PERSPECTIVES ON THE PROSUMER ROLE IN THE SUSTAINABLE ENERGY SYSTEM

Climate change and the ever-growing demand for energy are pushing us to find new ways to manage energy production, distribution, and consumption. This energy transition is enabled, for example, by the digitalization, decentralization, and democratization of the energy system. The energy system is already transitioning from fossil-fuel and large power-plant–based generation toward a flexible system based on renewable energy sources. Traditional transmission grids are being replaced by smart grids enabled by digitalization that facilitate bi-directional flows of information and energy. At the consumption end, smart energy meters, energy monitoring devices and applications, and renewable energy technologies such as solar photovoltaic and battery storages empower energy consumers to evolve into prosumers: the producers and consumers of energy. These prosumers, also referred to as active consumers and energy citizens, are envisioned to play an important role in the sustainable energy system in the future. While the energy prosumer role has gained more research attention during the past few years, plenty of gaps in completely understanding energy prosumerism still remain. This research focuses on studying the prosumer role in the sustainable energy system. I study the enablers and activities of energy prosumers and explore how the growing number of prosumers may influence the socio-technical energy transition. The research presents two main perspectives on prosumerism; it explores both the micro and macro-level influences on the energy prosumers. The main research fields of this study are sustainability transitions, innovation studies, and policy. Based on theory and literature review, a novel research framework synthesizing the theoretical concepts and earlier research related to prosumers is introduced. From the methodology viewpoint, a pragmatic research approach and mixed methods are used to explore the enablers for prosumerism as well as prosumer activities and their impact on the ongoing energy transition. The research results are displayed in the form of six articles published in international peer-reviewed journals and conferences. The first two articles make propositions about the prosumer role as part of the changing socio-technical energy and innovation system. The next two articles focus on understanding the micro-level impact on the energy prosumers and examine the producer–consumer, in particular, as a co-developer of energy-related innovations. The remaining two articles address the impact of macro-level policies on prosumers. Overall, this research contributes to the understanding of the energy prosumer role in the future sustainable energy system. Theoretical contributions are related to the novel research framework that combines the concepts from the socio-technical multi-level perspective, innovation studies, and policy research as well as offers a more pragmatic framework for inquiry in the context of the changing energy system to observe the prosumer role therein. A specific theoretical contribution is made to the technology acceptance model that is tested in the context of external policy influence. Furthermore, the research contributes to innovation studies and especially to the field of user-centric innovations by bringing new results for understanding the factors behind end users’ collaboration interests. Practical contributions of the study are related to the understanding of the micro-foundations of prosumer interests toward innovation co-creation activities. Practitioners benefit from evidence concerning the differences between consumers and prosumers, which may help them in designing products and services for these different categories. This improved understanding is necessary, for example, to accelerate the diffusion of renewable energy technologies that is crucial for the sustainability transition. Policy- makers may benefit from the findings related to the policy analysis that combines and compares different prosumer activities with policy mixes and calls for a more holistic and systemic approach for the development of the prosumer related policies. While prosumer