Sweden has since a few years back suffered from a bottleneck in the power transmission lines stemming from a lack of “space” on the grid that transports the power that is generated in the northern parts to the middle and southern parts of the country. A long-term solution would be to increase the grid's capacity by building more transmission lines, however in the meantime, a short-term solution would be to increase our power flexibility. Meaning that the energy consumption gets moved from hours of high demand to hours with low demand and by shutting off equipment. This is called power flexibility and has been researched more in recent times in projects like this. This project will mainly focus on demand-side flexibility which is about how the consumers use their electrical power. In collaboration with Uppsala Arenor och Fastigheter, power usage in one of the company’s properties will be made more flexible. This is achieved by mapping how much power each part of the property utilizes and estimating how much power the electrical equipment in that area consumes. Then determining if that piece of equipment can be either rescheduled to avoid hours of high-powerdemand in Uppsala or turned off without causing major consequences to the property. From this it will be decided if it can be added as a flexibility resource and after that the total power flexibility of the facility will be tallied. Lastly, suggestions on how to implement the power flexibility resources and recommendations for further improvements in future projects will be made. The results of the project were that the selected property Studenternas had an average power usage of 185kW during the day and of that 38% could be utilized as a power flexibility resource. The total power flexibility was therefore 71.2 kW which comes from the laundry rooms and the arena lighting while the other places in the facility contributed with a neglectable amount.

Purpose: The purpose of the study is to examine households attitudes and commitment to demand side flexibility as well as the various actors perceptions of the division of responsibilities in the electricity market and the information available to households. Research questions:                   – What are the main factors for private electricity customers to be able to contribute with demand side flexibility to the electricity system? – What challenges and opportunities can be identified with increased demand side flexibility? Method: The study was based on an abductive approach, where the collection of primary data is of a quantitative and qualitative nature. The qualitative part was collected through 9 semi-structured interviews with actors linked to the electricity market. Collection of quantitative data was done through a survey aimed at households with a total of 110 respondents. The results of the data collection have been analyzed thematically together with the theoretical framework. Conclusions: The main factors for increased demand flexibility are, firstly, a clear division of responsibilities between authorities, households and other players in the electricity market. Secondly, well-developed information channels are required that can be made possible through new technology. Finally, an electricity market is required that allows new actors such as an aggregator. The challenges include engaging households, currently low profitability for demand side flexibility and a set of regulations and tariffs that are lagging behind in development. The opportunities are future changes in the electricity price that speak in favor of increased profitability for demand side flexibility and a change to more dynamic and flexible electricity network tariffs.

The load in the electricity grid fluctuates during the day and between seasons. As a distribution system operator (DSO), an uneven load profile leads to increased transmission losses and unnecessary high costs for subscribing power from the feeding grid. Efficiency measures and a more even power consumption by the end-users, could therefore lead to that a DSO can achieve lower costs for power-subscription from the feeding grid and transmission losses, but also implies a lowered cap of total revenues. As a step towards implementing the EU energy efficiency directive, the Energy Markets Inspectorate (Ei) have developed two economic incentives which enables for DSOs to profit economically from cost reductions related to transmission losses and feeding grid. For this reason the electricity suppliers Storuman Energi and Affärsverken Energi sees a possibility to offer a load shift-service to low voltage DSOs using the flexibility in the demand of electrically heated households. The aim of this study is therefore to demonstrate how a service such as this one can be valued in the Swedish electricity market. The task at hand was examined by conducting a survey of the values of demand-side flexibility, as well as an investigation of how the costs for the end-user and incentives for the DSO are affected by flexibility. A review of the values associated with demand-side flexibility has been conducted for electricity suppliers, DSOs