The relevance of wholesale electricity market places: the Nordic case. ESRI WP631, July 2019

Electricity wholesale markets are undergoing rapid transformation due to the increasing share of distributed and variable renewable energy sources (vRES) penetrating the market. The increasing shares of stochastic wind generation bring along greater deviations between the real time power generation and the day-ahead forecasts of power supply. It is therefore reasonable to assume that trading activity is shifting more from the traditionally dominant day-ahead market into the intra-day and regulating power markets. This is because predicting vRES power generation closer to the actual delivery is more reliable and because power generators are motivated to avoid high imbalance costs. We study price spreads between day-ahead, intra-day and regulating power markets in three Nordic countries (Denmark, Sweden and Finland) during 2013-2017. We estimate vector autoregressive (VAR) models to study the interrelationships between the price spreads and the effects of wind forecast and demand forecast errors, and other exogenous variables, such as transmission congestions, and hydrological conditions, on price spreads in different Nord Pool bidding areas. We use the variation in the shares of wind power between bidding areas to analyse the impacts of increased shares of wind power on different market places. We find that wind forecast errors do affect price spreads in areas with large shares of wind power generation. Moreover, demand forecast errors have an impact on almost all price spreads, except in areas with relatively low consumption. Our results indicate that increasing shares of wind power are, indeed, changing the relevance of different market places. Markets closer to real time are playing more important role than in the past

FINAL NEO-CARBON ENERGY COUNTDOWN : Ready for Renewables

Renewables-based Neo-Carbon Vision of the world in 2050 portrays an electrified, resilient and secure society with empowered, prosumeristic citizens who upload their surplus energy into smart grids as well as download energy when needed. The following overview on key insights of the Neo-Carbon Energy project on energy futures helps to frame the academic and societal discourse in the years to come. Four scenarios assume a social perspective to open up very different avenues as transformative manifestations of this vision. The vision shows the pre-ferred goal – a renewables-based society – while the scenarios outline alternative expressions and pathways towards the desired vision. Finally, the actors that can make this change happen have to be identified and supported, especially in policy-making, and the role of energy markets re-thought

Does Knowledge Contribute to the Acceptance of Demand Response?

More flexible demand side would benefit the electricity markets, networks and sustainable power generation in many ways. The success of demand response programs, however, relies on consumer acceptance. This paper reviews previous studies about acceptability of different kinds of residential demand response programs. Furthermore, it discusses whether consumers who are more aware of the principles and benefits of demand response have more positive attitudes towards demand response programs. The results of the literature review and two survey studies suggest that price and security of supply are currently bigger motives to change consumption behaviour than environmental issues and that the savings expected to trigger any action (and to lead to lasting change in behaviour) may be relatively high. Therefore, the framing of demand response programs goals may affect the acceptance. Additionally, consumers seem to prefer simple price structures that remain constant for a long time to more dynamic options

Final Neo-Carbon Energy Countdown – Ready for Renewables

Renewables-based Neo-Carbon Vision of the world in 2050 portrays an electrified, resilient and secure society with empowered, prosumeristic citizens who upload their surplus energy into smart grids as well as download energy when needed. The following overview on key insights of the Neo-Carbon Energy project on energy futures helps to frame the academic and societal discourse in the years to come.Four scenarios assume a social perspective to open up very different avenues as transformative manifestations of this vision. The vision shows the preferred goal – a renewables-based society – while the scenarios outline alternative expressions and pathways towards the desired vision. Finally, the actors that can make this change happen have to be identified and supported, especially in policy-making, and the role of energy markets re-thought.</div

Toward residential flexibility—Consumer willingness to enroll household loads in demand response

Consumers of the future play an important role in the energy system by leveraging their household loads to be flexible through demand response (DR) during a high network stress. This study aims to identify the consumers’ Willingness To Enroll (WTE) their different household loads in DR considering consumer preferences for both financial gains and emission reductions. To study this, a questionnaire survey was administered to 1,468 Finnish residential consumers, and several statistical methodologies were used to draw key findings regarding consumer socioeconomic and demographic characteristics on their WTE their household loads in DR. The key results of the study are: First, among the household loads, heating and electric appliances have a higher consumers’ willingness to enroll than EVs. Second, within the incentives, consumers preferred financial incentives to environmental incentives. Third, the expected compensations for consumers were 100 €/annum for appliances and EVs and 200 €/annum for heating. The results of this study have clear practical implications for energy flexibility in the residential sector. Further, the paper discusses the corresponding policy implications that are essential for a widespread DR adoption in the future.publishedVersionPeer reviewe

Selvitys sähkön omatuotantoon, energiayhteisöihin ja energiahankkeiden lupamenettelyihin liittyvistä kysymyksistä

Tässä raportissa on selvitetty sähkön omatuotantoon ja energiayhteisöihin sekä uusiutuvan energian luvitukseen liittyviä esteitä ja hidasteita sekä energiayhteisöjen potentiaalia. Sähköenergiayhteisöissä hyödyntämätöntä potentiaalia on erityisesti kiinteistön sisäisissä sähköenergiayhteisöissä. Esteenä kiinteistön sisäisen sähköenergiayhteisön kustannustehokkaalle toteuttamiselle on etenkin se, että tuotannon laskennallista jakamista energiayhteisön kulutuspisteille ei voida tehdä käyttäen nykyisiä etäluettavia mittareita, johtuen lainsäädännön esteistä. Lainsäädännön muutosten lisäksi tulee kehittää energiayhteisön toiminnan mahdollistavaa tiedonvaihtoa. Lämpöenergiayhteisöissä esteet ovat lähinnä lämmönlähteiden ja -kulutuksen kohtaamattomuudesta aiheutuvia teknis-taloudellisia esteitä. Lämpöenergiayhteisö voisi syntyä lähinnä uudelle asuinalueelle, jolloin sen syntymistä voidaan edistää jakamalla toimijoille tietoa em. ratkaisun mahdollisuuksista. Suomessa on pyritty määrätietoisesti sujuvoittamaan ympäristöllisiä lupamenettelyjä ja edelleen sujuvoittamisessa nopeiden tulosten saavuttaminen on haastavaa. Uusiutuvan energian direktiivi (REDII) vaatii jäsenvaltioita perustamaan yhteyspisteen avustamaan uusiutuvan energian hankkeiden luvanhakijoita sekä säätää määräajat lupamenettelyjen kestolle. Raportissa arvioidaan toteutettujen uusiutuvan energian hankkeiden määriä, hankkeiden tarvitsemia lupakokonaisuuksia, luvituksen pullonkauloja, REDII:n vaatimuksia hankkeiden luvitukselle ja siihen liittyviä haasteita Suomen lupajärjestelmässä. Erityisiä haasteita REDII:n täytäntöönpanossa liittyy luvituksen määräaikoihin ja hankkeisiin, jotka tarvitsevat useiden eri viranomaisten toimivaltaan kuuluvia lupia.Tämä julkaisu on toteutettu osana valtioneuvoston selvitys- ja tutkimussuunnitelman toimeenpanoa. (tietokayttoon.fi) Julkaisun sisällöstä vastaavat tiedon tuottajat, eikä tekstisisältö välttämättä edusta valtioneuvoston näkemystä

Kysynnän jousto - Suomeen soveltuvat käytännön ratkaisut ja vaikutukset verkkoyhtiöille (DR pooli): Loppuraportin tiivistelmä