research has increased during the past decade, many future research avenues for the topic exist. For example, more research on prosumer role as part of the sustainability transition can help in designing better policies as well as products and services for consumers and prosumers. Moreover, systemic activities, such as those related to the integration of electric vehicle smart charging into the power system combined with other prosumer activities, offer opportunities for researchers. Furthermore, research concerning novel prosumer-centric business models, for instance related to energy communities, is needed to accelerate the diffusion of sustainable technology solutions. -- Ilmastomuutos ja kasvava energian kysyntä ajavat meidät etsimään uusia tapoja hallita energian tuotantoa, jakelua ja kulutusta. Energiajärjestelmä onkin jo siirtymässä fossiilisten polttoaineiden ja suurten voimalaitosten tuotannosta uusiutuviin energialähteisiin perustuvaan joustavaan järjestelmään. Sähköverkot on transformoitu digitalisoinnin mahdollistamana älykkäiksi Smart Grid -verkoiksi, jotka pystyvät siirtämään sekä energiaa että dataa molempiin suuntiin tuotannon ja kulutuksen välillä. Kulutuspäässä älykkäät energiamittarit, seurantalaitteet ja - sovellukset sekä uusiutuvien energialähteiden teknologiat, kuten aurinkosähkö ja akkuvarasto, antavat energiankuluttajille mahdollisuuden kehittyä prosumereiksi eli energian tuottaja-kuluttajiksi (engl. prosumer = producer-consumer). Prosumereilla, joihin viitataan myös nimillä ”aktiivinen kuluttaja” ja “energiakansalainen”, on tulevaisuudessa tärkeä rooli kestävässä energiajärjestelmässä. Vaikka prosumerit ovat saaneet lisää huomiota tutkimuksessa viime vuosina, energia prosumerismin ymmärtämisessä on vielä paljon aukkoja. Tämä tutkimus keskittyy selvittämään prosumerien roolia osana kestävää energiajärjestelmää ja sen murrosta. Tutkin prosumereihin liittyviä mahdollistajia, prosumerien toimintaa osana energiajärjestelmää sekä vaikutuksia kestävän kehityksen energiamurrokseen. Tutkimus on luonteeltaan monialainen, yhdistäen innovaatiotutkimusta, transitiotutkimusta ja myös jossain määrin politiikantutkimusta. Tässä pragmaattisessa tutkimuksessa käytetään sekä kvantitatiivisia että laadullisia tutkimusmetodeja. Tutkimuksen tulokset esitetään liitteenä olevien kuuden vertaisarvioidun konferenssi ja -journaaliartikkelin avulla. Ensimmäiset kaksi artikkelia esittävät propositioita prosumerin roolista osana muuttuvaa sosio-teknistä energia- ja innovaatiopelikenttää. Seuraavat kaksi artikkelia keskittyvät ymmärtämään mikrotason vaikutusta näihin toimijoihin ja tutkivat erityisesti energiaan liittyvien innovaatioiden yhteiskehittämistä. Lopuksi kaksi artikkelia käsittelevät makrotason politiikkatoimien vaikutusta prosumereihin. Tutkimuksen pääkontribuutio on ymmärryksen lisääminen kuluttajan muuttuvasta roolista osana energiajärjestelmää. Teoriakontribuutiot kytkeytyvät uusiin tapoihin yhdistää keskeisiä teorioita kestävän kehityksen transitiotutkimuksesta, innovaatiotutkimuksesta sekä politiikan tutkimuksesta. Käytännön elämään vaikuttavat kontribuutiot liittyvät empiirisiin tutkimustuloksiin esimerkiksi tavallisten kuluttajien ja prosumereiden eroista. Tietämyksen lisääminen auttaa teknologia- ja palveluyrityksiä suunnittelemaan tuotteita ja palveluita, jotka sopivat erilaisiin tarpeisiin, joka voi edelleen auttaa nopeuttamaan uusiutuvaan energiaan liittyvien innovaatioiden leviämistä ja siten edistää kestävää kehitystä. Prosumer -tutkimuksessa on edelleen paljon tilaa uudelle tieteenharjoitukselle. Esimerkiksi energiayhteisöt ovat yleistymässä ja tutkimus niiden roolista osana energiajärjestelmää on vasta käynnistynyt. Tutkimalla energiayhteisöjä pystytään lisäämään ymmärrystä niiden vaikutuksesta esimerkiksi sähköverkkoon ja lainsäädäntöön. Toisaalta myös yksittäisten aktiviteettien ja ajureiden tutkimuksessa on vielä paljon mahdollisuuksia. Esimerkiksi systeemiset ja integroidut ratkaisut, kuten sähköautojen käyttäminen osana kysyntäjoustoa, tarjoavat hyviä tutkimusaiheita. Lisäksi erityisesti uudet liiketoimintamallit liittyen prosumereihin ja energiayhteisöihin kaipaavat selkeyttämistä ja kokeiluja sekä regulaation muunnoksia

