The single-family homes' opportunities to contribute with demand-side flexibility through load control of heat pumps

Elförbrukningen i Sverige har ökat över tid men utbyggnaden av transmissionskapacitet har varit långsam, vilket har lett att stamnätet mellan norra och södra Sverige är ansträngt. Detta har resulterat i att vissa geografiska områden riskerar att drabbas av kapacitetsbrist under höglastperioder. En tänkbar lösning som uppenbarats till trängseln i elnätet är att nyttja efterfrågeflexibilitet vid tidpunkter då elsystemet är ansträngt. En möjlig resurs som identifierats är laststyrning av värmepumpar vilket syftar till att reducera effektbehovet i elnätet under höglasttimmar. Detta görs genom att minska värmetillförseln till fastigheter med en installerad värmepump genom att utnyttja byggnadens värmetröghet och därigenom moderera effektförbrukningen i elnätet. I nuläget återfinns marknadsplatser som erbjuder handel av flexibilitetstjänster, men möjligheten för en småhusägare att bidra med flexibilitet är kraftigt begränsad. I rapporten undersöks hur stor potentialen är att minska effekttoppar genom smart laststyrning av värmepumpar i ett begränsat nätområde i Stockholms län samt vilka nyttor detta kan medföra för olika aktörer på elmarknaden. Nuvarande hinder och nödvändiga förutsättningar identifieras i syfte att stimulera en utökad flexibilitetsmarkand. Från företaget NIBE erhölls en modell vars syfte var att möjliggöra beräkningar av potential för laststyrning av värmepumpar. För att kunna använda beräkningsmodellen behövdes bland annat ett adekvat dataunderlag av förbrukningsdata, temperaturdata samt indata anpassad för det begränsade elnätområdet. Rapportens arbete tyder på att det är fullt möjligt att reducera effekttoppar i elnätet genom laststyrning av värmepumpar. Arbetet undersökte tre olika typfall i en vintermånad i ett vanligt svenskt villaområde bestående av 440 uttagspunkter varav 407 representerade småhus och av dessa hade 278 en registrerad värmepump. Urvalet av typdagarna baserades på dygnsmedeltemperatur där vi tog den kallaste, varmaste samt median dagen. Resultatet gav minskade effekttoppar mellan 4 – 13 % beroende på vilket scenario som studerades. En generell slutsats från resultaten är att det var svårare att kapa effekttoppar ju kallare utetemperaturen är och om effekttoppen pågår under lång tid. Den utförda extrapoleringen av resultatet till den samlade potentialen av effektreduceringen för Sverige som helhet beräknades till cirka 1,1-3,6 % av den totala medeleffektförbrukningen i Sverige. Nyttor vilka är förenade med laststyrning av värmepumpar handlar generellt om effektivare användning av elnätet och energiresurser och för de olika aktörerna på elmarknaden handlar nyttorna framförallt om olika typer av kostnadsbesparingar. Generella förutsättningar vilka ökar möjligheterna för småhusägare att bidra med efterfrågeflexibilitet är att elkunder behöver timprisavtal för att öka incitamenten till att minska ellerflytta sin elförbrukning. Vad som också krävs för att kunderna ska kunna styra sin last effektivt är timmätning hos varje kund samt installerad styrutrustning. Vår rekommendation kring valet av styrteknik är den styrning som använder en fiktiv utomhustemperatur genom att manipulera temperatursensorn. För att enskilda kunders efterfrågeflexibilitetspotential ska tillgängliggöras behövs dessutom ellagen ändras för att underlätta aggregatorrollen och göra det möjligt för aggregatorer att verka oberoende på elmarknaden. This report examines how great the potential is to reduce power peaks through smart load control of heat pumps in a limited network area in Stockholm County and what benefits this can entail for various players in the electricity market. Current obstacles and necessary conditions are identified in order to stimulate an expanded flexibility market. A model was obtained from the company NIBE whose purpose was to enable calculations of potential for load control of heat pumps. In order to be able to use the calculation model, an adequate database of consumption data, temperature data and input data adapted for the limited electricity network area was needed. The report indicates that it is entirely possible to reduce power peaks in the electricity grid through load control of heat pumps. The work examines three different typical cases in a winter month in an ordinary Swedish residential area consisting of 440 outlet points, of which 407 represented single-family homes and of these, 278 had a registered heat pump. The selection of days were based on the daily average temperature where we took the coldest, warmest and median day. This resulted in reduced power peaks between 4 - 13% depending on the scenario studied. A general conclusion from the results is that it was more difficult to cut power peaks the colder the outdoor temperature was and if the power peak lasted for a long time. The extrapolation of the result to the overall potential of the power reduction for Sweden as a whole was calculated at approximately 1.1-3.6% of the total average power consumption in Sweden. Benefits that are associated with load control of heat pumps are generally more efficient use of the electricity grid and energy resources. The benefits for the various players in the electricity market are primarily about different types of cost savings. General conditions that increase the opportunities for homeowners to contribute with demand flexibility are that electricity customers need hourly price agreements to increase the incentives to reduce or move their electricity consumption. What is also required for customers to be able to control their load efficiently is hourly measurement at each customer and installed control equipment. Our recommendation regarding the choice of control technology is the control that uses a fictitious outdoor temperature by manipulating the temperature sensor. In order to make individual customers' demand flexibility potential available, the Electricity Act also needs to be amended to facilitate the aggregator role and enable aggregators to operate independently of the electricity market