Dynamic modeling of household electricity consumption

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2012
Major/Subject
Systeemitekniikka
Mcode
AS-74
Degree programme
Language
en
Pages
xii + 120 s.
Series
Abstract
The change in household electricity consumption affects many parties in the electricity business, and therefore more accurate tools for analyzing the possible outcomes are needed. In this thesis, the objective is to implement a tool capable of producing future scenarios of the electricity consumption and load profile changes using structural modeling techniques. The tool consists of two simulation models, which are integrated and can be used separately or as one. The long-term model, describing household electricity consumption change during the next 40 years, is made using system dynamics approach. The short-term model, describing daily and weekly load profiles, is made using bottom-up approach. By dividing the problem into two models the benefits from both top-down and bottom-up approaches can be used and the problems related to stiff systems can be avoided. The long-term model is validated against historical data and with expert evaluations. The model can be used for generating scenarios of the future household electricity consumption and the user can change parameters by using the implemented user interface. Integration of the two different approaches was successful and the model is able to address how different changes in the long-term model, such as the number and energy efficiency of appliances, are affecting the load profiles. However, the shortterm model is incomplete and therefore the simulation results are only indicative.

Kotitalouksien sähkönkulutuksen kehitys vaikuttaa eri osapuoliin sähkömarkkinoilla, jonka takia sähkönkulutuksen tarkempi analysointi on tarpeellista. Tarkoitus on tehdä simulointityökalu, jolla on mahdollista testata erilaisia skenaarioita kotitalouksien kokonaissähkönkulutuksen ja kuormituskäyrien kehityksestä. Työssä on käytetty rakenteellisia mallinnusmenetelmiä. Työkalussa kaksi eri simulointimallia on integroitu yhdeksi kokonaisuudeksi. Malleja voidaan käyttää yhdessä tai erikseen. Pitkän aikavälin malli, joka tarkastelee kotitalouksien sähkönkulutuksen muutosta seuraavan 40 vuoden aikana, on tehty käyttäen systeemidynaamista mallinnusmenetelmää. Lyhyen aikavälin malli, joka kuvaa päivä- ja viikkokuormitusprofiileja, on tehty bottom-up -ajattelun pohjalta. Pitkän aikavälin malli on validoitu historiadataa vasten sekä asiantuntija-arvioilla. Malli pystyy tuottamaan skenaarioita kotitalouksien sähkönkulutuksen kehityksestä; käyttäjä voi halutessaan muuttaa mallin parametreja käyttöliittymän avulla. Kahden eri mallinnusmenetelmän integrointi onnistui hyvin ja mallilla voi testata kuinka muutokset pitkän aikavälin mallissa, kuten kotitalouslaitteiden määrä ja energiatehokkuus, vaikuttavat kuormitusprofiileihin. Lyhyen aikavälin malli ei kuitenkaan ole vielä valmis, joten simulointituloksia voi pitää pelkästään suuntaa antavina.
Description
Supervisor
Zenger, Kai
Thesis advisor
Weiss, Robert
Ylén, Jean-Peter
Keywords
sähkönkulutus, dynaamiset systeemit, kuomituskäyrä, älykkäät sähköverkot, kuluttajakäyttäytyminen, kysynnänohjaus, tariffirakenteet, system dynamics, load profile, smart grid, demand-size management, consumer behaviour, tariff structures
Other note
Citation