Scenarios for the development of smart grids in the UK: synthesis report

‘Smart grid’ is a catch-all term for the smart options that could transform the ways society produces, delivers and consumes energy, and potentially the way we conceive of these services. Delivering energy more intelligently will be fundamental to decarbonising the UK electricity system at least possible cost, while maintaining security and reliability of supply. Smarter energy delivery is expected to allow the integration of more low carbon technologies and to be much more cost effective than traditional methods, as well as contributing to economic growth by opening up new business and innovation opportunities. Innovating new options for energy system management could lead to cost savings of up to £10bn, even if low carbon technologies do not emerge. This saving will be much higher if UK renewable energy targets are achieved. Building on extensive expert feedback and input, this report describes four smart grid scenarios which consider how the UK’s electricity system might develop to 2050. The scenarios outline how political decisions, as well as those made in regulation, finance, technology, consumer and social behaviour, market design or response, might affect the decisions of other actors and limit or allow the availability of future options. The project aims to explore the degree of uncertainty around the current direction of the electricity system and the complex interactions of a whole host of factors that may lead to any one of a wide range of outcomes. Our addition to this discussion will help decision makers to understand the implications of possible actions and better plan for the future, whilst recognising that it may take any one of a number of forms

Engineering User-Centric Smart Charging Systems

Die Integration erneuerbarer Energiequellen und die Sektorenkopplung erhöhen den Bedarf an Flexibilität im Elektrizitätssystem. Elektrofahrzeuge koordiniert zu Laden bietet die Chance solche Flexibilität bereitzustellen. Allerdings hängt das Flexibilitätspotential von Elektrofahrzeugen davon ab in welchem Umfang sich die Nutzer der Fahrzeuge dazu entschließen intelligentes Laden zu nutzen. Ziel dieser Dissertation ist es Lösungen für intelligente Ladesysteme zu entwickeln, welche die Nutzer zu flexiblerem Laden anreizen und diese dabei zu unterstützen. Anhand eines Literaturüberblicks und einer Expertenbefragung werden zunächst Ziele identifiziert, welche Nutzer zu einer flexiblen Ladung motivieren können. Die Ergebnisse zeigen, dass neben finanziellen Anreizen auch die Integration erneuer-barer Energien und die Vermeidung von Netzengpässen einen Anreiz für das flexible La-den darstellen können. In der Folge wird untersucht, ob das Framing der Ladesituation hinsichtlich dieser Ziele die Ladeflexibilität von Elektrofahrzeugnutzern beeinflussen kann. Hierzu wird ein Online-Experiment mit Elektrofahrzeugnutzern evaluiert. Das sich ein Teil der Nutzer bei einem Umwelt-Framing flexibler verhält, macht Feedback darüber, wie die CO2-Emissionen von der bereitgestellten Flexibilität abhängen zu einem vielversprechenden Anreiz intelligentes Laden zu nutzen. Um solches Feedback zu er-möglichen werden als Nächstes die CO2-Einsparpotenziale eines optimierten Ladens im Vergleich zu unkontrolliertem Laden untersucht. Dazu werden die marginalen Emissions-faktoren im deutschen Stromnetz mithilfe eines regressionsbasierten Ansatzes ermittelt. Um Echtzeit-Feedback in realen Systemen zu ermöglichen wird darauf aufbauend eine Prognosemethode für Emissionsfaktoren entwickelt. Die Zielerreichung intelligenten Ladens hängt hauptsächlich von der zeitlichen und energetischen Flexibilität der Elektrofahrzeuge ab. Damit Nutzer diese Ladeeinstellungen nicht bei jeder Ankunft an der Ladestation von Hand eingeben zu müssen, könnten sie durch intelligente Assistenten unterstützt werden. Hierfür werden probabilistische Prognosen für die Flexibilität einzelner Ladevorgänge basierend auf historischen Ladevorgängen und Mobilitätsmustern entwickelt. Darüber hinaus zeigt eine Fallstudie, dass probabilistische Prognosen besser als Punktprognosen dazu geeignet sind die Ladung mehrerer Elektrofahrzeuge zu koordinieren

A Decision Support Tool for Building Integrated Renewable Energy Microgrids Connected to a Smart Grid

The objective of this study was to create a tool that will enable renewable energy microgrid (REμG) facility users to make informed decisions on the utilization of electrical power output from a building integrated REμG connected to a smart grid. A decision support tool for renewable energy microgrids (DSTREM) capable of predicting photovoltaic array and wind turbine power outputs was developed. The tool simulated users’ daily electricity consumption costs, avoided CO2 emissions and incurred monetary income relative to the usage of the building integrated REμG connected to the national electricity smart grid. DSTREM forecasted climate variables, which were used to predict REμG power output over a period of seven days. Control logic was used to prioritize supply of electricity to consumers from the renewable energy sources and the national smart grid. Across the evaluated REμG electricity supply options and during working days, electricity exported by the REμG to the national smart grid ranged from 0% to 61% of total daily generation. The results demonstrated that both monetary saving and CO2 offsets can be substantially improved through the application of DSTREM to a REμG connected to a building