Strategic impact and economic viability of residential EV charging participation in Finnish FCR-D markets

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2024-05-22

Department

Major/Subject

Strategy

Mcode

SCI3109

Degree programme

Master’s Programme in Industrial Engineering and Management

Language

en

Pages

79 + 4

Series

Abstract

Energy transition introduces new challenges to energy systems. Finland’s journey toward a greener energy system places electric vehicles (EVs) at the forefront of innovation, particularly within the Frequency Containment Reserve for Disturbances (FCR-D) markets. The growing integration of renewable energy sources has accentuated the need for grid stability, where EVs, equipped with smart charging capabilities, could play a transformative role. The motive behind this integration is not only environmental contribution but also boosting energy transition and potential economic value that can accrue to the energy sector at scale. This thesis explores the economic viability and strategic significance of integrating EVs into Finland's FCR-D markets by being the first to study the value of residential EV charging in reserve markets. Central to the analysis is a unique, extensive dataset capturing the nuances of residential EV charging behavior, offering a granular view of the interaction between EVs and the FCR-D markets. The thesis utilizes the stochastics simulation models of Astero and Evens (2021) and extends their work from public charging to the field of residential charging, which covers over 80% of all EV charging, making it a more significant source of flexibility. The detailed analytical framework developed through this study serves as a versatile tool, bridging academic theory with pragmatic application, and stands as an instrument to transfer results to the global context. The findings of the thesis reveal that EV participation in the FCR-D market can result in significant systemic and economic impact. The thesis finds that the Finnish FCR-D opportunity is currently valued at around a few million euros, and it is poised for substantial growth, with the potential to tenfold to up to €50 million by 2030. Average revenues per charging session of €0.28 in the FCR-D up market and €0.82 in the FCR-D down market signify not only a financially viable opportunity for stakeholders but also underscore the strategic importance of EVs in enhancing the stability of the energy market. Drawing on the insights gained from Finland's experience, this thesis lays out a strategic roadmap that could be applied in other countries to accelerate renewable energy transitions in other energy markets.

Energiamurros asettaa energiajärjestelmille uusia haasteita. Suomen matkalla kohti vihreämpää energiajärjestelmää sähköautot ovat innovaatioiden eturintamassa, erityisesti taajuusohjatun häiriöreservin (FCR-D) markkinoilla. Uusiutuvien energialähteiden lisääntyvä käyttö korostaa verkon vakauden tarvetta, jossa älykkäillä latausominaisuuksilla varustetuilla sähköautoilla voi olla mullistava rooli. Tämän integraation taustalla on ympäristöystävällisyyden lisäksi myös taloudellinen mahdollisuus, joka voi hyödyttää sähköautojen omistajia ja koko energia-alaa. Tässä diplomityössä tarkastellaan sähköautojen integroinnin taloudellista kannattavuutta ja strategista merkitystä Suomen FCR-D-markkinoilla tutkimalla ensimmäisenä sähköautojen kotilatauksen arvoa reservimarkkinoilla. Analyysin keskiössä on ainutlaatuinen, laaja data-aineisto, joka kattaa kotitalouksien sähköautojen latauskäyttäytymisen kotitalouksissa erityispiirteet ja tarjoaa yksityiskohtaisen kuvan sähköautojen ja FCR-D-markkinoiden välisestä vuorovaikutuksesta. Tutkielmassa hyödynnetään Asteron ja Evensin (2021) stokastisia simulointimalleja ja laajennetaan heidän työnsä julkisesta latauksesta kotitalouksien lataukseen, joka kattaa yli 80 prosenttia kaikesta sähköautojen latauksesta, mikä tekee siitä merkittävämmän joustavuuden lähteen. Tässä tutkimuksessa kehitetty yksityiskohtainen analyyttinen kehys toimii monipuolisena työkaluna, joka yhdistää akateemisen teorian ja käytännön, ja se toimii välineenä, jonka avulla tulokset voidaan siirtää maailmanlaajuiseen kontekstiin. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että tällä hetkellä muutaman miljoonan euron suuruiset sähköautojen potentiaaliset FCR-D-markkinat ovat siirtymässä huomattavaan kasvuun, ja ne voivat kymmenkertaistua 50 miljoonaan euroon vuoteen 2030 mennessä. Keskimääräiset tulot latauskertaa kohti, jotka ovat 0,28 euroa FCR-D ylössäätö -markkinoilla ja 0,82 euroa FCR-D alassäätö -markkinoilla, merkitsevät taloudellisesti kannattavaa tilaisuutta sidosryhmille, mutta myös korostavat sähköautojen strategista merkitystä energiamarkkinoiden joustavuuden ja vakauden lisäämisessä. Nämä tulokset osoittavat selkeän kehityksen kohti yhtenäisempää ja joustavampaa energiajärjestelmää ja korostavat strategisen suunnittelun ja politiikan kehittämisen tarpeellisuutta kasvun tukemiseksi.

Description

Supervisor

Luoma, Jukka

Thesis advisor

Holm, Petrus

Keywords

demand response, electric vehicle, FCR-D, reserve markets, residential charging

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202405263800

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI