Energisystemet til et område består som regel av elektrisk kraft og noen ganger fjernvarme.
Energisystemet bør dimensjoneres og driftes ut fra helheten i området. Det krever dermed gode energiløsninger – ofte i et samspill mellom flere, alt fra eiere av større bygg og industri til private boligeiere.
Gode løsninger for hele området
For eksempel må det elektriske distribusjonsnettet dimensjoneres ut fra det maksimale behovet for kraft.
For å utnytte kapasiteten i nettet på en god måte kan det være fornuftig å spre forbruket utover, heller enn å oppgradere etter en stadig økende kø i rushtiden. Det er gjerne på morgenen og rundt middagstider på kalde vinterdager.
Det dukker stadig opp tekniske løsninger som gjør det mulig å optimalisere driften på tvers av enkeltbygg og lokale energiressurser. Det kan for eksempel være ladeanlegg for elbiler med mulighet for å styre når ladingen skal skje eller oppvarming av tappevann for boligkomplekser.
Siden optimal drift av energisystemet avhenger av det totale energiforbruket til et område, er det viktig å få på plass insentiver for de ulike boligeiere og bedrifter i området som bygger opp om de gode løsningene.
Om kraftforsyning
Systemet for forsyning av elektrisk energi er bygget opp slik at man har store kraftverk, for eksempel vannkraft eller vindkraft, som genererer elektrisk kraft som transporteres gjennom kraftnettet til forbruker.
I dette systemet forholder forbrukerne seg til strømpris, hva strømmen koster å produsere, og til nettleie, som er hva det koster å transportere den.
Strømprisen bestemmes ut i fra en kraftbørs (NordPool) som kommer frem til en pris ut fra tilbud og etterspørsel i hele Nord-Europa.
Nettleien fastsettes av det lokale nettselskapet ut i fra regler fastsatt av Norges Vassdrags og Energidirektorat.
Dette systemet utfordres av at det i stadig større grad kommer inn distribuert kraftproduksjon nærmere der forbruket skjer, i tillegg til at forbruket i økende grad blir fleksibelt.
Dette gjør at konsepter for lokale markedsplasser for utveksling av elektrisk kraft blir aktuelt.
Bruk av lokal, fornybar energi
Nett-tariff er beregningsgrunnlaget for prisen en kunde betaler til eieren av kraftnettet for overføring av den elektriske energien fra sentralnettet og inn til den enkelte kunde.
Gjennom arbeidet i FME ZEN, som er et forskningssenter for nullutslippsområder i smarte byer, har forskerne sett på hvordan nett-tariffer og lokale markeder kan brukes for å få til optimale løsninger på områdenivå.
Her handler det om å etablere effektive insentiver for alle, som gir god forvaltning av lokale energiressurser og kraftnett.
Det kan for eksempel være å få eiere av ladeanlegg for elbiler til å styre ladingen mot tidspunkter når strømbruken ellers i nettet er lav. Slik kan de bruke lokal fornybar energi direkte, framfor å måtte lagre dette eller sende det ut på nettet.
Forskerne har analysert de samfunnsøkonomiske fordelene ved å supplere nett-tariffer med lokale markeder for utveksling av fleksibilitet. Dette arbeidet er unikt, siden de fleste forskere hittil har jobbet mye med design av nett-tariffer og slike lokale markeder hver for seg.
Ressursene kan utnyttes på en bedre måte
– Vi har derfor tatt forskningen et steg videre ved å kombinere disse tiltakene for å se på vekselvirkningene mellom marked og tariffer, og hvordan dette påvirker helheten, sier Sintef-forsker Magnus Askeland.
Ved å etablere slike mekanismer er det mulig å redusere kostnaden for alle som bruker strøm ved at det i større grad lønner seg for alle de involverte å handle i tråd med det beste for hele området, noe som gjør at de fleksible ressursene som finnes der kan driftes på en bedre måte.
– Vi har identifisert samfunnsøkonomiske gevinster knyttet til handelsmekanismer i kombinasjon med effektbaserte tariffer, gjennom at man kan få en bedre utnyttelse av lokale ressurser og redusert behov for oppgradering av kraftnettet, forklarer Askeland.
Metode som får alle til å dra i samme retning
Spillteori kan beskrive situasjoner der ulike beslutningstakere påvirker hverandre gjennom sine valg, mens energisystem-analyse som regel går ut på å finne hva som er den beste måten utvikle og drifte et energisystem.
Metoden som er utviklet, er en hybrid mellom disse to. Dette gjør det mulig å studere hvordan ulike mønstre for beslutning og rammevilkår påvirker hvilket energisystem vi ender opp med.
En såkalt systemoptimalisering kan gi oss en slags fasit for hva som ville vært den teoretisk beste løsningen for et område, men dette kan være forskjellig fra den løsningen vi får i praksis når systemet består av flere som tar egne valg.
Ved bruk av spillteori kan man derimot analysere hvordan det vil være hensiktsmessig å utforme rammevilkårene slik at de ulike beslutningstakerne i området i størst mulig grad selv ønsker å handle i tråd med det beste for helheten i systemet.
– Metodikken som er brukt, gir oss innsikt i hvordan vi kan få alle til å dra i samme retning, og få til et kostnadseffektivt og fornybart energisystem, sier Askeland.
Viktig med presise insentiver
Et system med effektbaserte nett-tariffer, altså der kundene møter en pris for kapasitet på individuelt nivå, gir ikke nødvendigvis en like god løsning som det som teoretisk sett ville vært det mest effektive.
For eksempel kan det skje at det investeres i egne batterier som i liten grad bidrar til å senke forbrukstoppen for området.
Dette skyldes at hver enkelt som bruker kraftnettet ønsker å optimalisere sin egen energibalanse og redusere sitt eget maksimale forbruk. Dette trenger ikke å være så gunstig, fordi den individuelle forbrukstoppen ikke nødvendigvis sammenfaller med forbrukstoppen til hele området.
– Nettselskapene risikerer dermed å skape insentiver til å redusere forbruket når nettet egentlig ikke trenger det, og at insentivene til å redusere forbruk når det faktisk trengs ikke blir presise nok, forklarer Askeland.
Nødvendig med samhandling på tvers av systemgrenser
Dette betyr at etablering av effektbaserte nett-tariffer som er planlagt i 2022 ikke er tilstrekkelig for en mer kostnadseffektiv forvaltning av energisystemet.
Myndighetene og nettselskapene må få på plass mekanismer som gjør det mulig å utnytte energiressurser og fleksibilitet på tvers av aktører.
Forskerne hevder at hvis ikke dette blir gjort, så risikerer vi overinvesteringer i nett eller egne batterier når alle ønsker å optimalisere hver for seg, heller enn å utnytte det som finnes til det beste for helheten i systemet.
I en av analysene var fleksibiliteten knyttet til elbillading tilstrekkelig for å balansere det lokale energisystemet og unngå overbelastning. Dette ble likevel ikke utnyttet på en god måte med individuelle effektbaserte nettariffer, siden målet da ble å få ladeeffekten til å være mest mulig konstant.
Elbil-ladingen kunne tilpasses slik at den i størst mulig grad brukte kapasitet utenom «rushtiden» ved å gi husholdninger og ladeanlegget en mulighet for å handle nettkapasitet med hverandre.
– Det er viktig å erkjenne at ulike boligeiere, bedriftseiere og energiressurser i et område er forskjellige, og det er for eksempel ikke et hensiktsmessig mål at alle skal ha en lavest mulig forbrukstopp. Det essensielle er å få på plass insentiver som gjør at de som har en eller annen form for fleksibilitet tilpasser seg til totaliteten i systemet, forklarer Askeland.
Rammevilkår for helhetlige energiløsninger
Å tilrettelegge for lokalt samspill rundt energiløsningene kan være fornuftig. Det bør lønne seg å handle til det beste for helheten. Det kan redusere kostnaden til alle strømkunder.
Samtidig må vi huske på at folk flest neppe ønsker å ha et aktivt forhold til det å kjøpe og selge fleksibilitet og styre forbruket sitt ut i fra dette.
Her må derfor bedrifter tilby løsninger som utnytter teknologien på en god måte – slik at folk opplever at det «går av seg selv».
– Å få til dette beror på at man får på plass hensiktsmessige rammevilkår, slik at det kan etableres forretningsmodeller som bygger opp under de gode og helhetlige energiløsningene, sier Askeland.
Rammevilkårene som gjør en slik interaksjon mellom ulike kunder, lokale kraftprodusenter og nettselskap mulig, kan danne grunnlaget for nye forretningsmodeller.
Det er allerede mulig å optimalisere energiforbruket innenfor enkeltbygg, og det kan være et naturlig neste steg å optimalisere energiforbruket på tvers av bygninger.
Referanser:
Magnus Askeland mfl.: Zero energy at the neighbourhood scale: Regulatory challenges regarding billing practices in Norway. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci., 2019. DOI:10.1088/1755-1315/352/1/012006
M. Askeland og M. Korpås: Interaction of DSO and local energy systems through network tariffs. 16th International Conference on the European Energy Market (EEM), 2019. (Sammendrag) DOI: 10.1109/EEM.2019.8916304
Magnus Askeland mfl.: Helping end-users help each other: Coordinating development and operation of distributed resources through local power markets and grid tariffs. Energy Economics, 2021. DOI:10.1016/j.eneco.2020.105065
Magnus Askeland mfl.: Activating the potential of decentralized flexibility and energy resources to increase the EV hosting capacity: A case study of a multi-stakeholder local electricity system in Norway. Smart Energy, 2021. DOI:10.1016/j.segy.2021.100034
Les også disse artiklene fra Sintef:
forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER
