The utilization of power purchase agreements, granular guarantees of origin, and shared batteries to increase the value of prosumer solar surplus

Abstract

Installasjon av distribuerte fornybare energikilder som solcellepaneler er avgjørende for dekarbonisering av den globale elektrisitetsmiksen. Avviklingen av støtteordninger som innmatingstariffer i deler av verden har redusert verdien av overskuddselektrisitet fra fornybare energikilder og dermed bremset utviklingen til en viss grad. For å løse dette problemet er det i denne oppgaven utformet en ny type kraftkjøpsavtale for salg av forbrukeroverskudd av solstrøm som benytter utstedelsen av opprinnelsesgarantier ved husholdningenes smarte målepunkter med høy oppløsning. Matematisk programmering har blitt brukt til å utvikle et lineært stokastisk kapasitetsutvidelse-program for kostnadsminimeringsproblemet til prosumenter organisert i et energisamfunn. Modellen inkluderer solcellepaneler med differensiert generasjonspotensial i forskjellige retninger. Den kortsiktige usikkerheten i produksjon, forbruk og day-ahead-priser blir tatt hensyn til ved hjelp av en algoritme som genererer scenariotrær. Modellen har blitt brukt på en case-studie i København, Danmark som undersøker påvirkningen av ulike kompensasjonsordninger og tilgjengeligheten av energilagring sammenlignet med et referansetilfelle med kun salg til nettet. Modellen viser at en økning i verdien på prosumentoverskudd fører til ytterligere investeringer i solcelleanlegg samtidig som det introduserer et disinsentiv for investeringer i batterier. Betingelsen for kraftlevering i kraftkjøpsavtalen, dvs. lastprofilen til kjøperen, ble funnet å påvirke investeringsmønstrene i de ulike retningene, samtidig som det påvirket graden av disinsentivet for batteriinvesteringer.

The deployment of distributed renewable energy sources such as solar photovoltaics is crucial for decarbonization of the global electricity mix. The decommissioning of support schemes such as feed-in tariffs in parts of the world has reduced the value of surplus electricity from renewable energy sources and consequently halted the development to some extent. To address this issue a novel power purchase agreement has been designed for the sale of residential prosumer surplus which leverage the issuance of guarantees of origin at the household smart metering points with high granularity. Mathematical programming has been utilized to develop a linear stochastic capacity expansion problem for the cost-minimization problem for prosumers organized in an energy community. The model incorporate solar photovoltaics with differentiated generation potential by general orientations. The short-term uncertainty in generation, consumption, and day-ahead prices are accounted for by means of an algorithm which generate scenario trees. The model has been applied to a case study in Copenhagen, Denmark which examine the impact of different compensation schemes and the availability of storage assets in comparison to a reference case of grid-sale only. The model shows that an increase in the value of prosumer surplus lead to additional investments into photovoltaics while simultaneously introducing a disincentive for the deployment of batteries. The condition for surplus delivery in the PPA, namely the load profile of the buyer, was found to affect the investments patterns into the different orientations, while also impacting the extent of the disincentive for battery investments.