Perinteisessä sähköenergiajärjestelmässä vaihtelevaan kulutukseen on sopeuduttu tuotantoa säätämällä esim. vesivoima- ja lauhdevoimalaitosten avulla. Jatkossa yhä suurempi osa tuotannosta on sellaista, jota ei teknisesti voida tai ei taloudellisesti kannata säätää, kuten sääriippuva tuuli- ja aurinkovoima, sekä tasaisesti ajettava ydinvoima. Kuormitus tarjoaa edullisen ratkaisun lisätä järjestelmään joustavuutta ainoastaan säätökapasiteetiksi rakennettavan sähköntuotannon sijaan. Tuntitason tehotasapainon hallinnan lisäksi joustavasti ohjattavissa oleva kuormitus muodostaa merkittävän potentiaalin myös voimajärjestelmän erilaisille nopeille reserveille. Näiden tarve korostuu järjestelmässä olevan pyörivän massan (inertian) määrän vähentyessä.Valtakunnallisten tehohuippujen aikaan sähköenergian hinta yleensä nousee selvästi. Samaan aikaan käytössä on yleensä paljon päästöjä aiheuttavia energiantuotantomuotoja. Kysynnän jouston avulla voidaan sähkönkulutusta siirtää kalliista tehohuipuista edullisempiin ajankohtiin. Mikäli kysyntäjouston seurauksena tuotanto muuttuu esimerkiksi hiililauhteella tuotetusta sähköstä vesivoimaksi, pienentyvät myös sähköntuotannon päästöt. Sähkönjakeluverkon tasolla saattaa kuitenkin esiintyä tilanteita, jolloin paikallisen verkon huippukuormitus osuu ajankohtaan, jolloin halpa energia ja kysynnän jousto lisäisivät entisestään verkon huippukuormitusta. Tämä lisää osaltaan kysynnän jouston problematiikkaa.Ilmastonmuutoksen hillitseminen on taustalla myös uusissa rakentamiseen liittyvissä energiatehokkuusmääräyksissä, joiden tavoitteena on ohjata rakentamista yhä energiatehokkaampaan ja uusiutuvia energialähteitä hyödyntävään suuntaan. Energiatehokkuutta arvioitaessa tuleekin kiinnittää aikaisempaa enemmän huomiota myös hetkellisiin tehohuippuihin ja käyttöprofiileihin. Kysynnän jouston tarve ja tavoitteet tulee nähdä myös tarpeellisena osana tulevassa lähes nollaenergia eli nZEB-rakentamisessa.Kysynnän jousto sisältää laajan joukon erilaisia toimintoja, joiden merkitys, tarve ja ansaintalogiikka vaihtelevat toimijan näkökulmasta. Kysynnän joustolla voidaan ymmärtää välillinen esimerkiksi hinnoittelurakenteilla toteutettava vaikuttaminen asiakkaan käyttäytymiseen, vaihtelevaan energian hintaan pohjautuvat suorat ohjaustoimenpiteet sekä siirto- ja jakeluverkon tarpeista tulevat ohjaukset, kuten. kuorman toimiminen kantaverkkoyhtiön reservinä tai yötariffiin kytketyn kuorman porrastaminen. Seuraavassa on kuvattu lyhyesti kysynnän jouston mahdollisuuksia ja tarpeita eri toimijoiden näkökulmasta:- Kantaverkkoyhtiölle kysynnän jousto tarjoaa mahdollisuuksia tehotasapainon hallintaan ja taajuuden säätöön käyttö- ja häiriöreservien osalta sekä mahdollisesti myös joustavuutta tehopula -tilanteiden hallintaan.- Sähkön vähittäismyyjä voi hyödyntää kysynnän joustoa sähkön hankinnan suunnittelussa, tasevastaavana oman taseensa hallinnassa muiden toimenpiteiden rinnalla, säätösähkömarkkinoiden tarjouksissa sekä uusien tuotteiden ja oman liiketoiminnan kehittämisessä.- Jakeluverkkoyhtiö voi hyödyntää kysynnän jouston mahdollisuuksia pitkän aikavälin verkon suunnittelussa verkon mitoitustehon näkökulmasta sekä reaaliaikaisessa käyttötoiminnassa esim. poikkeustilanteiden aikaisen huipputehon hallinnassa.- Sähkön loppukäyttäjän näkökulmasta kysynnän jousto mahdollistaa mm. sähkön käytön edullisen hinnan aikana, ostosähkön vähentämisen, oman pientuotannon täysimääräisen hyödyntämisen, huipputehojen pienentämisen sekä mahdollisesti liittymäkoon rajoittamisen.- Laite- ja järjestelmätoimittajille sekä palvelun tarjoajille (esim. kuormia aggregoiva ”jousto- operaattori”) kysynnän jousto tarjoaa uusia tuote- ja liiketoimintamahdollisuuksia.Kysynnän jouston laajamittainen hyödyntäminen edellyttää eri toimijoiden välistä yhteistyötä. Etäluettavat energiamittarit (AMR, Automated Meter Reading), joiden osalta Suomi on edelläkävijä maailmanlaajuisesti, mahdollistavat todelliseen tuntikulutukseen pohjautuvan taseselvityksen sekä vähittäismarkkinoille uusia tuntihinnoitteluun perustuvia hinnoittelumalleja. Nämä puolestaan mahdollistavat asiakkaan osallistumisen kysynnän jouston tuntimarkkinoille. Lisäksi etäluentajärjestelmää käytetään jo tänä päivänä kuormien ohjaamiseen asiakkaan käytössä olevien tariffien mukaisesti (esim. yö-/päiväsähkö). Olemassa olevaa AMR-infrastruktuuria on kansantaloudellisessa mielessä järkevää käyttää myös suoraan kuorman ohjaukseen siinä määrin kuin asennettu infrastruktuuri sen mahdollistaa.Kysynnän jouston potentiaalia tarkasteltiin energian kulutuksen ja tyypillisimpien laitetehojen lähtökohdista. Vuodenajasta, vuorokaudesta ja vuorokauden tunnista riippuen potentiaalit vaihtelevat voimakkaasti. Suurimmat ohjauspotentiaalit ovat lämmityskaudella sähkölämmityksessä sekä käyttöveden lämmityksessä läpi vuoden. Mahdollisuuksia on myös isompien kiinteistöjen ilmanvaihdon, jäähdytyksen ja valaistuksen ohjauksessa sekä mm. ulkovalaistuksessa, autolämmityksissä, erilaisissa lisälämmitysvastuksissa sekä erikoiskohteissa, kuten kasvihuoneet.Tehtyjen analyysien ja verkkoyhtiöille tehdyn kyselyn perusteella AMR-mittareiden ohjausaikatauluun kytketyn ohjausreleen kautta on ohjattavassa yli 1 000 MW pääosin erilaista sähkölämmitys- ja lämminvesivaraajakuormaa. Tämä ohjattavissa oleva kuormitus olisi otettavissa käyttöön hyvinkin nopeasti, ja hyödynnettävissä esim. day-ahead (Elspot) -markkinoilla toimittaessa. Käytännön toteutus vaatii kuitenkin vielä tietojärjestelmärajapintojen standardointia siten, että ohjaussignaalit kulkevat saumattomasti sähkönmyyjien ja verkkoyhtiöiden välillä. AMR-mittareiden ns. kuormanohjausreleeseen on kytkettynä samaa suuruusluokkaa oleva määrä ohjattavaa kuormaa, jota voitaisiin hyödyntää päivän sisällä tapahtuvissa ohjauksissa (intra-day (Elbas), säätösähkömarkkina). Riittävän nopeaan ja luotettavaan tiedonsiirtoon sekä mittareiden ja keskusten asennuksiin liittyy ohjausaikatauluun perustuvaan ohjaukseen verrattuna enemmän teknisiä haasteita. Jakeluverkkoyhtiöiden valvontamallia, esim. innovaatiokannustimen muodossa, tuleekin kehittää siten, että se luo kannusteita verkkoyhtiöille edistää AMR-mittareiden kautta ohjattavissa olevan ohjauspotentiaalin täysimääräistä hyödyntämistä.Day-ahead ja intra-day markkinoita merkittävämmän taloudellisen potentiaalin tarjoavat kantaverkkoyhtiön olemassa olevat, maailmanlaajuisesti edistykselliset, käyttö- ja häiriöreservimarkkinat. Nykyistä AMR –teknologiaa ei voida sellaisenaan käyttää nopeisiin ohjauksiin, vaan reservimarkkinoille tarjottava kuorman ohjaus vaatii teknisesti kehittyneempiä ratkaisuja. Todennäköisesti reservimarkkinoille tarjottava kysynnän jousto laajenee ensin isompien kiinteistöjen kuormien ohjauksista; esim. reservimarkkinoille hyvin soveltuvat ilmanvaihto-, jäähdytys- ja valaistuskuormat muodostavat satojen megawattien suuruisen kuormituksen valtakunnan tasolla.Isompien kiinteistöjen (palvelu-, liike ja toimistorakennukset) ohjauksissa kiinteistöautomaatiojärjestelmät ovat ensisijainen ratkaisu kysynnän jouston toimintojen kehittämiseen. Myös pienasiakkaiden (kotitalous- ja vapaa-ajan kiinteistöt) kuormien ohjauksissa tarvitaan AMR-mittaria kehittyneempiä järjestelmiä, jos halutaan tarjota ohjauksia reservimarkkinoille tai toteutetaan älykkäämpiä ohjauksia, esim. kun asiakkaalla on omaa pientuotantoa. Taloudellinen kannattavuus on yleisesti ottaen sitä parempi, mitä reaaliaikaisemmilla markkinoilla operoidaan.Sähkön myyjän näkökulmasta Day-ahead tai intra-day markkinoihin tai tasehallintaan