Cost minimization and portfolio management for an Aggregator in the day-ahead power market

I denne masteroppgaven presenteres det en stokastisk beslutningsmodell for en energikunde eller en aggregator med aggregert kundeportefølje. Et generalisert rammeverk er etablert for å kunne analysere flere typer energisystemer og kunne utnytte potensialet av fleksibilitet hos en kunde av aggregatoren. Det totale energisystemet deles inn i tre delsystemer: 1) Elektrisitetsystemet, 2) Varmesystemet og 3) Kjølesystemet. Hvert enkelt delsystem kan bestå av flere enheter av produksjonsenheter, lager og lastenheter. Videre er lastenhetene delt inn i ulike fleksibilitetsklasser basert på deres fleksible egenskaper: ikke-fleksible laster, reduserbare laster og flyttbare laster.Siden det eksisterer usikre parametere som etterspørsel og priser er det foreslått en stokastisk modell som tar hensyn til usikkerhet gjennom analyse av flere senarioer. Modellen er nøye presentert i et eget kapittel som tar for seg alle restriksjonene knyttet til de ulike komponentene i energisystemet og Elspotmarkedet.Modellen er konstruert for å finne det optimale budet i «dagen-før» markedet styrt av Nordpool. Basert på prognoserte priser på elektrisitet for de neste 24 timene skal modellen finne den budmatrisen som resulterer i lavest forventede energikostnad. Energikostnadene inkluderer kostnaden for reduksjon av laster, kjøpt volum av elektrisitet i spotmarkedet, kostnaden for alternativ energikilde og kostnaden for handel av elektrisitet i et alternativt marked. Aggregatoren utnytter den tilgjengelige fleksibiliteten hos sine kunder, samtidig som den må tilfredsstille tekniske krav til energisystemene satt av kunden. Med utgangspunkt i ulike senarioer for prognoserte spotpriser finner modellen den optimale forbruksplanen til hver kunde. Modellen er testet gjennom en casestudie av tre kunder med tilgjengelig fleksibilitet. Kundeporteføljen består av en kunde med et stort industrielt anlegg av typen prosessindustri, en kunde med et mellomstort industrielt anlegg av type matproduksjon og en kunde med et større kontorbygg. Målet med porteføljen er å skape en troverdig representasjon av den aggregerte forbrukerfleksibiliteten som er satt sammen av enkelte fleksibilitetsressurser hos kunder med ulike lasttyper og kostnader.Et av målene med casestudien var å finne ut om aggregering av forbrukerfleksibilitet førte til reduksjon i de totale energikostnadene. Resultatet fra casestudien viste til en differanse på 1005,75 NOK mellom den totale energikostnaden for kundene summert og den totale kostnaden for aggregatoren. Verdien av aggregering ble dermed estimert til 1005,75 NOK basert på utvalgt kundeportefølje. Videre resulterte studien i et estimat på verdien av fleksibilitet og viste hvordan aggregatoren utnyttet den tilgjengelige fleksibiliteten hos sin portefølje. Fra casestudien ble det estimert en verdi på 17 186,29 NOK basert på differansen mellom de totale kostnadene for aggregatoren med og uten utnyttelse av fleksibilitet. Verdien av fleksibilitet dannet grunnlaget for utviklingen av forretningsmodeller for en aggregator. Forretningsmodellene viser hvordan en aggregator kan fordele gevinsten på 17 186,29 NOK ut ifra hvordan fleksibiliteten hos kundene blir utnyttet. Nøkkelord: Aggregator, kunde, Smart Grid, Elspot, Stokastisk programmerin