Policy Influence on Consumers' Evolution into ProsumersEmpirical Findings from an Exploratory Survey in Europe

The energy sector is in transition to a flexible and sustainable energy system based on renewable energy sources. This complex transition is affecting multiple levels in the sociotechnical system. One driver of the transition is climate change that enforces the policy push from the macro level to change the way energy is produced, delivered, and used. As part of the energy system evolution, the role of the end user in the energy sector is undergoing profound changes, and consumers are increasingly being empowered to participate actively in the production and use of energy. This article investigates how policies might affect consumers’ interests in becoming prosumers of energy. We explore consumers’ attitudes toward using renewable energy technologies (RET) by means of an empirical consumer survey that was conducted in five European countries. The partial least squares structural equation modeling (PLS-SEM) method was utilized to analyze the survey results. Our findings suggest that both economic and non-economic policies affect consumer attitudes toward using renewable energy technologies. We conclude that policies have different effects on consumers and prosumers, who have already made the decision to adopt renewable energy solutions. Based on the findings, we propose a set of policy and managerial implications

From path dependence to policy mixes for Nordic electric mobility: lessons for accelerating future transport transitions?

We examine the problem of how to accelerate policies related to electric vehicles (EVs) in the Nordic countries Denmark, Finland, Norway and Sweden. These four Nordic countries represent an interesting collection of cases by virtue of having common decarbonization targets extending to the transport sector, interlinked electric energy systems and a joint electricity market largely based on low-carbon energy while they are open societies bent on innovation, making them well adaptable to a transition toward electric mobility. Our analytical framework drawing from transition research, lock-in and path dependency and institutionalism enables us to discern technological, institutional and behavioral mechanisms which can have both constraining and enabling effects vis-à-vis this transition by means of shaping national socio-technical systems and regimes. On this basis, we also discuss how to develop policies accelerating the transition. We find that the incumbent industries can shape policy choice through the lock-in into institutional inter-dependencies. The accumulation of social and material features, and vested interests of actors, for its part can maintain regime level inertia, impeding the transition. Yet, technological lock-in can also enable EVs, by means of learning effects from technologically interrelated wind energy projects and available infrastructure in buildings that support the EV charging needs. Overall, the complexity of path-dependent mechanisms embedded in the dominant regimes, together with the diversity of emerging policy mixes, demands attention both on the technologies and broader socio-technical systems in order to properly assess the prospects of transition toward electric mobility

Extensive Coverage of Marine Mineral Concretions Revealed in Shallow Shelf Sea Areas

Ferromanganese (FeMn) concretions are mineral precipitates found on soft sediment seafloors both in the deep sea and coastal sea areas. These mineral deposits potentially form a three-dimensional habitat for marine organisms, and contain minerals targeted by an emerging seabed mining industry. While FeMn concretions are known to occur abundantly in coastal sea areas, specific information on their spatial distribution and significance for marine ecosystems is lacking. Here, we examine the distribution of FeMn concretions in Finnish marine areas. Drawing on an extensive dataset of 140,000 sites visited by the Finnish Inventory Programme for the Underwater Marine Environment (VELMU), we examine the occurrence of FeMn concretions from seabed mapping, and use spatial modeling techniques to estimate the potential coverage of FeMn concretions. Using seafloor characteristics and hydrographical conditions as predictor variables, we demonstrate that the extent of seafloors covered by concretions in the northern Baltic Sea is larger than anticipated, as concretions were found at similar to 7000 sites, and were projected to occur on over 11% of the Finnish sea areas. These results provide new insights into seafloor complexity in coastal sea areas, and further enable examining the ecological role and resource potential of seabed mineral concretions.Peer reviewe

Assessment of climate change impact and resource-use efficiency of lettuce production in vertical farming and greenhouse production in Finland: a case study

Purpose: Our aim in this study was to examine lettuce production in vertical farming or in conventional greenhouse production in Northern European conditions from the perspective of climate change impact and environmental sustainability. Further, the goal was to identify practices and choices that could mitigate adverse effects and increase resource-use efficiency, allowing the development of more sustainable production systems. Methods: This article provides new information of the environmental impacts of lettuce production in greenhouses and vertical farming in Finland, compared using the life cycle assessment (LCA) methodology. The impact categories used were climate change impact, cumulative energy demand, resource use of fossil energy sources, resource use of minerals and metals, land use, and water scarcity. The system boundaries covered the production chains from cradle to farmgate, including inputs in production, as well as direct emissions caused by fertiliser use and the onsite composting of organic waste. The environmental impacts of the two production systems with different energy scenarios were assessed: (1) a greenhouse either with average or renewable energy; and (2) vertical farming either with average or renewable energy and with or without waste heat recovery. The data for vertical farming were based on one Finnish production site and supplementary data for the construction materials. The greenhouse data were based on a previous LCA investigation of average Finnish lettuce production. Results: The climate change and all other impact categories were lowest for lettuce produced in vertical farming with renewable energy and waste heat recovery. The climate change impact was largest for lettuce produced in greenhouse with average energy use. For energy use and energy resource use, the impacts of vertical farming were lower than greenhouse production, but for mineral and metal use and water scarcity, the impact of vertical farming was higher for average energy use without heat recovery. Direct land and irrigation water use on the production sites in Finnish circumstances represented only a small share of total land-use and water-use impacts on both production methods. Conclusion: Paying attention to the energy source and heat recovery, the environmental sustainability can be advanced in both vertical and greenhouse production systems