liittyvällä kysynnän joustolla saavutettavien taloudellisten hyötyjen realisoitumista edesauttaa se, että kysynnän jouston toteutukseen vaadittava infrastruktuuri on lähes valmiina. Mikäli kysyntäjoustotuotteen tarjoaa joku muu kuin asiakkaan sähkönmyyjä, tulee luoda menettely, jolla ratkaistaan tasevastuuseen liittyvät kysymykset.Sähkönmyyjällä ja jakeluverkkoyhtiöllä on periaatteellinen eturistiriita suhteessa kysynnän joustoon. Kun kuormituksia ohjataan kaikille asiakkaille yhtenäisen ohjaussignaalin, kuten sähkön markkinahinnan perusteella, vähenee normaali kuormien risteily, mikä kasvattaa verkon tehoja. Tehopohjaisen maksukomponentin sisältävä siirtotariffi puolestaan luo asiakkaalle kannusteen kiinnittää huomiota myös omiin huipputehoihin. Todellisella jakeluverkolla ja kuormitustiedoilla tehdyissä simuloinneissa ilmeni, että tarkastellussa jakeluverkossa huipputehot (suurin tuntikeskiteho) kasvavat merkittävästi, mikäli kuormia ohjataan markkinaperusteisesti. Tätä kuormien kasvua on simulointien perusteella mahdollista tasoittaa tehopohjaisilla siirtotariffeilla. Tehopohjainen hinnoittelu voidaan toteuttaa esim. asiakkaan toteutuneeseen huipputehoon tai liittymispisteeseen määriteltyyn tehorajaan tai -kaistaan perustuvan maksukomponentin avulla. Sähkön myyjän hinnoittelu voi siitä huolimatta perustua edelleen tuntihinnoitteluun, esim. spot-hintaan, jolloin asiakkailla on kannuste optimoida kuormia myös markkinahintojen perusteella. Tehopohjainen hinnoittelu voidaan nähdä jopa edellytyksenä järjestelmän kokonaistehokkuuden toteutumisen näkökulmasta, jotta markkinahinta-pohjaisella ohjauksella saavutettava hyöty ei eliminoidu verkon kapasiteettitarpeen kasvamisena ja siten asiakkaiden korkeampina siirtomaksuina.Keskeistä kysynnän jouston laajamittaiselle hyödyntämiselle on muodostaa kokonaisvaltainen näkemys kysynnän jouston toiminnallisuudesta ja eri toimijoiden mahdollisesti ristikkäisistäkin rooleista, kaikkien toimijoiden liiketoimintaa tukevasta markkinamallista, tiedonsiirtorajapintojen yhteensovittamisesta sekä kysynnän joustoa edistävän lainsäädännön kehittämisestä. Erityisesti kysyntäjouston ansaintalogiikka vaatii kehittämistä, asiakkaiden ymmärrystä tulee lisätä ja asiakkaille tulee tarjota kannusteita kysynnän joustoon osallistumiseen. Kuorman ohjauksen käyttöönotto edellyttää myös uusien ja uusittavien kiinteistöjen sähköverkon ja laitevalintojen suunnittelun tavoitteellista ohjausta. Lainsäädäntöön liittyvien kysymysten lisäksi keskeisiä esteitä kysynnän jouston toteutumiselle yleisesti ovat hajanainen toimialakenttä (suuri määrä erilaisia toimijoita), standardoimattomat prosessit, tietojärjestelmien rajapinnat ja toimintavasteiden suuri hajonta, sekä asiakkaan kuormien ohjattavuustiedon puuttuminen.Tutkimusprojektin lopputuloksena esitetään lukuisa joukko toimenpiteitä, joilla voidaan edesauttaa laajamittaisen kysynnän jouston yleistymistä. Vastuu toimenpiteistä jakautuu laajasti toimialan yrityksille (mm. sähkön myyjät ja verkkoyhtiöt), toimialan järjestöjen edustajille sekä viranomaisille. Toimenpiteet liittyvät:- kysynnän jouston tuotteistamiseen sähkön myyjän ja jakeluverkkoyhtiön toimintojen osalta,- eri sidosryhmien informointiin ja koulutukseen,- toimintatapojen yhtenäistämiseen toimintaprosessien sekä teknisten järjestelmien osalta,- lainsäädännön, viranomaismääräysten ja ohjeiden kehittämiseen, joihin sisältyy erityisesti verkkoliiketoiminnan valvontamallin ja rakennusmääräysten kehittäminen.Vaikka kysynnän jouston laajamittainen käyttöönotto edellyttää vielä paljon erilaisia toimenpiteitä, niin olemassa oleva infrastruktuuri ja markkinapaikat sekä meneillään oleva kehitystyö luo uskoa kysynnän jouston laajamittaisen toteutuksen käynnistymiselle lähitulevaisuudessa

