Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Dynamic pricing and carbon intensity in demand response functions
Linköping University, Department of Management and Engineering, Energy Systems. Linköping University, The Institute of Technology.
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The European power sector is facing significant challenges related to investments in grid infrastructure and generation capacity. The continued deployment of intermittent renewables also puts pressure on current grid conditions. Smart grids is seen as a cost-efficient way to overcome these challenges through a more efficient use of current capacity. Demand response is a corner-stone in smart grid development,  and is implemented to introduce flexibility on the demand side. Most demand response programs have used dynamic pricing to incentivize consumers to shift consumption from peak to off-peak hours. In Stockholm Royal Seaport, where a sustainable energy system is envisioned, it has been proposed that dynamic pricing should be complemented with an indicator depicting carbon intensity of purchased electricity. This indicator is based on average emissions, which is one of two fundamental perspectives on assessing environmental impacts of electricity consumption. 

The aim of this study was to evaluate whether the approach used to quantify carbon intensity in Stockholm Royal Seaport is appropriate in the context of demand response. To achieve this, a literature review has been conducted regarding potential benefits of demand response, power system dynamics and carbon dioxide allocation methods. A quantitative analysis has also been conducted, where the signal proposed for Stockholm Royal Seaport has been modeled under different timeframes. The results show that the CO2-signal in Stockholm Royal Seaport is constructed in such a way that it is largely affected by hydro generation, which in turn makes it correlate negatively with price. As a result, the CO2-signal would counteract many of the predicted long-term benefits of demand response. Furthermore it seems unlikely that the signal would result in significant short-term emission reductions, since hydro generally is used to balance supply and demand in the Swedish and Nordic systems. 

Based on the literature review, it was concluded that marginal emissions would be a more appropriate environmental indicator than average emissions. However, it remains a difficulty to construct a day-ahead control signal based on this perspective because of system complexity and lack of data. Historical marginal carbon intensity was nevertheless modeled in this study using a linear regression model. The results indicate that price itself might be a sufficient indicator of marginal emissions.

Finally, a model for a signal based on prognoses of intermittent renewable generation is proposed, where the rationale is that consumers should decrease consumption during hours of low renewable generation. This signal was modeled using data on renewable generation from Denmark since corresponding data in Sweden is not yet available. Results show that it would be possible to construct a rather accurate control signal in this way. There are also reasons to believe that demand response based on this type of signal would result in long-term environmental benefits. 

Abstract [sv]

Den europeiska energisektorn står inför stora utmaningar, bland annat i form av investeringsbehov i nätinfrastruktur och produktionskapacitet för att säkra framtida leveranssäkerhet. Den fortsatta utbyggnaden av intermittent förnybar kraftproduktion ställer också nya krav på nätet och på aktörernas flexibilitet. Smarta nät ses som ett kostnadseffektivt sätt för att övervinna dessa utmaningar genom en mer effektiv användning av nuvarande kapacitet. En viktig del i detta är efterfrågerespons, som syftar till att minska belastningen på nätet under höglasttimmar genom att i högre grad än tidigare involvera konsumenten. De flesta initiativ inom efterfrågerespons har använt dynamisk prissättning för att uppmuntra konsumenter att flytta konsumtion från höglast- till låglasttimmar. I Norra Djurgårdsstaden, där visionen är att bygga ett hållbart och mer flexibelt energisystem, har det föreslagits att dynamisk prissättning bör kompletteras med en indikator som visar den inköpta elens koldioxidintensitet. Denna indikator är baserad på medelel, vilket är ett av två fundamentala sätt att miljövärdera el.

Syftet med denna studie var att utvärdera om den metod som används för att kvantifiera koldioxidintensiteten i Norra Djurgårdsstaden är lämplig i samband med efterfrågerespons. För att uppnå detta har en litteraturstudie genomförts gällande potentiella fördelar med efterfrågerespons, hur kraftsystemet fungerar samt olika metoder för att miljövärdera el. En kvantitativ analys har också genomförts, där CO2-signalen i Norra Djurgårdsstaden har modellerats utifrån olika tidsperspektiv. Resultaten visar att CO2-signalen i Norra Djurgårdsstaden är konstruerad på ett sådant sätt att den till stor del påverkas av vattenkraftens produktionsvariationer, vilket i sin tur gör att signalen generellt rör sig i motsatt riktning mot prissignalen. Resultatet av detta är att CO2-signalen motverkar många av de långsiktiga fördelarna med efterfrågestyrning. Dessutom ter det sig osannolikt att signalen skulle leda till signifikanta utsläppsminskningar på kort sikt, eftersom lasten i Sverige främst balanseras av variationer i vattenkraft.

Utifrån litteraturstudien kan man dra slutsatsen att marginalelens koldioxidintensitet skulle vara en lämpligare miljöindikator än genomsnittliga utsläpp i samband med efterfrågestyrning. Det är dock svårt att i praktiken konstruera en styrsignal baserat på detta perspektiv på grund av systemets komplexitet och brist på data. Historiska marginella utsläpp modellerades emellertid med hjälp av linjär regression. Resultaten från detta indikerade att priset kan vara en tillräcklig indikator även för variationerna i koldioxidintensitet utifrån ett marginalperspektiv.

Slutligen föreslås en modell för en signal baserad på dagenföreprognoser om intermittent förnybar produktion, där budskapet skulle vara att användaren minskar sin konsumtion under timmar med låg förnybar produktion. Denna signal modellerades med hjälp av uppgifter om förnybar produktion från Danmark eftersom motsvarande uppgifter om Svensk produktion inte finns tillgängliga ännu. Resultaten visar att det skulle vara möjligt att konstruera en relativt träffsäker styrsignal på detta sätt. Det finns också skäl att tro att efterfrågerespons baserat på denna typ av signal skulle leda till miljömässiga fördelar på längre sikt. 

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 53 p.
Keyword [en]
Smart grids, demand response, price and CO2-signals, Stockholm Royal Seaport, average emissions, marginal emissions, carbon intensity.
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-109633ISRN: LIU-IEI-TEK-A--14/01851-SEOAI: oai:DiVA.org:liu-109633DiVA: diva2:739802
External cooperation
Fortum
Subject / course
Industrial Management
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-08-27 Created: 2014-08-21 Last updated: 2014-08-27Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Dynamic pricing and carbon intensity in demand response functions(1472 kB)434 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1472 kBChecksum SHA-512
05bca7ee37b436c860d3f47a6340f0d008d52b5b52cd74d883b58963615526c42c26f98b6dc89167b081c4a36a360356cd795696b37e13a4ecc9b366e8449bd5
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Ekman, Oskar
By organisation
Energy SystemsThe Institute of Technology
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 434 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1045 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf