Consequences of demand-side interventions on the operation efficiency of future energy systems

Kansalliset energiajärjestelmät ovat siirtymävaiheessa. Uusiutuvilla energialähteillä tuotetut sähköja lämpö ovat viime vuosien aikana kasvanut merkittävästi Euroopan Unionin alueella (EU). EU:njäsenvaltiot ovat esittäneet kunnianhimoisia kansallisia tavoitteita vaihtelevien uusiutuvien energialähteiden lisäämiselle erityisesti sähkömarkkinoilla. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan kysyntäjoustotoimenpiteiden vaikutuksia energiajärjestelmän toimintaan. Vaikutuksia tarkastellaan energiajärjestelmissä, joiden muutoksia ohjaavat ilmastonmuutosta hillitsevät politiikkatoimet kasvihuonekaasujen vähentämiseksi ja uusiutuvien energialähteiden lisäämiseksi. Monikriteerianalyysin avulla tutkittiin sidosryhmien preferenssien vaikutuksia kotitalouksien lämmitysvaihtoehtojen arvioinnissa, ottaen huomioon erilaiset tekniset, taloudelliset,ympäristölliset ja käytettävyyskriteerit. Koska energiajärjestelmät integroituvat lisääntyvästiEU:ssa kansainvälisten sähkömarkkinoiden kautta, sähköntuotannon ympäristövaikutustenalueellisia ja ajallisia muutoksia tarkasteltiin kansallisella ja monikansallisella tasolla. Sähkönmarginaalituotannon ajalliset muutokset osoittavat, että lyhyen aikavälin marginaalikustannuksetvoivat vaihdella merkittävästi päivän aikana. Tämä tarkoittaa, että sähkön kulutuksen todellisetkustannukset vaihtelevat myös kulutuksen ajoituksen mukaan. Näin ollen työssä analysoitiin myösajallisesti vaihtelevan kysyntäjouston vaikutuksia energiajärjestelmän toimintaan Suomessatulevaisuuden skenaarioissa, joissa ydinvoiman ja vaihtelevan uusiutuvan energian osuudetlisääntyvät. Saadut tulokset osoittavat, että voimakkaasti toisiinsa integroiduilla sähkömarkkinoilla kysyntäjoustotoimenpiteiden vaikutukset eivät välttämättä rajoitu pelkästään maahan tai hintaalueelle, jossa toimenpide toteutetaan. Tämä johtuu siitä, että sähköntuotannon päästöt tai saavutetut järjestelmähyödyt voivat vuotaa naapurimaihin sähkönsiirron seurauksena. Tässätapauksessa kysyntäjoustotoimenpiteiden vaikutusten tarkastelu kansallisesta näkökulmastasaattaa johtaa epätäydellisiin tulkintoihin. Tämä tutkimus osoittaa siten, että marginaalituotantoa tulisi tarkastella monikansallisesta näkökulmasta. Pitkän aikavälin näkökulma on lisäksi suositeltavaa arvioitaessa kysyntäjoustotoimenpiteiden marginaalivaikutuksia, jotka vaikuttavat energiajärjestelmään pitkällä aikavälillä. Koska sähkön marginaalituotanto voi vaihdella merkittävästi sekä alueellisesti että ajallisesti, on tuotannosta aiheutuvien marginaalipäästöjen ajallinen vaihtelu myös suositeltavaa ottaa huomioon elinkaariarvioineissa. Tämän vaihtelevuuden havaittiin lisääntyvän energiajärjestelmissä vaihtelevan uusiutuvan energian integraation seurauksena. Kysyntäjoustoa voidaan hyödyntää residuaalikysynnän lyhytaikaisten vaihteluiden tasaamisessa. Kuitenkin kysyntäjouston kykyä avustaa vaihtelevan uusiutuvan energian integroimisessa energiajärjestelmään rajoittavat siihen liittyvät tekniset ja taloudelliset rajoitukset, jotka vaikuttavat sen käyttöön. Kysyntäjousto voi siten vain osittain korvata tavanomaisia joustoteknologioita säätömarkkinoilla.