Energiamurroksen ennakoidut vaikutukset 2030: Kysynnänjoustojärjestelmät

Tämä julkaisu liittyy Suomen Akatemian strategisen tutkimuksen neuvoston rahoittamaan Smart Energy Transition (SET) -hankkeeseen (293405) (www.smartenergytransition.fi). SET-hanke tutkii, miten Suomi voi hyötyä hajautetun ja vaihtelevan uusiutuvan energian ympärille nousevista murroksellisista teknologioista. Kyse on ratkaisuista, joissa energiaa voidaan varastoida tai sen tarvetta ohjata vaihtelevan tuotannon mukaan. Näihin ratkaisuihin liittyvät olennaisesti uudet digitaaliset ratkaisut, kuten esineiden internet. Samalla murrokseen liittyy myös kehitys, jossa rakennusten ja liikenteen energian tarve pienenee, energiaomavaraisuus kasvaa, ja rakennukset ja liikennevälineet muodostavat yhä kiinteämmän osan energiajärjestelmää

The Relevance of Wholesale Electricity Market Places: The Nordic Case

Electricity wholesale markets are undergoing rapid transformation due to the increasing share of distributed and variable renewable energy sources (vRES) penetrating the market. The increasing shares of stochastic wind generation bring along greater deviations between the real time power generation and the day-ahead forecasts of power supply. It is therefore reasonable to assume that trading activity is shifting more from the traditionally dominant day-ahead market into the intra-day and regulating power markets. This is because predicting vRES power generation closer to the actual delivery is more reliable and because power generators are motivated to avoid high imbalance costs. We study price spreads between day-ahead, intra-day and regulating power markets in three Nordic countries (Denmark, Sweden and Finland) during 2013-2017. We estimate vector autoregressive (VAR) models to study the interrelationships between the price spreads and the effects of wind forecast and demand forecast errors, and other exogenous variables, such as transmission congestions and hydrological conditions, on price spreads in different Nord Pool bidding areas. We use the variation in the shares of wind power between bidding areas to analyse the impacts of increased shares of wind power on different market places. We find that wind forecast errors do affect price spreads in areas with large shares of wind power generation. Moreover, demand forecast errors have an impact on almost all price spreads, except in areas with relatively low consumption. Our results indicate that increasing shares of wind power are, indeed, changing the relevance of different market places. Markets closer to real time are playing more important role than in the past.nonPeerReviewe