The Role of Residential Households as Enablers for Demand Flexibility within an Electric Grid

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2014
Department
Major/Subject
Teollisuustalous
Mcode
TU-22
Degree programme
Language
en
Pages
55 + [1] s.
Series
Abstract
The aim of this thesis was to examine the role and potential of residential households in electricity demand flexibility provision. First, current research on demand flexibility was reviewed and a framework for viewing households as smart systems that enable demand flexibility, was built. The case study was conducted in a detached house in Porvoo, where Posintra/STOK development company has been conducting studies on intellingent house automation control. Together with the owner of the house, different electricity demands were identified and the most relevant in terms of providing demand flexibility were selected for the measurement phase. The measurements were conducted by the household owner during the latter part of the year 2013. The measurement data was used to provide visibility into the relative and absolute electricity demands associated with common household appliances. The demands were categorized into controllable categories, according to their mode of operation, and estimates for demand flexibility potential were calculated for each appliance based on their consumption curves and assessments on how much each demand could be shifted. These could then be compared to estimates of the residential sector potential found in current literature. The procedure followed in planning and conducting the measurements on disaggregated household electricity demand was used as a basis for proposing a model framework for conducting similar studies in the future. The relevance of such studies is likely to increase, as demand flexibility gains more value as electricity systems need to be able to operate with an increasing share of generation from intermittent renewable sources. Results from similar studies haven't been previously available from Finland and as such this paves the way for more research in the area. The results have unique value in reflecting actual household electricity demand instead of being derived from mathematical simulations, as has been the case in studies identified in previous literature.

Diplomityön tavoitteena oli tarkastella kotitalouksien roolia ja mahdollisuuksia sähköverkon kysyntäjouston toteuttamisessa. Työn aluksi perehdyttiin kysyntäjoustoon liittyvään ajankohtaiseen tutkimukseen, jonka pohjalta laadittiin viitekehys kotitalouksien tarkasteluun älykkäinä systeemeinä, jotka mahdollistavat kysyntäjouston tuottamisen. Esimerkkitapauksena tutkimuksessa käytettiin porvoolaista omakotitaloa, jossa Posintra-kehitysyhtiön alainen Sähköisen talotekniikan osaamis- ja kehittämiskeskus STOK tekee tutkimusta älykkääseen taloautomaation ohjaukseen liittyen. Yhdessä talon omistajan kanssa eri sähkönkulutukset talossa tunnistettiin ja näistä kysyntäjouston tuottamisen kannalta olennaisimmat valikoitiin mittausvaiheeseen. Mittaukset toteutettiin talon omistajan toimesta vuoden 2013 jälkipuolella. Mittauksista saatu tieto hyödynnettiin tuottamaan näkyvyyttä yleisesti käytössä olevien kodinkoneiden ja -laitteiden suhteelliseen ja absoluuttiseen sähkönkulutukseen. Eri kulutukset jaoteltiin ohjattaviin luokkiin niiden toimintaperiaatteiden mukaisesti. Kysyntäjouston potentiaali laskettiin mitatuille laitteille niiden kulutuskäyrien sekä kuormien siirrettävyydestä tehtyjen arvioiden perusteella. Tämän mahdollisti mittaustiedon vertailun kirjallisuuden arvioihin kotitaloussektorin potentiaalista kysyntäjouston tuottajana. Kotitalouksien sähkönkysynnän erittelyyn tähtäävien mittausten suunnittelussa ja toteuttamisessa noudatettua menettelytapaa käytettiin pohjana ehdotetulle uusissa samankaltaisissa tutkimuksissa käyttökelpoiselle mallille. Tällaisten tutkimusten merkityksen voidaan ennakoida kasvavan tulevaisuudessa, kun kysyntäjoustosta saatava arvo lisääntyy sähköjärjestelmien sopeutuessa toimimaan tilanteessa, jossa yhä suurempi osa tuotannosta toteutetaan uusiutuvilla energianlähteillä. Tämänkaltaisia tutkimustuloksia ei ole aiemmin ollut saatavilla Suomesta ja näin ollen tämä työ avaa mahdollisuuksia uusiin tutkimuksiin aihepiiriin liittyen. Tuloksilla on ainutkertaista arvoa, sillä ne kuvastavat tosiasiallista kotitalouksissa tapahtuvaa sähkönkysyntää, eivätkä pohjaa matemaattisiin simulaatioihin, kuten aiemmassa kirjallisuudessa.
Description
Supervisor
Holmström, Jan
Thesis advisor
Främling, Kary
Keywords
kysyntäjousto, asuintalot, kodinkoneet, kysyntöjen mittaaminen, laitetason kysynnät, demand flexibility, residential household, appliance, demand measurement, disaggregated demand
Other note
Citation