Household electricity bill reduction by utilizing a home energy management system
Loading...
URL
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.
Authors
Date
2024-05-20
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
51 + 61
Series
Abstract
The recent energy crisis has raised concerns among homeowners about the unpredictable electricity costs. Many seek ways to reduce electricity expenses during peak-price periods and explore different local electricity production technology options, such as solar panels. Electric vehicles can play a role in this by exchanging energy with households, thus helping to manage electricity usage efficiently. In Nordic countries, a big issue is that household electricity demand peaks during winter when solar panels output is low. To tackle this, smart coordination of household electricity flow is necessary. This work aimed to evaluate the potential of smart electricity coordination in Nordic households equipped with solar panels, electrical energy storage, and electric vehicles capable of bidirectional energy exchange. A case example for the evaluation was performed on a household located in southern Finland, where additional home electrical energy storage, a bidirectional charger, and a solar system were artificially added. An algorithm called a home energy management system was developed to optimize daily electricity flows. This algorithm excluded home appliance control. The daily costs were simulated by using measured detached house consumption, production, and electricity price data from 2022. This simulation found that the produced algorithm led to a 44.97 % reduction in yearly electricity cost compared to the non-optimized case. An expected system lifetime of 10 years could lead to revenue of 1 934.13 €. Although this work is directly suitable only for one Finnish household, it demonstrates the potential for reducing yearly household electricity costs in Nordic environments with the adoption of home energy management systems.Viimeaikainen energiakriisi on herättänyt asunnonomistajissa huolta ennakoimattomista sähkön kustannuksista. Monet etsivät tapoja vähentää sähkökustannuksia huippuhintojen aikana ja tutkivat eri vaihtoehtoja paikallisista sähköntuotantoteknologioista, kuten aurinkopaneeleista. Sähköautojen energiavarastoja voidaan hyödyntää tässä vaihtamalla energiaa kotitalouksien kanssa ja näin auttamalla hallitsemaan sähkön käyttöä tehokkaammin. Pohjoismaissa iso ongelma on kotitalouksien sähkön kysynnän kasvu talven aikana, kun aurinkopaneelien teho on alhainen. Tämän ratkaisemiseksi tarvitaan älykästä kodin energianhallinnan koordinointia. Tämän työn tavoitteena oli arvioida älykkään sähkökoordinoinnin mahdollisuuksia pohjoismaisissa kotitalouksissa, jotka ovat varustettu aurinkopaneeleilla, sähköenergian varastoinnilla sekä kaksisuuntaiseen energianvaihtoon kykenevillä sähköajoneuvoilla. Arviointi tehtiin tapausesimerkin avulla Etelä-Suomessa sijaitsevalle kotitaloudelle, johon lisättiin keinotekoisesti kodin sähköenergian lisävarasto, kaksisuuntainen ajoneuvolaturi sekä aurinkosähköjärjestelmä. Algoritmi nimeltä kodin energianhallintajärjestelmä kehitettiin päivittäisen sähköenergiavirtojen optimoimiseksi. Tämä algoritmi ei ohjaa kodinkoneita. Päivittäiset sähköenergiakustannukset simuloitiin käyttämällä omakotitalon mitattuja kulutus- ja tuotantotietoja vuodelta 2022. Lisäksi simuloinnissa käytettiin saman ajanjakson spot-sähköhintatietoa. Tässä simulaatiossa havaittiin, että tuotettu algoritmi johti 44,97 % vähennykseen vuotuisissa sähkökustannuksissa verrattuna optimoimattomaan tapaukseen. Järjestelmän odotettu 10 vuoden käyttöikä voi johtaa jopa 1 934,13 €:n kokonnaissäästöön. Vaikka tämä työn tulokset ovat suoraan verrattavia vain yhteen suomalaiseen kotitalouteen, se osoittaa mahdollisuuden alentaa kotitalouksien vuosittaisia sähkökustannuksia pohjoismaisissa ympäristöissä kodin energianhallintajärjestelmien käyttöönoton avulla.Description
Supervisor
Li, ZhengmaoThesis advisor
Hautala, PekkaKeywords
solar panels, V2H, V2G, electrical energy storage, electricity cost reduction, distributed generation