Handling of net-zero energy regions in the power market

Abstract

Energy production and consumption is changing because of common aims to restrain the climate change. A part of the solution is to increase the share of small-scale customers that produce their own energy at their premises, to increase flexibility in energy consumption and to initiate a market for these resources (prosumers). Prosumers utilizing distributed energy resources (DER) introduce new challenges both to the infrastructure and operational models of the energy markets. Its current impact is small in the Nordic region but as DER are promoted, the prosumer activity might be more general in the future as it e.g. in Germany. The term net zero energy district (ZED) is established to describe the residential prosumer communities where the local energy resources are utilized enabling the annual balance between the energy production and consumption to be zero.

Handling of net ZEDs is significant because no general operational models have been introduced to net ZEDs in the Nordic region. This thesis includes a review of the future energy markets which encounter the penetration of distributed energy resources (DER) and discusses the challenges and opportunities it causes to the market structures and market actors´ businesses. Based on existing literature and interviews, possible net ZEDs and related business models are reviewed and analyzed.

The present electricity market structure is not developed to handle net ZEDs. Further development should be aimed at e.g. DER aggregation, market participation and Nordic electricity market bidding processes. If several net ZED are established, managing the balance in the networks might become challenging. The imbalance settlement procedure may have to be developed towards increased attention on prosumer responsibility.

Considering the challenges in managing net ZEDs, results of this study show that the role of a service provider is essential when it comes to the operation and management of a net ZED. Whether the service is provided by the supplier, DSO or an independent party may have significance because the interests are different between the parties. Because of the customer´s right to change supplier and DSO regulation, it could be reasonable that a third party service provider act as the initiator of a net ZED. A service provider could implement the central control system and key services, without the financial risk caused by supplier switching and regulation restrictions. The individual initiator could provide the contractual relationships towards the supplier and DSO on behalf of the prosumers. This could simplify the prosumers´ role and increase the attractiveness to form net ZEDs. In addition, the public participation in the net ZED projects and related service providing could be beneficial because of land use and building guidance issues and the possibility to create local business.

Ilmastonmuutoksen hillitsemistä edesauttaa lisätä pienimuotoista uusiutuvaa energian tuotantoa, kulutuksen joustavuutta ja tehokasta hyödyntämistä energian käyttöpaikkojen läheisyydessä. Markkinaympäristö ja sen houkuttelevuus on tällaiselle toiminnalle vielä pienimuotoista koska sen lisäys aiheuttaa haasteita sekä nykyiselle fyysisille energiajärjestelmälle että nykyisille markkinoiden toimintamalleille. Tulevaisuuden näkymät toiminnan yleistymiseen ovat positiiviset koska ne liittyvät vahvasti kansainvälisiin ja kansallisiin ympäristötavoitteisiin. Asian ymmärtävyyden ja energiatehokkuuden johdosta tässä työssä käsitellään netto nollaenergia-alueita jotka kuvaavat pientuottajayhteisöjä jossa paikallista energiatuotantoa voidaan hyödyntää niin, että vuotuinen tasapaino energiatuotannon ja kulutuksen välillä on nolla. Näiden alueiden käsittelyä voidaan pitää tärkeänä koska yleisiä toimintamalleja ei ole vielä laajalti otettu käyttöön.

Diplomityössä on kartoitettu tulevaisuuden energiamarkkinarakennetta joka kohtaa paikallista pientuotantoa, varastointia ja kulutuksen joustavuutta. Tämä aiheuttaa haasteita markkinarakenteisiin ja markkinatoimijoiden liiketoimintaan joita käsitellään tässä työssä. Hyödyntäen olemassa olevaa kirjallisuutta ja haastattelemalla alan asiantuntijoita, vaihtoehtoisia nettonollaenergia-alueita ja siihen liittyviä liiketoimintamalleja on tarkasteltu. Nykyistä sähkömarkkinarakennetta ei ole suunniteltu käsittelemään nollaenergia-alueita. Rakenteita, jotka liittyvät pientuottajan kannalta markkinoiden houkuttelevuuteen, pientuotannon ja kulutuksen joustavuuden kokonaisuuden hallintaan sekä sähkökaupan toimintaa, pitäisi kehittää nollaenergia-alueiden kannalta soveltuvammaksi. Tasesähkökaupankäynnin periaatetta pitäisi mahdollisesti kehittää niin että osa energiajärjestelmien toimintavastuusta kohdistuisi pientuottajille.

Nettonollaenergia-alueiden hallinta on haastavaa. Työn tulokset osoittavat että, palvelutarjoajan rooli operoinnissa ja hallinnassa on merkittävä, koska moni asiaan liittyvä asia vaatii asiantuntemusta ja resursseja joita itse pientuottajilla ei välttämättä ole. Huomioitavaa on tarjoaako olemassa oleva markkinatoimija, kuten verkkoyhtiö tai sähkönmyyjä, tai riippumaton toimija palvelut sillä näiden välillä on liiketoiminnallisia ristiriitoja. Riippumaton toimija voisi tarjota tärkeimmät palvelut tekniseen hallintaan ja markkinoille pääsyyn, jolloin sähkömyyjän vaihtamisen riskiä ja verkkoyhtiötoiminnan regulaation liittyviä ongelmia voitaisiin hallita tehokkaammin. Palveluntarjoaja voisi järjestää sopimusluontoiset asiat pientuottajien puolesta, joka helpottaisi pientuottajien roolia ja näin ollen kiinnostusta nollaenergia-alueita kohtaan. Julkisen sektorin rooli palvelujen tarjoamisessa ja alueiden mahdollistamissa voi nähdä tärkeänä kaavoituksen ja rakennelupien kannalta.