Title: Decentralization dynamics of energy systems : from prosumer preferences to system-level perspectives
Authors : Kubli, Merla
Advisors / Reviewers : Wüstenhagen, Rolf
Gassmann, Oliver
Ulli-Beer, Silvia
Extent : 154
Publisher / Ed. Institution : Universität St.Gallen
Publisher / Ed. Institution: St.Gallen
Issue Date: 2018
License (according to publishing contract) : Not specified
Language : English
Subjects : Renewable energy; Erneuerbare Energien; Decentralization; Prosumer; Solar; Storage; Flexibility; System Dynamics; Business model; Customer preference; Dezentralisation; Prosumerismus; Fotovoltaik; Flexibilität; Geschäftsmodell
Subject (DDC) : 333.7: Land, recreational areas and energy
Abstract: Our generation has the task to ensure a sustainable energy provision for all. The key challenge is integrating new renewables into energy systems. Current trends show exponentially growing installations of solar photovoltaics (PV). While the electricity supply has traditionally been centralized, solar PV is well suited for decentralized installation. Self-consumption of locally generated electricity is becoming possible, allowing for a wide range of new decentralized energy solutions. The line between consumers and producers starts to blur, challenging utility companies to reshape their business models and forcing policy makers to reconsider policy settings. With this dissertation, I contribute to a holistic understanding and management of the energy transition, by focusing particularly on the decentralization dynamics of energy systems. With three foci, each addressed in one paper, I investigate three particular challenges of the paradigm change in the energy system, linking prosumer preferences and system-level perspectives. In the first paper, we investigate the drivers of the decentralization dynamics. We analyze the diffusion of self-consumption concepts, focusing on network effects and complementarities arising from an increasing number of prosumers and microgrids. Simulations of the conceptual model highlight that recovering distribution grid costs is a decisive network effect of decentralization dynamics. In the second paper, I simulate the impacts of different grid tariff designs and PV metering schemes on consumers’ decision to become solar prosumers and to install storage. I also quantify the distribution effect between consumers with and without self-consumption. The role of politics and policy is crucial in balancing distributive justice of power grid costs and incentives arising from grid tariff design. In the third paper, we investigate prosumer's’ willingness to provide flexibility in three technology application areas. Decentralized generation is thus far an unexploited potential for flexibility. Utility companies, together with flexible prosumers, can co-create flexibility by pooling and valorizing flexibility on markets, potentially leading to benefits for both. The results of our choice experiment indicate the required premium to compensate flexible prosumers and locate target technology areas for business models for decentralized flexibility.
Unsere Generation hat die Aufgabe, eine nachhaltige Energieversorgung sicher zu stellen. Die zentrale Herausforderung dabei ist es neue erneuerbare Energien in das Energiesystem zu integrieren. Aktuelle Entwicklung zeigen ein exponentielles Wachstum von Photovoltaik (PV). PV ist für dezentrale Installationen besonders geeignet, im Gegensatz zu der traditionell zentral organisierten Stromversorgung. Eigenverbrauch von lokal produziertem Strom wird möglich und eröffnet eine breite Palette an dezentralen Energieversorgungslösungen. Die verschmelzende Linie zwischen Konsumenten und Produzenten fordert Energieversorgungsunternehmen und politische Entscheidungsträger, einerseits neue Geschäftsmodelle zu finden sowie andererseits Gesetzgebung und Förderpolitik zu überdenken. Mit dieser Dissertation trage ich zu einem ganzheitlichen Verständnis und Management der Energiewende bei, indem ich mich spezifisch auf die Dezentralisierungsdynamiken von Energiesystemen konzentriere. Mit drei Schwerpunkten, jeweils adressiert in einem Beitrag, untersuche ich drei spezifische Herausforderungen des Paradigmenwechsels im Energiesystem und verknüpfe Präferenzen von Prosumenten mit Systemperspektiven. Im ersten Beitrag untersuchen wir die Treiber der Dezentralisierungsdynamiken. Wir analysieren die Diffusion von Eigenverbrauchskonzepten mit einem Fokus auf Netzwerkeffekte und Komplementaritäten, die aus der steigenden Anzahl von Prosumenten und Mikronetze entstehen. Simulationen des konzeptionellen Modells zeigen, dass die Kostendeckung von Stromverteilnetzen ein entscheidender Netzwerkeffekt von Dezentralisierungsdynamiken ist. Im zweiten Beitrag simuliere ich die Auswirkungen verschiedener Netznutzungstarife und PV-Vergütungsschemas auf die Kundenentscheidungen ein Prosument zu werden und in Speicher zu investieren. Zudem quantifiziere ich den Verteileffekt zwischen Konsumenten mit und ohne Eigenverbrauch. Die Rolle von Politik, Gesetzgebung und Fördermassnahmen sind entscheidend, um die Kosten der Stromverteilnetze gerecht zu verteilen und kosteneffiziente Anreize zu setzen. Im dritten Beitrag untersuchen wir in drei Technologiebereichen die Bereitschaft von Prosumenten Flexibilität bereitzustellen. Dezentrale Produktion ist ein bisher ungenutztes Potenzial für Flexibilität. Energieversorgungsunternehmen können gemeinsam mit flexiblen Prosumenten potenziell einen Mehrwert schaffen, indem sie lokale Flexibilitätspotenziale gebündelt vermarkten. Die Resultate von unserem Wahlexperiment eruieren die erwartete Prämie, um flexible Prosumers zu vergüten, und lokalisieren geeignete Technologiebereiche für Geschäftsmodelle mit dezentraler Flexibilität.
Departement: School of Engineering
Organisational Unit: Institute of Sustainable Development (INE)
Publication type: Doctoral thesis
URI: http://www1.unisg.ch/www/edis.nsf/SysLkpByIdentifier/4780/$FILE/dis4780.002.pdf
https://digitalcollection.zhaw.ch/handle/11475/15708
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