Sector-coupling and P2X2P Enabling Energy Market Structures and Related Solutions for Future Flexible Energy Systems

Uusiutuvan energiantuotannon, hajautettujen energia- ja joustoresurssien sekä sektoreita yhdistävien teknologioiden, kuten Power-to-X (P2X), käyttöönotto muuttaa sähköjärjestelmien teknistä ja taloudellista toimintaa sekä kanta- että jakeluverkkotasoilla. Tässä väitöskirjassa ehdotetaan uusia viitekehyksiä tulevaisuuden jakeluverkkotason energiamarkkinoille, jotta voitaisiin mahdollistaa resurssien tehokas hyödyntäminen paikallisissa jakeluverkkotason ratkaisuissa. Toteuttamiskelpoisuus ja taloudellinen tehokkuus huomioiden ehdotetut viitekehykset koostuvat esimerkiksi sektoreita yhdistävistä selvitysmekanismeista sekä koordinoinnista sähkön tukkumarkkinoiden kanssa. Väitöstutkimus kattaa koko ketjun paikallisten sähkö- ja monienergiamarkkinoiden suunnittelusta, paikalliset sähkömarkkinat, sektorikytkentä, monienergiajärjestelmät, integroidut energiamarkkinat, hierarkkinen koordinointi, aggregaattorit, riskitietoinen optimointi, Power-to-X, hajautetut energiaresurssit, joustoresurssit. Tutkimuksessa ehdotetut uudet markkinaratkaisut voivat mahdollistaa usean aggregaattorin kilpailun jakeluverkon rajoitteet huomioiden ja yhdistetyssä sähkölämpömarkkinassa voidaan hyödyntää Power-to-Heat (P2H) -teknologioita ja hybridienergiavarastoja mahdollistaen täten sektoreiden välisten joustoja hyödyntämisen. Keskitetty malli jakeluverkkotason marginaalihinnoittelulla huomioi verkkojen ja sektoreiden vuorovaikutukset sekä tarjoaa myös läpinäkyviä sijainti- ja aikaspesifisiä hintasignaaleja. Järjestelmätason tavoitteiden saavuttamiseksi väitöskirjassa ehdotetaan hierarkkista koordinointikehystä, joka yhdistää paikalliset markkinat tukkusähkömarkkinoihin. Tämä rakenne asettaa paikallisen joustavuuden ja joustotarpeet etusijalle, parantaen kustannustehokkuutta, uusiutuvien energialähteiden integraatiota ja sektoreiden välistä tasapainotusta. Lisäksi väitöskirjassa on kehitetty hinnanmuodostukseen vaikuttavia ja riskitietoisia osallistumisstrategioita, joissa stokastinen optimointi huomioi epävarmuudet hinnoissa, tuotannossa, kysynnässä ja kilpailijoiden käyttäytymisessä. Näin on mahdollista tasapainottaa kannattavuus ja toimintavarmuus vaihtelevissa markkinaolosuhteissa. Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä väitöstutkimus esittää uusia markkinapohjaisia ratkaisuja, jotka yhdistävät teknisen toteuttamiskelpoisuuden, taloudellisen tehokkuuden, koordinoinnin ja päätöksenteon epävarmuuden alla, tukien siirtymää kohti joustavia, vähähiilisiä ja resilienttejä monienergiajärjestelmiä.