and end-users. With regard to the DSOs, the main value is connected to the new economic incentives from Ei, whose potential depends on the properties of the grid and the tariff for the feeding grid. Other values related to operation and delivery reliability can also be achieved. The main values for electricity suppliers are a lowered risk for unbalance following as a consequence of better knowledge of their end-users’ usage, and also the possibility to profit by offering a load shift-service. The values for end-users have been divided between cost reductions and system benefits, both of which are regarded to compensate the remuneration end-users require to offer their flexibility. By adapting consumption after the spot market price or the grid tariff, lowered costs for electricity can be achieved. The end-users can also appreciate system-benefits such as the facilitation for intermittent renewable electricity production, electric vehicles and reducing the societal dependency on expensive fossil-fuelled power generation as positive. They do on the other hand regard a possible depreciation of the heat comfort, data confidentiality and reduced control over one’s own electricity consumption as negative. If the service can be bundled with equipment which yields other values, such as an increased heat comfort, the end-users’ demand for remuneration can decrease. To explore what effects demand-side flexibility can have on the electricity costs of end-users and the economic incentives for DSOs, a case study is conducted in the electricity distribution grid of Karlskrona. Through review of previous studies, a potential for demand reductions was established and used as input in the case study. It can be determined that the incentive for a more even load profile constitutes a substantially greater share of the total incentives, compared to the incentive for reduced distribution losses. It is further concluded that a fairly large part of the incentives can be achieved by controlling the end-users on only a few occasions each year. It is also established that the cost reductions for end-users can match their demand for remuneration. A future scenario with more electrical vehicles connected to the grid for charging, greatly increases the possible benefits for both the DSO and end-users. Through the investigation of different possible designs for the energy service, it is recommended that the demand side management of end-users is placed in the hands of an electricity supplier responsible for balancing the consumption of the end-users. A procurement-procedure is deemed problematicfollowing the risk for unproportional use of resources and time. As a result of this, the energy service should not be traded directly between DSOs and electricity suppliers. Instead, it is proposed that the DSO develops a time-differentiated tariff, after which the electricity supplier can adapt the end-users’ consumption. Since the results indicate that controlling the end-users consumption on just a few occasions is sufficient to yield large benefits for the DSO, a grid-tariff with critical peak pricing is recommended. This tariff employs a high price for shorter periods of time when the grid load is peaking and a rebated price during all other occasions. This opens up for controlling the use during the other days according to the spot market price. As the electricity supplier grants the end-user lowered costs for both the electricity grid and trading, they have the opportunity to apply a charge for the service. Both the DSO, end-user and electricity supplier is presumed to improve their profitability with this design. When implementing the energy service, a couple of aspects are important to shed light on. The grid-tariff of the end-user and the tariff for the feeding grid needs to be synchronized with each other, to stimulate the same type of load shifts. It should also be noted that the possible gain from the incentives will decrease as demand side management-measures is taken since the reference-level from which a comparison is made improves. Another interesting aspect is that the regulation stipulates that only a certain percentage of the cost reductions will result in incentives, thus limiting the amount of profitable measures. Since the costs and revenues between the actors in the transmission system (low and medium voltage DSOs and the TSO) are interdependent, the revenue loss for the medium voltage DSO resulting from the cost reduction for the low voltage DSO, can result in a recoil effect. Lastly, a widespread introduction of control equipment to end-users can facilitate other uses for the demand-side flexibility. / Belastningen i elnätet varierar under dagen och mellan olika säsonger. Att som nätägare ha en ojämn belastning i sitt nät leder till ökade nätförluster och onödigt höga kostnader för att abonnera effekt från det överliggande nätet. Effektiviseringar i nätet och ett jämnare effektuttag av användarna kan därmed leda till att en nätägare kan erhålla minskade kostnader för abonnerad effekt från överliggande nät och nätförluster, men innebär också en sänkt intäktsram för nätägaren. Vid implementering av EU:s energieffektiviseringsdirektiv har Energimarknadsinspektionen tagit fram två ekonomiska incitament som möjliggör för nätägare att dra nytta av kostnadsminskningar för nätförluster och överliggande nät. Av denna anledning ser elhandelsbolagen Storuman Energi och Affärsverken Energi möjligheter att, med hjälp av efterfrågeflexibilitet hos framförallt eluppvärmda hushåll, erbjuda en laststyrningstjänst till lokalnätsnätägare. Syftet med denna studie är därmed att demonstrera hur en tjänst som denna kan värdesättas av aktörerna på den svenska elmarknaden. Frågan behandlas genom att undersöka vilka värden efterfrågeflexibilitet kan ge upphov till, exempelvis hur slutanvändares elkostnader och nätägares ekonomiska incitament påverkas av efterfrågeflexibilitet. En inventering har gjorts av efterfrågeflexibilitetens värde för elhandlare, nätägare och slutanvändare. För nätägare bedöms de huvudsakliga värdena finnas kring de nya ekonomiska incitamenten, vars potential beror på nätets förutsättningar och regionnätstariffen. Det finns också nyttor kopplade till driftsäkerhet och leveranskvalitet. Elhandlare kan dra nytta av en lägre risk för obalans genom att de får bättre uppfattning om sina kunders användningsmönster, samt möjligheten att även debitera för utförd laststyrningstjänst. För slutanvändare har värdena delats upp i kostnadsminskningar och systemnyttor. Båda dessa anses kunna kompensera för de krav på ersättning som slutanvändare har för att bidra med sin flexibilitet. Genom anpassning efter exempelvis spotpris eller en nättariff kan lägre kostnader för elhandel respektive nät erhållas. Vad gäller systemnyttor kan följder som att exempelvis främja intermittent förnybar elproduktion, underlätta införande av en eldriven fordonsflotta samt att minska beroendet av dyra fossileldade produktionsslag ses som positiva. Å andra sidan bedöms en upplevd risk för försämrad värmekomfort och datasekretess samt minskad kontroll över sin användning spela in som negativa värden. Om tjänsten kan paketeras tillsammans med utrustning som även ger andra mervärden, exempelvis möjliggör en ökad värmekomfort, kan slutanvändares ersättningskrav minska. För att utreda vilken konkret påverkan efterfrågeflexibilitet kan ha på slutanvändares elkostnader och nätägares ekonomiska incitament görs en undersökning i Karlskronas lokalnät. Där appliceras den potential för efterfrågeflexibilitet som tidigare studier visat på. Det konstateras att incitamentet för jämnare nätbelastning visar betydligt större potential än det för minskade nätförluster samt att en stor del av incitamenten går att erhålla genom att styra endast ett fåtal tillfällen varje år. Vidare pekar resultatet på att slutanvändares kostnadsminskningar kan nå upp i nivåer som motsvarar deras ersättningskrav. Ett framtidsscenario med fler elfordon ger mycket större ekonomisk potential för både nätägare och slutanvändare. Efter att ha utrett olika alternativa utformningar för energitjänsten föreslås att passiv efterfrågeflexibilitet tillämpas genom att laststyrning av slutanvändare sker av en elhandlande aggregator med balansansvar. Ett upphandlingsförfarande bedöms medföra risk för stor resurs- och tidsåtgång, varför handel av tjänsten inte bör äga rum mellan elhandlare och nätägare. Men för att elhandlare ändå ska kunna ta del av värdet från de ekonomiska incitamenten föreslås att nätägaren tar fram en tidsdifferentierad nättariff, vilken elhandlaren kan laststyra slutanvändare efter. Då resultatet pekar på att styrning under endast ett fåtal tillfällen är erforderligt kan en nättariff av typen spetspristariff tillämpas, där kostnaden för effektuttag kraftigt stiger när belastningen är hög i nätet. Då möjliggörs styrning efter exempelvis spotpris de tillfällen som inte är nödvändiga att styra med hänsyn till nätet, eftersom kostnaden för effektuttag då är låg. Genom att elhandlare på så sätt kan erbjuda slutanvändare lägre kostnader för både nät och elhandel har de möjlighet att debitera slutanvändare en avgift för utförd tjänst. Med denna utformning anses både nätägare, elhandlare och slutanvändare kunna nå en ökad lönsamhet. Vid införandet av energitjänsten är ett antal aspekter viktiga att belysa. Slutanvändares nättariff och lokalnätets tariff för överliggande nät spelar en viktig roll då de behöver stimulera till att samma styrning utförs, exempelvis om det är fördelaktigt att styrning sker ofta eller mer sällan. Då incitamentens nivå bestäms utifrån en referensperiod kommer möjlig avkastning att avta i takt med att förbättringar görs. I nätregleringen är det fastställt att bara en viss del av kostnadsbesparingarna erhålls i form av de ekonomiska incitamenten, vilket innebär att vilka åtgärder som är lönsamma begränsas. Genom att kostnader och intäkter är tätt sammankopplade mellan aktörerna i elnätet (lokal-, region- och stamnät) kan regionnätets intäktsbortfall till följd av lokalnätets lägre kostnader, ge upphov till rekyleffekter. Att storskaligt installera styrutrustning hos slutanvändare kan också möjliggöra andra användningsområden, med andra ord skapas det en plattform för efterfrågeflexibilitet.

The thesis aims to obtain a holistic perspective of opportunities, drivers and barriers that different grid customers experience when enabling demand side flexibility. Due to the increasing problems of capacity shortage of electricity in large cities in Sweden, solutions on the demand side of the electric power grid have become increasingly interesting. Demand side flexibility is a voluntary change of demanded electricity from the grid due to some kind of incentive, which can help support balancing the electric power grid to avoid capacity shortages. Furthermore, the energy transition towards a decentralised power system with an increasing share of variable renewable energy requires a changed demand profile. In this research, a qualitative research methodology was applied. Eleven semi-structured interviews were conducted with case companies within the industry and property company segment. Interviews were also conducted with three actors on the electric power market providing services to aggregate the potential of smaller flexibility resources, as well as with an expert from the Swedish Energy Market Inspectorate. A State of the Art review was completed in order to collect theory and draft previously identified aspects of demand side flexibility. The result shows that the concept is not unknown amongst electricity customers. However, there is a limited knowledge and interest in enabling demand side flexibility. The knowledge gap includes the awareness of potential flexibility resources as well as business opportunities of providing flexibility services. Conflicting priorities within organisations also presents an important barrier, where other easier and more profitable measures may be prioritised. There is also a fear of disrupting core business by causing loss of quality, comfort or production, which proposes a barrier. To overcome mentioned barriers and increase flexibility the financial benefits have to be distinctive and clear. Further, case companies express an ambition of contribution to the environment and sustainable development. By increasing the awareness of the benefits which increased flexibility induces, electricity consumers can become more motivated in adapting a flexible consumption. In addition, case companies express a desire of being early adopters in order to prevent future forced participation or termination of business. In order to enable demand side flexibility the knowledge and interest of the concept must increase. This should be done by providing clear, comprehensible information about the business opportunities of demand side flexibility as well as showcasing successful examples of implementation. Furthermore, it should include suggestions of easy, economical measures different grid customers could carry out to increase their flexibility. By providing this information the interest in flexibility can increase, thus increase the implementation and participation.

I Sverige står hushållen för en stor del av den slutliga elanvändningen och deras konsumtionsmönster bidrar till att skapa höga förbrukningstoppar, särskilt under vintermånaderna när elbehovet är som störst. Om hushållen kunde tänka sig att vara mer flexibla i när de använder el skulle förbrukningstoppar kunna dämpas avsevärt och balansen mellan elproduktion och elanvändning bli lättare att upprätthålla. Idag utnyttjas inte efterfrågeflexibilitet i någon större utsträckning, förutom den från vissa elintensiva industrier. Den flexibla kapacitet enskilda hushåll skulle kunna bidra med är naturligtvis lägre än hos industrier, men sammanslaget skulle hushållskunders flexibilitet kunna ge en substantiell inverkan på elsystemet. Vid låga utetemperaturer finns det en uppskattad potential att genomföra effektjusteringar om cirka 1 400 – 3 100 MW om värmelasten hos drygt hälften av samtliga eluppvärmda hus i Sverige omdisponeras till andra tidpunkter, och ytterligare några hundra MW om drygt hälften av samtliga hushåll i Sverige vore flexibla i när de använder hushållsel. Enligt en studie av Broberg m.fl. (2016) skulle drygt hälften av hushållen i Sverige kunna tänka sig att vara flexibla, beroende på vad flexibel innebär. Hushåll som använder el för uppvärmning kan vara flexibla genom att tillfälligt öka eller minska inomhustemperaturen, eller om de använder el i kombination med något annat uppvärmningssätt – genom att byta energikälla. Justeringen kan även ske automatiskt om uppvärmningssystemet är utrustat med central styrutrustning. Om ett stort antal kunders flexibla laster samlas ihop av en marknadsaktör skulle den totala flexibla lasten kunna säljas som kapacitet på grossistmarknaden för el eller erbjudas som upp- eller nedregleringsbud på reglermarknaden. Studien av Broberg m.fl. (2014) har även analyserat hur stor ekonomisk kompensation hushåll vill ha i utbyte mot att vara flexibla. Sett till den flexibla kapacitet hushållskunders efterfrågeflexibilitet bedöms motsvara, cirka 1 400 – 3 100 MW, är kompensationskraven legitimerade, åtminstone om den flexibla kapaciteten erbjuds på någon marknadsplats för elhandel. Styrtjänster som innebär att elanvändningen automatiskt optimeras efter elpriset kan dock vara dyra idag, vilket innebär att det främst tros vara hushåll med hög elförbrukning som utnyttjar dem och de bör därför subventioneras. En annan form av flexibilitet är att anpassa elanvändningen efter det timvarierande elhandelspriset. Den enda förutsättningen för att konsumenten ska tjäna på en sådan anpassning är att elförbrukningen mäts och debiteras på timbasis, vilket är fallet för de relativt få kunder som har valt att teckna timprisavtal. På grund av att konsumentpriset på el inte varierar särskilt mycket saknas incitament för att kunder ska vilja anpassa sin användning efter priset. Det behövs därför en mer effektiv prissättning som exempelvis förstärker volatiliteten eller gör det dyrare eller billigare att använda el vid vissa tidpunkter. / In Sweden, residential consumers account for a large share of the final electricity consumption. Their consumption patterns pose great impact on the network power peaks, especially during the winter. If residential consumers were more flexible in their consumption, peaks would be alleviated considerably and the balance between electricity supply and demand would more easily be maintained. Today, demand side flexibility is not utilized to any greater extent, except the one from energy intensive industries. De flexible capacity a single household could contribute with is of course less than within industries, but if flexible capacity from a large number of households were bundled up it would provide a considerable impact on the electricity system. At low outdoor temperatures there is an estimated potential to reach power adjustments in the size of 1 400 – 3 100 MW if the heat load in just over half of the electric heated houses in Sweden were displaced, and a few hundred more if residential consumers were flexible in their consumption of domestic electricity. According to a study by Broberg et al (2016) approximately half the population would consider to be flexible in their electricity consumption under the right circumstances. Households that use electricity for heating can be flexible through temporarily adjust the indoor temperature, or – if they heat their homes with electricity in combination with another heat source – by switching heat source. The adjustment can also be automatic if the heating system is equipped with a central control unit. If flexible capacity from a large number of households is bundled up into grid worthy demand response by a market actor, the capacity could be offered as bids on organized electricity markets. The study by Broberg et al (2014) also analysed how much compensation households require in exchange for being flexible. The compensation levels are justified with regard to the flexible capacity that can be gathered form households, 1 400 – 3 100 MW, at least as long as the capacity is sold in an organized electricity market. Services for automatic control of heating systems, where the power output is optimized after the varying electricity price, can be expensive today, which indicates that mainly households with a high electricity consumption utilize them today. Hence, they need to be subsidized. Demand side flexibility can also be to manually change consumption patterns in response to price signals. The only precondition is that the electricity consumption is measured and billed on an hourly basis, which is the case for the relatively few consumers with hourly rate agreements. The volatility of the electricity price is however subdued due to the large share of fixed surcharges, which means there is lack of incentive for consumers to adapt their consumption in response to price variations. Hence, the volatility needs to be amplified through efficient pricing.