Puutarhatuotannon uusien menetelmien elinkaariset ympäristövaikutukset : Avomaalta tunneliin, kasvihuoneesta vertikaaliin

Kannattavan puutarhatuotannon edellytyksenä on kehittyvä viljelytekniikka. Marjoja viljellään entistä enemmän tunneleissa avomaatuotannon lisäksi. Vertikaaliviljely voi tulevaisuudessa täydentää kasvihuonetuotantoa, vaikka se kaupallisessa mittakaavassa onkin vielä harvinaista. Uusien tuotantotapojen kohdalla on tarpeen tarkastella myös niiden ympäristövaikutuksia. Elinkaaristen ympäristövaikutusten tarkastelu auttaa tunnistamaan ne tuotantoketjun osat, joihin vaikuttamalla voidaan edistää puutarhatuotannon kestävyyttä. PuutarhaLCA-hankkeen tavoitteena oli arvioida puutarhatuotannon ympäristövaikutuksia marjanviljelyn siirtyessä avomaalta tunneliin sekä ruukkuvihannesten siirtyessä kasvihuonetuotannosta vertikaaliviljelyyn. Ympäristövaikutusten arviointiin käytettiin standardeihin perustuvaa elinkaariarviointia (LCA, Life Cycle Assessment). Hankkeessa tehtiin vertailevat elinkaariarvioinnit i) mansikalle ja vadelmalle avomaa- ja tunnelituotannossa sekä ii) ruukkusalaatille sekä ruukkuyrtille vertikaali- ja kasvihuonetuotannossa ns. skenaariotarkastelulla. Arviointi tehtiin kahdeksassa vaikutusluokassa: 1) ilmastonmuutosvaikutus (hiilijalanjälki), 2) rehevöittävä vaikutus, 3) ekotoksinen vaikutus, 4) energiankulutus, 5) uusiutumattomien raaka-aineiden käyttö, 6) maankäyttö, 7) ravinnejalanjälki, ja 8) vesiniukkuusvaikutus. Lisäksi arvioitiin hävikin määrä. Arvioinnin lähtötiedot kerättiin suomalaisilta tiloilta. Ympäristövaikutukset kohdennettiin tuotetulle satokilolle (toiminnallinen yksikkö eli FU (functional unit) 1 kg tuotetta). Marjojen ja ruukkusalaatin ja -yrttien ympäristövaikutuksia ei ole arvioitu aiemmin Suomessa yhtä laajasti ja tilatietoihin perustuen. Kansainvälisestikin tuotantotapoja vertailevia tutkimuksia on tehty vain vähän. Tulosten perusteella tuotantopanosten osuus ympäristövaikutuksista on suuri. Tämä heijastuu moneen vaikutusluokkaan. Marjojen sekä ruukkusalaatti- ja -yrttituotannon vaatima kastelu Suomessa aiheuttaa hyvin pienen osuuden vesiniukkuusvaikutuksesta. Myös katettujen viljelytekniikoiden vaatima tuotantovaiheen maapinta-ala on vain pieni osa maankäytön vaikutuksesta. Marjanviljelyssä avomaa- ja tunnelituotannon erot olivat pieniä monessa ympäristövaikutusluokassa. Siirtyminen avomaalta tunneliin pienentää kuitenkin tuotannossa käytettyjen kemiallisten kasvinsuojeluaineiden käyttöä, maankäyttöä ja hävikkiä. Lisäksi vadelmalla rehevöittävä vaikutus pienenee. Salaatin ja yrttien vertikaaliviljely mahdollistaa monien ympäristövaikutusten pienentämisen verrattuna kasvihuoneviljelyyn. Edellytyksenä tälle ovat kuitenkin energiankäytön optimointi ja uusiutuvien energianlähteiden käyttö. Tuotantomuotoja vertailtaessa on huomioitava, että myös kasvihuoneviljelyn ympäristövaikutuksia voidaan selvästi pienentää siirtymällä uusiutuvan energian käyttöön ja pienentämällä kokonaisenergiankulutusta esimerkiksi käyttämällä LED-valaisimia. Erityisesti hyvä satotaso ja tuotantopanosten käytön tehostaminen pienentävät puutarhatuotannon ympäristövaikutuksia kaikissa tuotantomuodoissa