Eksplisiittisen kysyntäjouston taloudellinen potentiaali sähköautojen yksityisessä latausverkostossa

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2018-08-20
Department
Major/Subject
Energy Technology
Mcode
ENG21
Degree programme
Master's Programme in Energy Technology (EEN)
Language
fi
Pages
80
Series
Abstract
Suomen pitkän aikavälin tavoitteena on olla hiilineutraali yhteiskunta. Tähän pyritään mm. lisäämällä uusiutuvaa energiantuotantoa, parantamalla energiatehokkuutta ja kasvattamalla sähköautojen määrää. Sähköautojen sekä vaihtelevan uusiutuvan energiatuotannon lisääntyminen aiheuttaa kuitenkin haasteita sähköjärjestelmän tehotasapainon ylläpidolle. Sähköjärjestelmässä sähkön kysynnän ja tarjonnan on kohdattava joka hetki, eli sähköä on tuotettava ja kulutettava samaan tahtiin, jotta sähköverkon taajuus pysyy vakiona. Tätä tasapainoa voidaan ylläpitää säätämällä joko tuotannon, kysynnän tai näiden molempien määrää. Sähkön kysynnän määrän säätämistä kutsutaan usein kysyntäjoustoksi. Tämä diplomityö on toteutettu osana EU:n SysFlex-tutkimushanketta, jonka tarkoituksena on kehittää joustavia ratkaisuja uusiutuvan energiantuotannon lisäämisen sähköverkolle aiheuttamiin haasteisiin. Diplomityö käsittelee eksplisiittisen kysyntäjouston hyötyjä sekä taloudellista potentiaalia sähköautojen yksityisessä latausverkostossa. Joustopotentiaalia arvioidaan kvantitatiivisesti Liikennevirta Oy:n hallinnoimilla yksityisillä latauspisteillä tapahtuneiden lataustapahtumien kautta. Joustopotentiaalin määrä, sekä arvo Fingridin taajuusohjatuilla häiriöreservimarkkinoilla, ratkaistiin tarkoitukseen kehitettyjä kaavoja hyödyntäen Pythonilla. Tulevaisuuden joustokapasiteetin ja sen taloudellisen potentiaalin arviointia varten työssä kehitettiin myös simulaatiomalli, joka poimii satunnaisotoksen tutkimusaineistosta, säilyttäen lataustapahtumien eri attribuuttien väliset riippuvuussuhteet kopuloiden avulla, sekä laskee näiden lataustapahtumien joustopotentiaalit. Lisäksi deskriptiivisen data-analyysin kautta pyrittiin hahmottamaan yleiskuvaa sähköautojen latauskäyttäytymisestä yksityisillä latauspisteillä sekä analysoimaan mm. lataustapahtumien jakaumaa ajallisesti sekä eri asiakassegmenttien kesken. Tutkimuksen perusteella Suomen koko yksityisen latausverkoston jouston taloudellinen potentiaali olisi vuonna 2017 ollut noin 9 600 € FCR-D markkinoilla, mikäli koko sähköautokanta käyttäytyisi aineiston keskiarvoisen asiakkaan kaltaisesti. Mikäli hallituksen tavoite neljännesmiljoonasta sähköautosta vuonna 2030 toteutuu, kasvaisi verkoston jouston taloudellinen potentiaali mahdollisesti jopa yli 4,7 miljoonaan euroon vuodessa. Sähköautokanta tulee tulevaisuudessa muodostamaan helposti hyödynnettävän ja suuren kysyntäjoustoresurssin, jonka taloudellinen potentiaalikin tulee kasvamaan merkittäväksi. Tällä hetkellä suurin este yksityisten sähköautojen lataustapahtumien hyödyntämiselle joustoresurssina on älykkäiden latauspisteiden pieni määrä, valtaosa Suomen sähköautojen latauksista tapahtuu vielä tavanomaisten kotitalouspistokkeiden kautta.

The long-term goal of Finland is to be a carbon neutral society. This is to be achieved e.g. by increasing renewable energy production, by improving overall energy efficiency and by increasing the number of electric vehicles significantly. The increase in the number of electric vehicles and intermittent energy production however poses challenges to the power system. In the power system there has to be a balance between production and consumption of electricity at all times. This balance can be maintained by adjusting the production or consumption, or both. The adjustment of power consumption to better match with power supply can also be called demand response. This master’s thesis has been carried out as a part of the EU's SysFlex research project, which aims to identify solutions to issues associated with integrating large-scale renewable energy into the energy mix. The thesis addresses the economic potential and benefits of explicit demand response in private electric vehicle charging networks. Flexibility potential is assessed quantitatively by examining EV charging events carried out at private charging points managed by Liikennevirta Oy. The flexibility potential of the charging events, as well as their values in Finnish TSO Fingrid’s frequency containment reserves, are solved using Python and the formulas developed in this thesis. The future economic potential of private EV charging network was assessed also by a simulation model that uses copulas to sample charging events from the original data and calculates their flexibility potentials. Through descriptive data-analysis insights were also sought about the charging behaviour of different customer segments and the different distributions of charging events at private charging points. According to this study, the economic potential of the entire Finnish private charging network in Fingrid’s FCR-D marketplace would have been around 9 600 € in 2017, if the entire Finnish electric car fleet behaved like the average customer in the research material. If the 2030 target of a quarter million EVs set by the Finnish government will be realized, the economic potential of explicit demand response in the private EV charging network could probably be as much as over 4.7 million euros per year. In the future, the EV fleet will be a sizable and highly practical demand response asset with a significant economic potential. At the present, the biggest obstacle in exploiting the full potential of EVs in explicit demand response is the small number of intelligent private charging points. Currently most of the home charging of Finnish EVs is still done via conventional household sockets.
Description
Supervisor
Lahdelma, Risto
Thesis advisor
Lahtinen, Perttu
Keywords
sähköautot, latausverkosto, eksplisiittinen kysyntäjousto, taajuusohjattu häiriöreservi, simulaatiomalli, kopula
Other note
Citation