A segmental disaggregation model for European electricity load profiles
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2020-12-16
Department
Major/Subject
Strategy and Venturing
Mcode
SCI3050
Degree programme
Master’s Programme in Industrial Engineering and Management
Language
en
Pages
101 + 14
Series
Abstract
The electrification of energy consumption is considered one of the requirements for reaching the ambitious emission targets set in Europe. At the same time, power generation is supposed to reduce its emissions and become greener, which in practice means less flexibility and control when demand fluctuates. Thus, utilities and national decision-makers have to reflect how to ensure reliable supply and cost-efficient production of electricity in all circumstances. Traditionally, the question has been approached more from the supply standpoint but understanding demand and its fluctuations is equally important in order to avoid systematic overcapacity or undercapacity. The objective of this study was to investigate the load profiles of electricity final consumers in Europe. The total electricity load was segmented into industrial, heating, cooling, electric vehicle (EV), and household, commercial & public service (HCP) demand. A model that can estimate the load of each segment on every hour of the year was developed. Based on the literature review, outside temperature was selected as the main exogenous variable affecting electricity load. In addition, it was estimated that creating the profiles would be too challenging if only the electricity consumption data was used. To overcome this, various alternative data sources, such as natural gas consumption data, were used to approximate temperature dependent as well as industrial load in Continental Europe. It was discovered that a significant share of electricity load can be attributed to industrial load, which mostly runs on baseload. However, a significant share of intra-week load variation is caused by the HCP segment. Heating and cooling also create substantial variation into the load depending on the region. Based on the created load profiles, it was estimated that responding to the temperature dependent demand can cause varying challenges. The electrification of space and water heating has an instant amplifying effect on demand peaks in most European countries. The effect of global warming, on the other hand, is two-fold. In counties with a warm climate, temperature dependent demand will likely increase, ceteris paribus, since cooling dominates heating in terms of volume. However, in countries with a cold climate, temperature dependent demand will likely decrease since heating dominates cooling.Nykyisen energiankulutuksen sähköistäminen katsotaan yhdeksi edellytykseksi, jotta Euroopassa asetetut kunnianhimoiset päästötavoitteet voidaan saavuttaa. Samalla sähkön tuotannosta pyritään saamaan vähäpäästöisempää ja vihreämpää, mikä käytännössä tarkoittaa vähemmän joustavuutta ja kontrollia kysynnän vaihtelun mukaan. Energiayhtiöt sekä kansalliset toimijat joutuvat pohtimaan, miten varmistetaan sekä sähkön saatavuus että kustannustehokas tuotanto kaikissa olosuhteissa. Perinteisesti kysymystä on lähestytty enemmän tuotannon näkökulmasta, mutta kysynnän ja sen vaihteluiden ymmärtäminen on yhtäaikaisesti tärkeää, jotta vältetään systemaattinen ali- tai ylikapasiteetin syntyminen. Tämän työn tarkoituksena oli selvittää sähkön loppukäyttäjien kulutusprofiileja Euroopassa. Kokonaiskulutus segmentoitiin teollisuuden, lämmityksen, jäähdytyksen, sähköajoneuvojen sekä kotitalouksien ja palveluiden kysyntään. Työssä kehitettiin malli, jolla pystytään estimoimaan kunkin segmentin osuutta sähkön kokonaiskulutuksesta vuoden jokaisena tuntina. Kirjallisuuskatsauksen perusteella lämpötila valittiin yhdeksi keskeiseksi eksogeeniseksi muuttujaksi. Lisäksi arvioitiin, että pelkästään sähkön kulutusdataa analysoimalla profiilien erottelu olisi hankalaa. Tämän vuoksi vaihtoehtoisten datalähteiden kuten maakaasun kulutusdatan avulla päädyttiin approksimoimaan lämpötilariippuvaa kulutusta sekä teollisuuden kulutusta Manner-Euroopassa. Työssä havaittiin, että merkittävä osa sähkön kulutuksesta Euroopassa syntyy tasaisesta teollisuusprofiilista. Merkittävän osuuden viikonsisäisestä vaihtelusta puolestaan aiheutuu nk. KKJ-profiilista (kotitaloudet, kaupalliset ja julkiset palvelut). Myös lämmitys ja jäähdytys tuovat vaihtelua kysyntään alueesta riippuen. Luotujen profiilien perusteella pystyttiin arvioimaan, että lämpötilariippuvaan kysyntään vastaaminen aiheuttaa erilaisia haasteita Euroopassa. Lämmityksen sähköistymisellä on lähes välitön kysyntäpiikkejä vahvistava vaikutus useimmissa Euroopan maissa. Ilmastonlämpenemisellä on puolestaan kaksijakoinen vaikutus. Lämpimän ilmaston maissa jäähdytys dominoi lämmitystä, jolloin kokonaiskulutus kasvaa ilmaston lämmetessä, kun taas kylmän ilmaston maissa lämmitys dominoi jäähdytystä, jolloin lämpötilariippuva kulutus vähenee muiden muuttujien pysyessä vakiona.Description
Supervisor
Schmidt, JensThesis advisor
Merikoski, RikuKeywords
load profile, electricity consumption, heating, cooling, electric vehicles