Aggregators targeting smaller customers, and their possibility to alleviate grid congestions through local flexibility markets, is a new concept in Sweden. The study’s purpose consisted of four main objectives. Investigate SthlmFlex and compare it to two other European flexibility markets. Explore the institutional, technical, financial and social considerations of an aggregator in Sweden. Identify barriers for the aggregators considerations as well as market barriers for SthlmFlex. Lastly, estimate the potential of aggregated demand side flexibility from heat pumps and electric vehicles in single-family houses to alleviate grid congestions in Stockholm 2021-2030. The study mainly followed an exploratory research approach where literature review was combined with interviews. A quantitative approach was applied for the estimation of the potential. SthlmFlex is an open market that offers trade of flexibility services as well as temporary subscriptions that allows Ellevio and Vattenfall to manage grid congestions through different solutions. The most noticeable difference in the comparison of markets was that SthlmFlex did not offer an integrated rebalancing mechanism. New Swedish regulations that will enable independent aggregation will be enforced in the beginning of 2022 and will facilitate the operation and acquisition of customers for aggregators. The aggregator requires a technical setup of both hardware and software to gain control of the technology and active the flexibility service. The business model is centred on sales of the technical system, which enables implicit and explicit services. Explicit services constitute a small part of the total revenue stream which is due to the low prices offered on flexibility markets. The aggregator has to consider the customers’ view on demand side flexibility and their competence within the electricity system. The study concluded that there is enough demand side flexibility potential in single-family houses to alleviate grid congestions in Stockholm from 2021-2030. However, several barriers were identified that limits the realization of this potential and the development of aggregators in Sweden. These include barriers related to balance responsibility, measurements and low revenue streams. Barriers in terms of market design and market approach were also identified specifically for SthlmFlex. / Aggregatorer som riktar sig mot mindre kunder, samt deras möjligheter att bidra till att minska flaskhalsarna i elnätet, är ett nytt koncept i Sverige. Studiens syfte bestod av fyra huvudmål. Utforska SthlmFlex och jämföra den med två andra europeiska flexibilitetsmarknader. Undersöka de institutionella, tekniska, finansiella och sociala övervägandena för en aggregator i Sverige. Identifiera barriärer för aggregatorns överväganden samt marknadsbarriärer för SthlmFlex. Slutligen, uppskatta potentialen av aggregerad efterfrågeflexibilitet från värmepumpar och elbilar i småhus för att underlätta flaskhalsar i elnätet i Stockholm från 2021–2030. Studien följde en utforskande ansats där litteraturstudier kombinerades med intervjuer. En kvantitativ metod användes för att uppskatta potentialen.SthlmFlex är en öppen marknad som erbjuder handel av flexibilitetstjänster samt tillfälliga abonnemang som tillåter Ellevio och Vattenfall hantera flaskhalsar i elnätet genom olika lösningar. Den mest noterbara skillnaden i jämförelsen av marknader var att SthlmFlex inte erbjöd en integrerad åter balanserande mekanism. Nya svenska regler som möjliggör oberoende aggregering träder i kraft i början av 2022 och kommer underlätta driften och införskaffning av kunder för aggregatorn. Aggregatorn kräver en teknisk struktur som med både hårdvara och mjukvara för att få kontroll av teknologin och aktivera flexibilitetstjänster. Affärsmodellen kretsar kring försäljning av det tekniska systemet som möjliggör tjänster som implicit, explicit och övriga. Explicita tjänster utgör en väldigt liten del av den totala intäktsmodellen, bland annat på grund av de låga priserna som erbjuds på flexibilitetsmarknader. Aggregatorn måste ta hänsyn till kundernas inställning till efterfrågeflexibilitet samt deras kompetens inom elsystemet. Studiens slutsats visar att den potentiella efterfrågeflexibiliteten hos småhus är tillräcklig för att underlätta flaskhalsar i elsystemet i Stockholm från 2021–2030. Flera barriärer identifierades som begränsar realisationen av denna potential och utvecklingen av aggregatorer i Sverige. Dessa inkluderade barriärer relaterade till balansansvar, mätning och låga inkomstströmmar. Barriärer i form av marknadsdesign och syfte med marknad identifierades även för SthlmFlex.