Modelling Flexible Resources in Smart Distribution Grid

Den stadig økende utviklingen i SmartGrid-løsninger muliggjør målsettingen om et bærekraftig og pålitelig/robust energisystem. Nye reguleringer og direktiver for forsyningssikkerhet, nye markedsløsninger, kombinert med EU's 20-20-20-mål, har bidratt til økt integrasjonen av fornybar kraftproduksjon i energisystemet og økt tiltak for energieffektivisering. Intermitterende produksjon fra fornybare energikilder øker behovet for fleksibilitet i kraftsystemet. Strømforbruket endrer seg. Nye kundesegmenter, forbedrede bygningsstandarder og nye elektriske apparater som f.eks. elbiler, store varmepumper og hurtigvannvarmere (uten lagringskapasitet) påvirker forbruksmønsteret. I tillegg forventes det en økning i omfanget av fornybar, distribuert kraftproduksjon og plusskunder (kunder som både produserer og bruker strøm). Trenden går mot redusert strømforbruk, økt maksimalbelastning og redusert brukstid for nettet - sammenlignet med dagens forbruk. For å sikre et stabilt kraftsystem og sikre forsyningssikkerheten i kraftsystemet, vil fleksibilitet fra aktive kunder med både forbruk, produksjon og lager, bli verdifullt. Med økende maksimalbelastning og redusert brukstid, vil topplast inntreffe i et begrenset antall timer per år, og i disse topplastperiodene kan fleksibilitet i forbruk være et realistisk alternativ sammenlignet med tradisjonelle nettinvesteringer. Prosjektet vil utvikle dynamiske modeller som representerer forbruk- og produksjonsprofiler for ulike fleksible ressurser i fremtidens smarte distribusjonsnett, og adressere hvordan slike ressurser kan bli utnyttet for å bidra til økt fleksibilitet i nettet - uten å introdusere nye topplastperioder som følge av gjeninnkoblingseffekten. Slike modeller kan bidra til en forbedring av dagens programvare for nettplanlegging, som ofte behandler ulike belastninger som passive. Prosjektet har fokuserte på fleksible ressurser i distribusjonsnettet, med hovedfokus på elektriske husholdningsapparater, solcellepaneler og elektriske batterier (lokalisert hos kunde eller i distribusjonsnettet). Elektriske apparater kan være aktuelle som fleksible ressurser og brukes som flyttbart forbruk, termostatstyrte belastninger (flytting av forbruk) og prioritert forbruk som ikke er fleksibelt. Det er gjennomført nye målinger av fleksible belastninger og data har blitt analysert. Styring av varmtvannsbereder har blitt testet, måling av ladeprofilen for ulike elbiler har blitt gjennomført, og typisk forbruksprofil for flyttbart forbruk (vaskemaskin, tørketrommel, oppvaskmaskin) har blitt beregnet. To spørreundersøkelser har blitt gjennomført blant norske husholdningskunder (2017 og 2020), for å kartlegge potensialet for forbrukerfleksibilitet. Undersøkelsen viser at halvparten av husholdningene til dele på strømmen, hvis det kan bidra til at andre får strømmen tilbake raskere etter et avbrudd. 3 av 4 sier det i en knapphetsperiode er villige til å utsette start av vaskemaskin og oppvaskmaskin til senere på dag-/kveldstid, og 2 av 3 svarer at de i en knapphetsperiode kan godta automatisk utkobling av varmtvannstanken, såfremt vannet ikke blir kaldt. Det har blitt analysert hvordan økt integrasjon av elbiler (EV) og solceller (PV) vil påvirke distribusjonsnettet. Arbeidet er dokumentert i egne notater og konferanseartikler. En journalartikkel som beskriver metodikk for beregning av lastprofil for hjemmelading av elbiler er ti vurdering. Aktivering av fleksibilitet har blitt undersøkt. Metodikk for aktivering er avhengig av type fleksibel ressurs, geografisk lokalisering, bruksområde, styringsmuligheter og konsekvens av styring. Fleksibilitetskarakteristikk for termostatstyrte belastninger (varmtvannsbereder og romoppvarming) og flyttbart forbruk har blitt undersøkt. Potensialet for fleksibilitet fra ulike ressurser, på ulike tider av døgnet har blitt undersøkt. For termostatstyrte apparater har gjeninnkoblingseffekten ved koordinert utkobling av flere apparater blitt kvantifisert. Basert på evaluering av fleksible ressurser er det gjennomført case studier for å vise hvordan fleksible ressurser og fleksibilitet kan bidra inn i drift av distribusjonsnettet. Aktivitetene fra prosjektet oppsummeres i en egen teknisk rapport.

The ModFlex project has contributed with knowledge related to flexibility resources at household level (Electric vehicles, electric water heaters, atomic loads (washing machines, dryers, dish washers), solar panel, energy storage/electric batteries) and also mapping the potential for flexibility among typical household customers. Case studies showing how flexibility can be utilized in grid operation have also been performed. This form the basis for how flexibility can be utilized as a cost-efficient solution in the future flexible, intelligent and robust distribution grid. The ModFlex project has cooperated with FME CINELDI, and project results will be further utilized within CINELDI.

The development of Smart grids solutions is gaining momentum all over the world, supporting the vision of a sustainable and reliable future energy system. New regulations and directives for security of supply, sustainability and market efficiency, combined with EU's 20-20-20 targets, have increased the integration of renewable energy sources (RES) in the electricity system and measures for energy efficiency. Introducing intermittent RES generation units will increase the need for flexibility in the grid. A change in the electricity consumption is taking place. New customer segments, improved building standards and new electrical appliances such as electrical vehicles (EV), large heat pumps and instantaneous water heaters (without storage capacity) affect the electricity consumption pattern. Additionally, an increase in distributed generation and "prosumers" (customers that both produce and consume electricity) is expected. These changes will contribute to reduced electric energy consumption, increased peak load and reduced utilization time of the grid - compared to today's situation. Flexibility from active customers with consumption, production and storage, will be of value for the grid, to keep stable operation and support security of supply. In situations with increased peak load, and reduced utilization time, the peak load occurs in a limited number of hours during the year. In these peak load hours, the flexibility and demand response (DR) can be a realistic alternative compared to traditional grid investments. This project will develop models representing the consumption and production profiles for different flexible resources in the smart distribution grid, and address how such resources can be utilized to increase the flexibility in the grid - without introducing new peak load hours due to the rebound effect. Such models can improve today's software for grid planning, which often are evaluating loads as passive.