Energiemarkt in crisis: kan peer-to-peer handel in microgrids soelaas bieden?

“De marktregels die zijn opgesteld voorafgaand aan de grote expansie van variabele hernieuwbare energiebronnen moeten nu worden aangepast. De energiemarkt alleen biedt geen prijssignalen die voldoende sterk en effectief zijn voor langetermijnplanning en bevoorradingszekerheid.”​ — World Energy Council (2016)

Introductie

Energiesystemen van de toekomst zullen sterk gedecarboniseerd, gedistribueerd, gedemocratiseerd en digitaal zijn. Het door de Belgische overheden overeengekomen energiepact, omvat in een visienota, beschrijft als belangrijkste elementen een sluiting van de kerncentrales en een overgang naar meer hernieuwbare energiebronnen. Dit betekent enkele grote uitdaging op middellange termijn.

Vandaag vertrouwen we op een grote basiscapaciteit om de elektriciteitsvoorziening te verzekeren. Deze basis productiecapaciteit — voornamelijk in de vorm van nucleair — is echter al meerdere malen onbetrouwbaar gebleken en zal ook definitief niet meer aanwezig zijn vanaf het jaar 2025.

Geïnformeerde consumenten en prosumenten nemen een steeds belangrijkere rol op in de energiemarkt. Zo wordt er steeds meer gewisseld van elektriciteitsleverancier. Met een toename van het ecologisch bewustzijn kwam een toename van gedecentraliseerde energiebronnen aan de verbruikerszijde (voornamelijk zonnepanelen). Deze trend benadrukt het belang van een effectieve integratie van gedecentraliseerde hernieuwbare energiebronnen in de energiemarkt, mede omdat dit de nood naar een grote basis productiecapaciteit zou verminderen.

In dit proefschrift onderzoeken we of een energiemarkt met gedecentraliseerde energiebronnen kan profiteren van markt- en prijsmechanismen die zowel decentraal, in nabijheid van de eindconsument liggen. We analyseren of een zogenaamd peer-to-peer-energienetwerk, waarin consumenten onderling elektriciteit verhandelen  binnen een virtueel microgrid resulteert in zowel voordelen voor het totale elektriciteitsnet, als financiële prikkels voor deelnemers aan een dergelijk netwerk.

1. Hoe kan peer-to-peer handel van elektriciteit een gedecentraliseerd elektriciteitsnetwerk ondersteunen?

2. Wat is de monetaire impact van peer-to-peer handel op de elektriciteitsmarkt?

Methodologie

Het proefschrift start met een brede literatuurstudie om inzicht te krijgen in de organisatie, trends en uitdagingen van de Belgische elektriciteitsmarkt. Alsook wordt er gefocust op technologieën die een potentieel hebben om de gevonden uitdagingen een mogelijk antwoord te bieden. In het vervolg van het werk wordt een blauwdruk voorgesteld die een gedecentraliseerde energiemarkt mogelijk maakt. Deze blauwdruk wordt op kwalitatief en kwantitatief vlak vergeleken met twee bestaande vormen van prosumenten vergoedingssystemen; zijnde de terugdraaiende meter methode en het export tarief. De drie scenario’s worden kwalitatief vergeleken met behulp van value-modelling technieken en kwantitatief door middel van simulaties.

Simulatie

In de huidige organisatie worden eigenaars van zonnepanelen vergoed d.m.v. een terugdraaiende meter. Dit houdt in dat periodes van overproductie (bijvoorbeeld op zonnige momenten) periodes van onderproductie kunnen compenseren. De prosument gebruikt op deze manier echter wel het elektriciteitsnet om zijn eigen overschotten naar te exporteren en om zijn tekorten te compenseren. Dit gebruik wordt door een zogenaamd prosumententarief in rekening gebracht. Alternatief wordt er in vele landen in Europa een zogenaamd export tarief toegepast. Hierbij wordt de prosument vergoed voor elke netto eenheid elektriciteit die op het net wordt geëxporteerd, dit tarief kan variabel of vast zijn. Als vereenvoudiging veronderstellen wij een vast export tarief vergelijkbaar met het huidige tarief in Duitsland. 

<figuur 1>

Het gedecentraliseerde peer-to-peer microgrid in deze opzet beschrijft een nieuwe markt voor elektriciteit op het laagste niveau, tussen eindconsumenten. Dergelijke setup is weergegeven in bovenstaande figuur.

