The Influence of Local Energy Tariffs on a Norwegian Local Market

Abstract

Overgangen til et fornybart forbrukssentrisk energisystem forventes å øke strømforbruket i Norge. En økning i distribuert generasjon av fornybare energikilder er et forventet resultat av denne overgangen. En hurtig økning av distribuert generasjon bidrar til energipro- duksjon og utfordrer driften av nettet. Kombinert med digitalisering muliggjør det nye markeder, som lokal energi handel. Lokal energi handel er en nøkkelegenskap for å lette driften av stømnettet med høy andel distribuert fornybar energi produksjon. Sammen med en tariffstruktur som fremmer smart energiatferd, kan dette øke nettstabiliteten og forbedre tjenestekvaliteten.

Formålet med oppgaven er å undersøke hvordan økende tariffer påvirker lokale energi- handel i et norsk nabolag bestående av flere små lokalsamfunn. Videre undersøkes den lokale energiflytens påvirkning på nåværende og fremtidige markedsaktører. Dette ble oppnådd ved å utvikle en optimaliseringsmodell som er i stand til å handle fra node til node (P2P), hvor en node kan være en forbruker eller et lokalsamfunn. Lokalsamfunnene og forbrukerne i de har ulike forbruksmønstre, samt forskjellige energilagringsmuligheter og fornybarproduksjon. Tollsatsene er tilpasset dagens tariff struktur for husholdninger.

To caser med 10 scenarier hver ble laget for å teste nabolagets evne til å utnytte lokal energihandel etter at tariffer for P2P handel er innført. Det viktigste skillet mellom de undersøkte tilfellene er innføring av komponentforringelse. Komponentforringelse intro- duseres for å gi et mer realistisk bilde av lokale energi handel kan utrette og for å analysere påvirkningen på nabolagets energibruk.

Resultatene viser at økte tariffer reduserer P2P handelen i lokalsamfunn og nabolaget. Imidlertid er nabolagets daglige morgentopp jevnet ut uavhengig av tariffstrukturen, med mindre variasjoner scenarioene imellom. Benyttes gjeldende tariffstruktur er den årlige lastkurven til nabolaget uendret med lokal energihandel. Kombinert med tilsvarende årlig toppimport i begge caser innebærer det at lokal energihandel ikke klarer å redusere nabo- lagets påvirkning på strømnettet. Aggregatorer er en markedsaktør som potensielt er i stand til å lindre nabolaget påvirkning på strømnettet. Det er imidlertid usikkert i hvilken grad aggregatorene vil kunne delta i det norske elektrisitetsmarkedet. Foreløpige resultater indikerer en gradvis introduksjon av aggregatorer og liten innflytelse på andre marked- saktører.

The transition to a clean and renewable consumer-centric energy system is expected to in- crease the electricity consumption in Norway. An increase in distributed generation (DG) is an expected outcome of this transition. Rapid spread of DG contributed to energy pro- duction and challenges grid operation. Combined with digitization it enables new market opportunities as local energy trading. Local energy trading is a key enabler to facilitate a smooth grid operation with high DG penetration. Along with a tariff structure fostering smart energy behaviour this may increase the grid stability and improve the quality of ser- vice.

This thesis target is to investigate how increasing tariffs influences the local energy trade in a Norwegian neighbourhood consisting of multiple communities. Furthermore, the lo- cal energy trade’s influence on current and future market participants is examined. This was achieved by developing an optimization model capable of Peer-to-Peer (P2P) and Community-to-Community (C2C) trading. The communities and the consumers within them have unique load patterns and different amounts of storage and DG. The tariffs tested are aligned with the current tariff structure for domestic homes.

Two cases with 10 scenarios each was created to test the neighbourhood ability to exploit local energy trading when introducing tariffs to P2P and C2C trade. The main distinction between the investigated cases is the introduction of component degradation. Component degradation is introduced to provide a more realistic image of local energy trades capabil- ities and to analyse its influence.

The results show that increased tariffs reduce P2P and C2C trade within communities and the neighbourhood. However, the neighbourhood’s daily morning peak is straightened in- dependent of the tariff structure, with minor variations. By aligning with the current tariff structure for domestic households in Norway, the neighbourhood’s yearly load curve is unchanged with local energy trade. Combined with similar yearly peak import it implies that local energy trade is unable to reduce grid stress. Aggregators is a market partici- pant potentially able to relieve grid stress. However, it is uncertain to which extent the aggregators will be able to participate in the Norwegian electricity market, due to market competition. Preliminary results indicate a gradual introduction of aggregators and that aggregators has minor influence on other market participant.