Assessment of the Value of Flexibility Services from the Norwegian Energy System

Prosjektet "Assessment of the Value of Flexibility Services from the Norwegian Energy System" (ASSETS) er et forskerprosjekt som ble utført i perioden 2017 til 2022. Bakgrunnen for prosjektet er at kostnadene for ny fornybar strømproduksjon har falt de siste årene og denne trenden ser ut til å fortsette. Dette har medført til at det har blitt bygget ut mye fornybar strøm som er væravhengig, hvor strøm produseres når sola skinner eller vinden blåser. Med mer u-kontrollerbar strømproduksjon fra vind og sol kan bli mer utfordrende å dekke vårt behov for strøm. Fleksibelt forbruk, inkludert bruk av lager, og fleksibel strømproduksjon er derimot løsninger som kan sørge for at strømforbruket er dekket til enhver tid, også i en fornybar fremtid. ASSETS-prosjektet har undersøkt hvordan vi kan øke verdien av norske energiressurser når energi blir stadig billigere mens fleksibilitet blir stadig mer verdifullt. Den store fordelen for Norge er fleksibiliteten vi har i vannkraftsystemet, mens Europa i større grad har mangel på fleksibel fornybar strømproduksjon. Energisystemmodellen IFE-TIMES-Norge og kraftmarkedsmodellen EMPIRE er videreutviklet i prosjektet, og benyttet for å analysere følgende spørsmål: 1) I hvilken grad kan det norske vannkraftsystemet balansere den økende andelen vind- og solkraft som bygges i Europa? 2) Hvordan kan flytting av last (effekt), og substitusjon av energibærere bidra til en mer fleksibel etterspørselsside? 3) I hvilken grad kan norske energiressurser bidra med økt forsyningssikkerhet i Europa? 4) Hvilken rolle kan fleksible etterspørselsteknologier og lagringsteknologier få i framtidens energisystem? PhD-stipendiaten, Mohammadreza Ahang, startet opp 01.11.17, og har fokusert på rollen til sluttbruksfleksibilitet i energisystemer, modellering av vær-avhengig strømproduksjon og kobling mellom den norske energisystemmodellen, IFE-TIMES-Norge, og den Europeiske kraftmarkedsmodellen, EMPIRE. I 2022 har han publisert en artikkel, «Stable stochastic capacity expansion with variable renewables: Comparing moment matching and stratified scenario generation sampling», og sendt inn artikkelen "The impact of Demand Response on the Norwegian energy system?». I 2018 var prosjektarbeidet konsentrert om "demand response" (DR) og energilagringsløsninger. Dette inkluderte et DR-litteraturstudie og arbeid på hvordan energilagring bør modelleres i TIMES-modellen; stasjonære batterier, Vehicle 2 Grid og hydrogen. Prosjektet har også analysert hvordan degraderingsmodeller av batterier kan benyttes til å bedre modellere bruk og dimensjonering av batterier. Store deler av arbeidet i 2019 og 2020 har vært knyttet utformingen av datasett for vær-avhengig strømproduksjon for vind- og sol i Norge og i Europa og hvordan dette skal inkluderes i modellene. Et satellittbasert datasett, Renewables.ninja er sammenlignet og korrigert i henhold til faktiske produksjonstall for vind og sol i Norge. Prosjektet har videre analysert hvordan en best mulig kan bruke dette forbedrete datasettet til å representere vær-avhengig fornybar strømproduksjon i prosjektets to modeller. Dette arbeidet dokumenteres i tre vitenskapelige artikler (i tillegg til stipendiatens publikasjoner) med følgende titler: -"Evaluation of open photovoltaic and wind production time series for Norwegian locations?? -"Comparison of PV and Wind Input Data: Renewables ninja comparison with real PV and Wind data" - "Stochastic modelling of variable renewables in long-term energy models: Dataset, scenario generation & quality of results" Med en forbedret metode som fanger opp vær-avhengig fornybar strømproduksjon og en bedre representasjon av energilagring i modellene, har prosjektet i 2021, og delvis 2022, analysert verdien av fleksibilitet fra et norsk energisystem-perspektiv. Resultater viser at det er behov for både sluttbruksfleksibilitet, for eks. flytting av last, hydrogenlagring og stasjonære batterier, i tillegg til et fleksibelt kraftsystem, som vannkraft og nettutbygging, for å få til en kostnadseffektiv omstilling. Rollen til fleksibilitet i omstilling er derimot avhengig av mange eksterne faktorer som utvikling av det Europeiske kraftmarkedet, teknologiutvikling og energiadferd. Videre viser prosjektet viser at det er avgjørende å bruke en hensiktsmessig metode for å tallfest verdien og behovet til fleksibilitet fremover.

Virkninger: Prosjektet har: - etablert et fungerende tverrfaglig samarbeid mellom energisystemmiljøet på IFE og operasjonsanalysemiljøet hos SINTEF. Samarbeidet har økt kvaliteten til metodene som er utviklet i prosjektet samtidig som relevansen til metodisk arbeid er ivaretatt. - økt kompetansen i prosjektgruppen og flyttet forskningsfronten knyttet til: o håndtering og modellering av vær-avhengige parametere og fleksibilitetsløsninger i energisystemanalyser. o verdi og rollen til ulike fleksibilitetsløsninger ved avkarboniseringen av Norge og Nord Europa Effekter: Prosjektet: - har ved internasjonale publikasjoner og presentasjoner flyttet internasjonal forskningsfront. - demonstrert at tverrfaglig samarbeid mellom energisystemanalyse og operasjonsanalyse øker kvaliteten til analyser av overgangsstrategier til et lavutslippssamfunn. - har bidratt til å øke kvaliteten til energisystemanalyser, som videre bidrar til å gi bedre råd til beslutningstagere.

ASSETS will investigate how to maximize the value of Norwegian energy resources in a world where energy is becoming cheaper and flexibility and power more valuable. It is crucial to understand how the Norwegian energy resources and development of the Norwegian energy system will affect our ability to be a flexibility provider. Similarly, the same developments affect Europe´s need for flexibility. It is the hypothesis of this project that the economies of scale in the Norwegian hydropower and natural gas will make them an attractive source of flexibility. But the need for flexibility depends on European energy policy and market design. It will have major effect also on Norwegian policy. If Norway implements technologies like demand response in buildings and industry as well as Zero Emission Neighborhoods, one main reason must be the additional values that arise from the resulting increased capacity in the hydro power system to serve European needs for flexibility. That again will induce a need for cables, used both for importing cheap energy and for exporting valuable power and flexibility. Before implementing such dramatic changes in the Norwegian system, we need more knowledge about the European need for the mentioned services in different market and system design situations. We will further develop the power market model EMPIRE and the energy system model TIMES in the project. The models will be expanded to include demand-response technologies (short-term),and uncertainties in prices(long-term) to have a more thorough modeling of the North-European energy system and market.