Strømnettet glemmes i studier av lokale energisamfunn

I januar publiserte vi en artikkel i tidsskriftet IEEE Access. Artikkelen beskriver resultatet av et litteratursøk vi gjorde, der vi gikk gjennom forskningsartikler som handler om lokale energisamfunn i distribusjonsnettet. Dette litteratursøket viste blant annet at få studier inkluderer distribusjonsnettet. Dette betyr at de kun ser på markedsløsninger eller energiflyt, uten å undersøke hvordan spenning eller termisk kapasitet påvirkes av lokale energisamfunn.

Arbeidet er gjort i FINE-prosjektet, som ser på fleksibel integrasjon av lokale energisamfunn i det norske distribusjonsnettet. I prosjektet gjør vi tekniske og økonomiske analyser av hvordan lokale energisamfunn vil påvirke distribusjonsnettet i Norge. I tillegg undersøker vi nettselskapenes rolle overfor lokale energisamfunn.

Med denne bloggen vil jeg forklare hva som menes med et lokalt energisamfunn, hva vi fant fra litteratursøket vårt, og hvorfor vi bør inkludere distribusjonsnettet i videre studier av lokale energisamfunn.

Hva menes med et lokalt energisamfunn?

Rimeligere solcellepanel og batterier, samt økende strømpriser, gjør det mer sannsynlig at stadig flere husholdninger og bedrifter investerer i disse ressursene. Dette kan igjen føre til at kunder går sammen og lager lokale energisamfunn for å dele på strømmen. Det bør nevnes at dette per i dag ikke er mulig for boliger med ulikt gårds- og bruksnummer.

Det er ennå ikke bestemt hvordan reguleringen for lokale energisamfunn vil bli i Norge, men to EU-direktiver om såkalte Citizen Energy Communities og Renewable Energy Communities vil være førende. Kort fortalt sier disse direktivene at et slikt energisamfunn ikke må ha profitt som mål, men at de skal gi miljømessige, økonomiske eller sosiale goder til medlemmer og lokalsamfunnet. Mer informasjon om lokale energisamfunn finner du i dette blogginnlegget.

Hva fant vi ut fra litteratursøket vårt?

I FINE-prosjektet gjorde vi altså et søk for å undersøke hva litteraturen kan fortelle oss om ulike måter å modellere lokale energisamfunn. Dette er det vi fant ut:

De vanligste markedsstrukturene for et lokalt energisamfunn kan deles inn i to:

1. Samfunnsbasert: Det lokale energisamfunnet tar avgjørelser sammen for å optimere driften av de ressursene samfunnet har, som for eksempel hjemmebatteri, elbilladestasjon, eller felles energilager. Energisamfunnet har en samfunnskoordinator (community manager) som koordinerer ressursene, og håndterer kjøp og salg med andre marked som spotmarkedet.
   
2. Peer-to-peer-basert: Det lokale energisamfunnet har medlemmer som tar avgjørelser på egen hånd. Dette betyr at de som oftest tar avgjørelser som er gunstige for dem selv, men ikke nødvendigvis for samfunnet som helhet. Dette krever imidlertid at de har en markedskoordinator (market agent) som koordinerer kjøp og salg av strøm mellom de ulike medlemmene.
   

Styring av energiflyt i et lokalt energisamfunn kan gjøres på fire måter

Det finnes en rekke avgjørelser som må tas i et lokalt energisamfunn. Noen må bestemme hvor mye strøm som skal produseres, hvor mye strøm hver enkelt kan forbruke til enhver tid, og hvem som skal selge til hvem. Det må avgjøres om et batteri skal lade eller utlade, og hvor mye strøm energisamfunnet trenger fra distribusjonsnettet. Det finnes fire måter å gjøre slike avgjørelser på:

I et samfunnsbasert marked:

• Sentralisert: En sentral enhet (central node) har tilgang til all informasjon fra medlemmene i energisamfunnet. Enheten løser så ett stort optimeringsproblem, før den sender informasjon til medlemmene om hva de kan forbruke og produsere.
• Delvis desentralisert: Hvert medlem løser sitt eget optimeringsproblem. Informasjonen sendes til en sentral enhet som sjekker at det er balanse mellom produksjon og forbruk i energisamfunnet.

I et peer-to-peer-basert marked:

• Delvis distribuert: Hvert medlem kommuniserer med de andre medlemmene og blir enige seg imellom om kjøp og salg av strøm. De sender så informasjonen til en sentral enhet som sjekker at det er en balanse mellom produksjon og forbruk.
• Fullt distribuert: Hvert medlem kommuniserer med de andre medlemmene og blir enige seg imellom om kjøp og salg av strøm samtidig som det er balanse mellom produksjon og forbruk.

De fleste studier av lokale energisamfunn inkluderer ikke nettpåvirkning

Litteratursøket vårt viste at få studier av lokale energisamfunn vurderer nettpåvirkning. Ettersom et lokalt energisamfunn har likheter med mikronett og interaksjon mellom plusskunder, utvidet vi litteratursøket til å også inkludere disse. Da fant vi flere studier som undersøkte nettpåvirkning med relativt høy tidsoppløsning (minutter/sekunder). Noen av studiene brukte co-simulation, som er en måte å dele opp en simulering når du har store problem som er vanskelige å løse for ett program. Du kan for eksempel ha et program som er velegnet til optimering av energiflyt, og et som er bedre til lastflytmodellering. Istedenfor å velge ett, kan du dele simuleringen mellom programmene. De kan dermed simulere samtidig, og utveksle informasjon ved gitte tidssteg. Slik kan du utnytte styrkene til de ulike programmene.

Hvorfor bør modellering og simulering av lokale energisamfunn inkludere strømnettet?

Dette var noen smakebiter fra det vi fant i litteratursøket vårt. Nå gjenstår spørsmålet: Hvorfor ønsker vi å inkludere strømnettet i studiene våre?

Dersom en studie skal undersøke om et lokalt energisamfunn er økonomisk gunstig for medlemmene i samfunnet, eller demonstrere hvordan en lokal markedsmekanisme kan fungere, så simulerer man sannsynligvis ikke hvordan strømnettet påvirkes. Da holder det kanskje å undersøke energiflyten mellom husene på timesbasis. I FINE-prosjektet ønsker vi imidlertid å undersøke hva lokale energisamfunn har å si for distribusjonsnettet. Og for nettselskap, som eier og drifter strømnettet i og tilknyttet det lokale energisamfunnet, er det viktig å vite hvordan spenning og strøm påvirkes av at kundene forbruker og produserer strøm på en annen måte enn de har gjort tidligere.

Eksempelvis kan mye strømproduksjon på samme tid gi høyere spenning enn det som er tillatt – altså gi en utfordring for strømnettet. Samtidig kan det lokale energisamfunnet også anskaffe et batteri som lader når produksjonen er høy. Dette kan flate ut spenningen tilstrekkelig til at problemet fordufter. Kanskje kan batteriet til og med stå ledig i enkelte perioder, slik at det kan brukes til å hjelpe strømnettet dersom det skulle være nødvendig? Dermed kan det bli en mulighet for strømnettet.

Poenget er at nettselskap trenger kunnskap om hvordan ulike energisamfunn vil påvirke strømnettet, for å vite hvilke utfordringer og muligheter de kan støte på dersom lokale energisamfunn øker i omfang. Og derfor vil vi fokusere på å gjøre studier som inkluderer strømnettet når vi modellerer og simulerer lokale energisamfunn videre i FINE-prosjektet.