The impact of distribution tariffs on flexible electric vehicle charging
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2022-12-16
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
72 + 8
Series
Abstract
The electrification of traffic is on-going in the energy transition. The number of electric vehicles (EVs) is rapidly increasing, and manifold charging places are available. For households, home charging is an appealing option. For those households living in small houses that are not electrically heated, EV charging is typically uncontrolled and represents higher power demands. The increase in demand is also experienced in the local distribution network. To encourage customers to schedule and/or control their EV charging, the development of tariffs is one of the tools at the DSO’s disposal. This thesis analyses the effects of the adoption of EV charging on a customer group that currently is under a tariff with no incentives for flexible consumption. The researched customer group consists of 4935 households under Helen DSO’s General distribution tariff and living in small or row houses in Helsinki, Finland. The incentives for customers towards flexible charging are observed under six alternative power-based tariffs (PBTs), including tariffs following the Energy Authority’s harmonization proposal, in three different scenarios. The scenarios represent uncontrolled daytime, scheduled night-time, and controlled power-limited charging as well as a baseline scenario representing the occurrence of no EV charging. In the researched development of tariff structures, the DSO's target is not to increase the revenue but to offer cost-reflective pricing. The unit prices of each tested PBT are determined according to the baseline scenario where no EV charging occurs, and these unit prices are further applied to all scenarios. When introducing EV charging, customers’ electricity usage and, thus, also costs increase. When applying the studied alternative PBTs, EV charging causes a relatively high increase in billable power and a relatively moderate increase in billable transferred energy in all scenarios. As the tested customer group included quite many-sized customers, changes in tariff structures affect them differently. When emphasising the energy component in the tariff structure, like in the current General distribution tariff, a large part of costs is addressed onto large customers to the benefit of small customers. Emphasis on the power component or fixed component produces the opposite result. The analysis also shows the importance of choosing the correct threshold power in the case of the Energy Authority’s proposed tariff structure. Contrary to the higher thresholds, the 5 kW threshold provides sustainable incentives for small and big customers alike. As a result of the analyzed structures, the alternative of the 5 kW threshold PBTs is recommended for further research. Various EV charging scenarios were researched. As a result, the customers are strongly incentivized, instead of uncontrolled daytime charging, to charge their EVs during night-time or appl-ing a controlled power-limited charging. Furthermore, for the DSO, in night-time charging sc-nario, there is a more significant reduction in the aggregated customer load peaks. The DSO’s revenue is smaller in scheduled night-time charging, but the lower network loading is a major advantage when promoting this scenario.Energiamurroksessa liikenne sähköistyy. Sähköautojen määrä kasvaa nopeasti, ja sähköautojen latausinfra monipuolistuu ja runsastuu. Kotitalouksille kotilataus on houkutteleva vaihtoehto. Niille kotitalouksille, jotka asuvat pientaloissa ilman sähkölämmitystä, tyypillinen sähköautolataustapa ohjaamattomana aiheuttaa suuremman tehon ja tämä näkyy myös paikallisessa jakeluverkossa. Kannustettaessa asiakkaita ajoittamaan ja/tai ohjaamaan sähköautolatauksensa on tariffien kehittäminen yksi jakeluverkon käytettävissä olevista työkaluista. Tässä diplomityössä tarkastellaan sähköautolatauksen vaikutuksia asiakasryhmässä, jossa sähkönsiirtotariffilla ei ole kannustimia joustavaan kulutukseen. Tutkittuun asiakasryhmään kuuluu 4935 Helen Sähköverkon Yleissiirto-tariffin sellaista kotitaloutta, jotka asuvat pien- tai rivitaloissa Helsingissä. Asiakkaiden kannustimia joustavaan sähköautolataukseen tutkitaan kuudessa vaihtoehtoisessa tehoperusteisessa tariffissa, mukaan lukien Energiaviraston harmonisointiehdotuksen mukaiset tariffit, kolmessa eri skenaariossa. Skenaariot edustavat ohjaamatonta päivälatausta, ajoitettua yölatausta ja ohjattua tehorajoitettua latausta. Perusskenaario edustaa tilannetta, jossa ei tapahdu ollenkaan sähköautolatausta. Työssä tutkitussa tariffirakenteiden kehittämisessä jakeluverkkoyhtiön tavoitteena ei ole kasvattaa omaa liikevaihtoaan, vaan tarjota kustannusvastaava hinnoittelu. Tehoperusteisten tariffien yksikköhinnat on määritetty tarkastelussa, jossa ei ole sähköautolatausta. Näitä yksikköhintoja sovelletaan kaikissa skenaarioissa. Sähköautolatauksen käyttöönoton myötä asiakkaiden sähkönkäyttö ja täten myös kustannukset kasvavat. Tutkittuja vaihtoehtoisia tehotariffeja sovellettaessa sähköautolataus aiheuttaa kaikissa skenaarioissa suuren suhteellisen kasvun laskutettavassa tehossa ja maltillisen suhteellisen kasvun laskutettavassa siirretyssä sähköenergiassa. Koska tutkitussa asiakasryhmässä on varsin erikokoisia asiakkaita, tariffirakenteiden muutokset vaikuttavat asiakkaisiin eri tavalla. Energiakomponentin painottaminen, kuten nykyisessä Yleissiirrossa, siirtää suuren osan kustannuksista paljon energiaa kuluttaville asiakkaille vähän kuluttavien asiakkaiden eduksi. Tehokomponentin tai kiinteän komponentin painottaminen tuottaa päinvastaisen tuloksen. Analyysi osoittaa myös, kuinka tärkeää on valita oikea kynnysteho Energiaviraston ehdottaman tariffirakenteen tapauksessa. Toisin kuin korkeammat kynnysarvot, 5 kW:n raja tarjoaa kestäviä kannustimia niin pienille kuin suurille asiakkaille. Tutkittujen tariffirakenteiden johdosta 5 kW:n kynnysarvolla varustettu tehotariffi suositellaan jatkotutkimukseen. Erilaisia sähköautolatausskenaarioita tutkittiin. Tuloksena voidaan todeta, että asiakkaita tulee kannustaa, ohjaamattoman päivälatauksen sijaan, lataamaan sähköautonsa yöaikaan tai käyttämään tehorajoitettua latausta. Lisäksi jakeluverkkoyhtiön kannalta yölatausskenaariossa asiakkaiden aggregoidun kuorman huiput vähenevät merkittävämmin. Vaikka jakeluverkkoyhtiön tulot ovat pienemmät ajoitetussa yölatauksessa, alhaisempi verkon kuormitus on suuri etu tämän skenaarion edistämisessä.Description
Supervisor
Pourakbari Kasmaei, MahdiThesis advisor
Äärynen, EsaHeine, Pirjo
Keywords
distribution tariffs, electric vehicle charging, flexibility, power-based tariff
