetaan yhdenmukainen määritelmä, ja jouston roolia sähkövoimajärjestelmässä tutkitaan eri voimajärjestelmän toimijatyyppien jouston käyttötapausten, kantaverkkoyhtiön joustotarpeiden, joustopotentiaalitasojen konseptin, eri joustoresurssien ja jouston toteutusmekanismien kautta. Hajautettujen kysyntäjoustoresurssien joustopotentiaalia esitellään kirjallisuuden arvioiden ja potentiaalikehityksen avainvaikuttimien muodossa. Joustotarpeiden ennakoitavuuden havaitaan olevan yksi avainajureista kaupallisen joustopotentiaalin kasvulle, mikä korostaa joustotarpeiden kvantifioinnin tarpeellisuutta. Eri joustotarpeita, niitä edustavia metriikkoja, lähtödataa ja kvantifiointityökaluja arvioidaan vaihtoehtoina kvantifiointimetodien muodostukselle ja soveltamiselle. Tunnin tehorampit valitaan metriikoiksi kuvaamaan tehoramppienhallinnan joustotarpeita, ja kaksi metodia kehitetään niiden kvantifioimiseksi. Metodien tulokset osoittavat, että voimajärjestelmän tehoramppien kannalta merkittävimpiä resurssikategorioita ja -ryhmiä voidaan määritellä sähkömarkkinasimulaatiodatan perusteella. Metodien tulokset näyttävät yksittäisen lähtöoletuksen muuttamisen, t.s. sähköautojen latauslogiikan, vaikutusten arvioinnin potentiaalin. Metodien tuottamat kuvitukset eivät suoranaisesti kvantifioi tehoramppienhallinnan joustotarpeita, mutta antavat lähtökohtia tulevalle kehitykselle. Yksinkertaisen mallinnuksen vuoksi tuloksia ei tule tulkita ennusteina voimajärjestelmän tulevasta toiminnasta, vaan esimerkkeinä sen kvantifioinnista ja tulkitsemisesta. Jatkokehitystä- ja tutkimusta ehdotetaan kehitetyille metodeille tehorajauksen ja kysyntäjouston tietojen sisällyttämisen muodossa, muiden kvantifiointimenetelmien laajempaa kartoittamista ja yksittäisten metodien kehittämistä, markkinamallinnuksen muutoksia sekä hajautettujen kysyntäjoustoresurssien joustopotentiaalin tarkastelua eri näkökulmista.
Description
Supervisor
Pourakbari Kasmaei, Mahdi
Thesis advisor
Rauhala, Tuomas
Keywords
quantification of flexibility, flexibility needs, power ramp management, 1h power ramps, flexibility potential, drivers of flexibility
Other note
Citation