Feasibility of a smart grid business model application : case study on a residential demand response control unit
Timonen, Mikko (2021)
Pro gradu -tutkielma
Timonen, Mikko
2021
School of Business and Management, Kauppatieteet
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021062139043
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021062139043
Tiivistelmä
In the energy transition path, novel business models for smart energy grids and demand response are arising in the Finnish energy sector. Knowing this novel industry's current state and advancement is vital to anticipate and utilize the energy transition and its development process. Hence, the study aims to describe novel business models for demand response and investigate various business models' ability to generate positive cash flow using demand response in smart energy grids.
The research aim is addressed through the theoretical framework of business models studies and its recent association with smart energy grids and demand response, aggregation in especial. Methodologically the study adopts the approach of techno-economic analysis through NPV scenarios and real option valuation. The research data bases on a case study and historical power market price data. The analysis presents novel business models and evaluates the feasibility of a residential demand response control unit.
Business models related to demand response have been developed for every actor in the energy sector. In addition, start-ups and companies from adjacent industries have also noticed the opportunities offered by the energy revolution. Since the study examined the residential demand response, the business model chosen for the research was trading customers flexibility for the reserve and balancing power markets. The study found that in the FCR-N and mFRR markets, Aggregator can achieve returns by utilising the adjustment capacity of residential customers. The FCR-N market became significantly more profitable than the mFRR market. However, the returns from the markets were not sufficient to make the demand response control unit feasible.
Although the results indicate that the investment is not feasible, it does provide a first instance and a viable calculation method. At the same time, the two-year period is a reasonably short time in feasibility calculation. Yet, the appliance generated a positive cash flow based on the return estimates. Thus, with a longer study period, the device could be feasible in terms of NPV or real option value. Energiamurroksessa syntyy uusia älykkäiden sähköverkkojen ja kysyntäjouston liiketoimintamalleja Suomen energiasektorilla. Energiasektorin tämänhetkisen tilan ja kehityksen tunteminen on välttämätöntä voidakseen ennakoida ja hyödyntää energiamuutosta ja sen kehitysprosessia. Siksi tutkimuksen tarkoituksena on kuvata kysyntäjouston uusia liiketoimintamalleja ja tutkia näiden erilaisten liiketoimintamallien kykyä tuottaa positiivista kassavirtaa hyödyntämällä kysyntäjoustoa älykkäissä sähköverkoissa.
Tutkimuksen tavoitetta lähestytään liiketoimintamalli tutkimukseen ja sen tuoreeseen yhdistämisen älykkäisiin sähköverkkoihin ja kysyntäjoustoon, erityisesti aggregaatioon. Metodologisesti tutkimuksessa omaksutaan teknotaloudellisen analyysi NPV-skenaarioiden ja reaali optioiden arvioinnin avulla. Tutkimustiedot perustuvat tapaustutkimukseen ja historialliseen sähkön markkinahintatietoon. Analyysissä tunnistetaan uudet liiketoimintamallit ja arvioidaan kotitalouksien kysyntäjouston ohjausyksikön toteutettavuus.
Jokaiselle energia-alan toimijalle on kehitetty kysyntäjoustoon liittyviä liiketoimintamalleja. Lisäksi start-upit ja viereisten teollisuudenalojen yritykset ovat myös huomanneet energiamurroksen tarjoamat mahdollisuudet. Tutkimukseen valittu liiketoimintamalli oli asiakkaiden joustavuuden kauppaaminen reservi- ja säätösähkömarkkinoille. Tutkimuksessa todettiin, että FCRN- ja mFRR-markkinoilla aggregaattori voi saavuttaa tuottoa hyödyntämällä kotitalouksien sähkökuormia. FCR-N markkina tuli merkittävästi kannattavammaksi kuin mFRR markkina. Markkinoiden tuotot eivät kuitenkaan olleet riittäviä, jotta kysynnänohjauksen yksikkö olisi taloudellisesti kannattava.
Vaikka tulokset osoittavat, että sijoitus ei ole taloudellisesti kannattava, se tarjoaa kuitenkin esimerkin ja toteuttamiskelpoisen laskentamenetelmän. Samanaikaisesti kahden vuoden jakso on kohtuullisen lyhyt aika investoinnin kannattavuuden laskennassa. Silti laite tuotti positiivisen kassavirran tuottoarvioiden perusteella. Näin ollen pidemmällä tutkimusjaksolla laite voisi olla kannattava nettonykyarvon tai reaalioption osalta.
The research aim is addressed through the theoretical framework of business models studies and its recent association with smart energy grids and demand response, aggregation in especial. Methodologically the study adopts the approach of techno-economic analysis through NPV scenarios and real option valuation. The research data bases on a case study and historical power market price data. The analysis presents novel business models and evaluates the feasibility of a residential demand response control unit.
Business models related to demand response have been developed for every actor in the energy sector. In addition, start-ups and companies from adjacent industries have also noticed the opportunities offered by the energy revolution. Since the study examined the residential demand response, the business model chosen for the research was trading customers flexibility for the reserve and balancing power markets. The study found that in the FCR-N and mFRR markets, Aggregator can achieve returns by utilising the adjustment capacity of residential customers. The FCR-N market became significantly more profitable than the mFRR market. However, the returns from the markets were not sufficient to make the demand response control unit feasible.
Although the results indicate that the investment is not feasible, it does provide a first instance and a viable calculation method. At the same time, the two-year period is a reasonably short time in feasibility calculation. Yet, the appliance generated a positive cash flow based on the return estimates. Thus, with a longer study period, the device could be feasible in terms of NPV or real option value.
Tutkimuksen tavoitetta lähestytään liiketoimintamalli tutkimukseen ja sen tuoreeseen yhdistämisen älykkäisiin sähköverkkoihin ja kysyntäjoustoon, erityisesti aggregaatioon. Metodologisesti tutkimuksessa omaksutaan teknotaloudellisen analyysi NPV-skenaarioiden ja reaali optioiden arvioinnin avulla. Tutkimustiedot perustuvat tapaustutkimukseen ja historialliseen sähkön markkinahintatietoon. Analyysissä tunnistetaan uudet liiketoimintamallit ja arvioidaan kotitalouksien kysyntäjouston ohjausyksikön toteutettavuus.
Jokaiselle energia-alan toimijalle on kehitetty kysyntäjoustoon liittyviä liiketoimintamalleja. Lisäksi start-upit ja viereisten teollisuudenalojen yritykset ovat myös huomanneet energiamurroksen tarjoamat mahdollisuudet. Tutkimukseen valittu liiketoimintamalli oli asiakkaiden joustavuuden kauppaaminen reservi- ja säätösähkömarkkinoille. Tutkimuksessa todettiin, että FCRN- ja mFRR-markkinoilla aggregaattori voi saavuttaa tuottoa hyödyntämällä kotitalouksien sähkökuormia. FCR-N markkina tuli merkittävästi kannattavammaksi kuin mFRR markkina. Markkinoiden tuotot eivät kuitenkaan olleet riittäviä, jotta kysynnänohjauksen yksikkö olisi taloudellisesti kannattava.
Vaikka tulokset osoittavat, että sijoitus ei ole taloudellisesti kannattava, se tarjoaa kuitenkin esimerkin ja toteuttamiskelpoisen laskentamenetelmän. Samanaikaisesti kahden vuoden jakso on kohtuullisen lyhyt aika investoinnin kannattavuuden laskennassa. Silti laite tuotti positiivisen kassavirran tuottoarvioiden perusteella. Näin ollen pidemmällä tutkimusjaksolla laite voisi olla kannattava nettonykyarvon tai reaalioption osalta.