Als mechanisme zal de elektriciteitsvraag gedurende een voldoende klein tijdsinterval vervuld worden door de beschikbare generatie binnen deze microgrid. Voor dit aandeel dat lokaal wordt vervuld geldt een zogenaamde peer-to-peer prijs die het rekenkundig gemiddelde voorstelt tussen het export tarief en het retail tarief. Op deze manier worden zowel consumenten en prosumenten aangespoord om deel te nemen in deze markt. Uiteindelijk zal de totale consumptieprijs het gewogen gemiddelde zijn van de peer-to-peer prijs en de retail prijs en zal de exportprijs het gewogen gemiddelde zijn van de peer-to-peer prijs en het export tarief, laatstgenoemden voor het aandeel dat via het centrale net wordt geëxporteerd/geimporteerd. In onderstaande figuren wordt dit mechanisme geïllustreerd voor een gemiddelde mei-dag. Merk op dat zowel de consumptie- als exportprijs afneemt wanneer lokale generatie beschikbaar is.

<figuur 2>

<figuur 3>

Resultaten

Uitgaande van de huidige compensatiemethode, zijnde de methode van de terugdraaiende teller (juni 2018), zou een verandering naar een export tarief als compensatiemethode een verhoging van het financiële rendement van prosumenten betekenen. Dit kan verklaard worden door het wegvallen van het prosumententarief. Bij peer-to-peer handel ligt het rendement nog hoger omdat de prosument zijn overschotten kan verkopen aan een hogere prijs dan het export tarief.

Omdat de consument in geval van peer-to-peer handel lokaal gegenereerde elektriciteit kan kopen aan een lager tarief, gaat ook deze erop vooruit. Rekening houdend met de investering in een slimme meter — noodzakelijke om deel te nemen aan peer-to-peer handel — blijkt het rendement nog steeds positief.

De kostenbesparingen van de prosument en consument gaan ten koste van de omzet van de traditionele elektriciteitsleveranciers en netbeheerders. Wanneer peer-to-peer handel tussen prosumenten en consumenten en prosumenten onderling mogelijk is, wordt via matching van lokale generatie en consumptie (deels) tegemoet gekomen aan de totale vraag. Hierdoor is de vraag naar centrale productie lager.

Discussie

Wij stellen dat een energiemarkt met meer decentrale energieproductie kan profiteren van markt- en prijsmechanismen die ook decentraal zijn georganiseerd. In onze analyse stellen we een opzet voor met microgrids die de peer-to-peer handel van elektriciteit mogelijk maken.

Als antwoord op de tweede onderzoeksvraag stellen we vast dat consumenten als prosumenten in deze nieuwe opzet aanzienlijk kunnen besparen op hun elektriciteitsrekening in vergelijking met traditionele compensatiemethoden. Dit gaat echter zoals verwacht ten koste van traditionele leveranciers en netbeheerders, doordat een deel van de elektriciteitsvraag nu wordt vervuld door lokale in plaats van gecentraliseerde generatie, aangeboden via de leveranciers.

Met betrekking tot de eerste onderzoeksvraag, en als gevolg op het antwoord op de tweede onderzoeksvraag, stellen we vast dat de prijssignalen binnen deze microgrid het verbruik van lokaal opgewekte elektriciteit stimuleren. Zodus maakt het een betere balancering van het elektriciteitsnet via een bottom-up benadering mogelijk. Op die manier zijn de belangen van eindconsumenten gealigneerd met het overkoepelende net en kunnen de lagere omzet voor elektriciteitsleveranciers en netbeheerders in een peer-to-peer markt worden gecompenseerd door extra besparingen op systeemkosten. Tegelijkertijd hebben de slimme meters en daaruit volgende data het potentieel om bij te dragen aan betere voorspellingen, wat zou resulteren in minder onbalans.

We concluderen dat peer-to-peer handel van elektriciteit in microgrids effectief is in het integreren van gedecentraliseerde energiebronnen aan de verbruikerszijde door prosumenten en consumenten monetaire waarde te bieden. Tegelijkertijd wordt de consumptie van lokaal gegenereerde elektriciteit gestimuleerd en vermindert de afhankelijkheid van het hoofdnet.

Door de liberalisering van de energiemarkt uit te breiden tot het punt waarop prosumenten actieve actoren zijn, wordt een verminderde behoefte aan gecentraliseerde productiecapaciteit en een betere integratie van duurzame energie gerealiseerd. Zo kunnen we tegemoet komen aan de wens van het World Energy Council.

---

Voor verdere informatie verwijzen wij graag naar volgende publicatie: “​The potential of peer-to-peer trading and blockchain technology in a decentralised energy network: a value-based analysis”​ (Degraeve, Nys, 2018).

https://lib.ugent.be/fulltxt/RUG01/002/481/037/RUG01-002481037_2018_000…

Hannes Degraeve

+32 474 67 71 58​, hannes_degraeve@hotmail.com

Jorn Nys

+32 486 33 69 43, nysjorn@gmail.com