Techno-Economic Analysis of Electric Energy Flexibility: Case Study of Aalto University

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2021-08-24

Department

Major/Subject

Communications Engineering

Mcode

ELEC3029

Degree programme

CCIS - Master’s Programme in Computer, Communication and Information Sciences (TS2013)

Language

en

Pages

65

Series

Abstract

Global warming is forcing the energy sector to move towards cleaner energy production. However, the transition from fossils fuels to renewable energy sources and nuclear power sets challenges for electrical grids. Electrical grids need a constant balance between demand and supply. Renewable energy generation is very variable and weather dependent, and nuclear energy is inflexible. Thus, the demand-supply balance of the electrical grid and the reliability of the grid are facing challenges. Demand-side flexibility may be utilized to address the issue. Demand-side flexibility refers to the ability to use available demand-side resources to respond to changes in the demand-supply balance. Demand-side flexibility practices may be utilized to balance electrical grids as the use of renewable energy sources and nuclear power increase. This thesis evaluates the possibilities of a university campus to participate in electricity flexibility markets in Finland. The thesis creates an overview of ways to deploy demand-side flexibility, explores practices for participating in flexibility markets, and identifies some relevant technologies to enable demand-side flexibility. The study is conducted by performing a literature review and interviewing industry experts. Value Network Configuration method is used to construct models for deploying demand-side flexibility in a university campus. The study identifies three alternative ways to deploy demand-side flexibility in the context of a university campus: “Venue Owner Driven”, “Virtual Power Plant Service Provider Driven” and “Multiple Aggregators”. The current situation of the electricity system and electricity consumption in the case university were also reviewed, which revealed that the operation of the electricity system is currently rather siloed. The thesis concludes that the available resources and vision are the greatest internal factors that influence to which direction the case university proceeds regarding flexibility utilization.

Ilmaston lämpeneminen pakottaa energia-alan siirtymään kohti puhtaampaa energiantuotantoa. Siirtyminen fossiilisista polttoaineista uusiutuvien energialähteiden ja ydinvoiman käyttöön asettaa kuitenkin haasteita sähköverkoille. Kysynnän ja tarjonnan täytyy olla jatkuvassa tasapainossa sähköverkossa. Uusiutuvan energian tuotanto on hyvin vaihtelevaa ja säästä riippuvaa, kun taas ydinenergian tuotantoa on haastavaa säädellä. Täten sähköverkon kysynnän ja tarjonnan tasapainottaminen ja verkon luotettavuus kohtaavat haasteita. Kysynnän joustavuutta voidaan hyödyntää ongelman ratkaisemiseen. Kysyntäpuolen joustavuus tarkoittaa käytettävissä olevien kysyntäpuolen resurssien valjastamista kysynnän ja tarjonnan tasapainossa tapahtuvien muutoksien tasaamiseen. Kysyntäpuolella tehtyjä toimenpiteitä voidaan hyödyntää sähköverkkojen tasapainottamiseen uusiutuvien energialähteiden ja ydinvoiman käytön lisääntyessä. Diplomityössä tutkitaan yliopistokampuksen mahdollisuuksia osallistua joustomarkkinoille Suomessa. Työssä luodaan yleiskuva mahdollisista tavoista valjastaa kysyntäpuolen jousto käyttöön, tutkitaan joustomarkkinoille osallistumista ja tunnistetaan kysyntäpuolen jouston hyödyntämiseen vaadittavia teknologioita. Tutkimus on toteutettu kirjallisuuskatsauksen ja haastattelujen avulla. Näiden pohjalta luodaan arvoverkkokonfiguraatiometodia käyttäen malleja kysyntäpuolen jouston hyödyntämiseen yliopistokampuksella. Tutkimuksessa tunnistetaan kolme vaihtoehtoista mallia valjastaa kysyntäpuolen jousto käyttöön yliopistokampuksella: kiinteistöomistajan hallinnoima malli, virtuaalivoimalaitospalveluntarjoajan hallinnoima malli ja usean aggregaattorin hallinnoima malli. Tutkimuskohteena olleen yliopiston sähköjärjestelmän ja sähkönkäytön nykytilaa tarkasteltiin ja huomattiin, että järjestelmän hallinta on jokseenkin siiloutunutta. Työssä todetaan, että yliopiston resurssit ja visio ovat suurimmat tutkimuskohteena olleen yliopiston sisäiset tekijät, jotka vaikuttavat mihin suuntaan yliopisto etenee jouston hyödyntämisessä.

Description

Supervisor

Hämmäinen, Heikki

Thesis advisor

Borenius, Seppo

Keywords

electricity flexibility, demand-side flexibility, value network configuration, VNC

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202108298491

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC