In the last 10 years, no significant increase in the peak electricity consumption of the region of Stockholm has been observed, despite new customers being connected to the grid. But, as urbanization continues and with electrification being a decisive step of decarbonization pathways, more growth is expected in the future. However, the Swedish Transmission System Operator (TSO), Svenska Kraftnat, can only supply a limited power to Stockholm region. Distribution System Operators (DSOs) such as Vattenfall Eldistribution, which operates two thirds Stockholm region's distribution grid, need to find solutions to satisfy an increasing demand with a limited power supply. In these times, forecasting the worst-case scenarios, i.e., the highest possible loads, becomes a critical question. In Sweden, peak loads are usually triggered by the coldest temperatures, but the recent winters have been mild: this brings uncertainty about a possible underlying temperature adjusted growth that would be masked by relatively warm winters. Answering the question 'What would be the highest loads in 2022 with -20°C in Stockholm region ?' could help Vattenfall Eldistribution estimating the flexibility needed nowadays and designing the future grid with the necessary grid reinforcements. This master thesis uses a data-driven approach based on eleven years of hourly data on the period 2010-2021 to investigate the temperature sensitivity of aggregated electricity load in Stockholm region. First, an exploratory analysis aims at quantifying how large the growth has been in the past ten years and at understanding how and when peak loads occur. The insights obtained help design two innovative regression techniques that investigate the evolution of the loads across years and provide first estimates of peak loads. Then, a Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average with eXogenous regressors (SARIMAX) process is used to model a full winter of load as a function of temperatures. This third method provides new and more reliable estimates of peak loads in 2022 at e.g. -20°C. Eventually, the SARIMAX estimates are kept and a synthesis of the global outlooks of the three methods and possible extensions of the SARIMAX method is presented in a final section. The results conclude on a significant increase in the load levels in southern Stockholm ('Stockholm Sodra') between 2010 and 2015 and stable evolution onwards, while the electric consumption in Northern Stockholm remained stable during the period 2010-2021. During a very cold winter, the electricity demand is expected to exceed the subscription levels during about 300h in Stockholm Sodra and 200h in Stockholm Norra. However, this will be a rare occurrence, which suggests that short-term solutions could be privileged rather than costly grid extension work. Many questions arise, and the capability of local heat & power production and electricity prices signals to regulate today's demand are yet to investigate. Additional work exploring future demand scenarios at a smaller scale could also be contemplated. / Under den senaste årtionden har Stockholms toppkonsumtion av el inte ökat markant trots nya elkunder som ansluter till elnätet. Med en snabb urbanisering, är ökad elektrifiering en huvudlösning för att uppnå ett fossilfritt samhälle och denna trend förväntas fortsätta under kommande årtionden. Samtidigt börjar den svenska transmissionsnätoperatören (TSO) Svenska kraftnät få problem med att leverera elkraft till Stockholmsregionen, på grund av en begränsad överföringskapacitet. Därför måste lokala eldistributörer (DSO), liksom Vattenfall Eldistribution, som är Sveriges största DSO med systemansvar för distributionssystem, undersöka nya lösningar för att uppfylla den ökande efterfrågan på el. Det blir dessutom mycket viktigt att identifiera de värsta tänkbara scenario, som att göra prognos av högsta möjliga elförbrukning. Stockholm konsumerar exempelvis mest el när det är som kallast – men de senaste vintrarna har varit milda jämfört med till exempel vintrarna 2010 – 2011 eller 2012 – 2013 då temperaturer i Stockholmsregion mättes till under -20°C grader för flera dagar i sträck. Detta resulterar i en relevant frågeställning: ” Vad skulle Stockholms elkonsumtion vid -20°C bli 2021 eller 2022?”. Att kvantitativt kunna besvara denna fråga skulle hjälpa Vattenfall med att designa framtidens elnät samt se till att det finns rätt mängd flexibilitet i reserv i nuvarande Stockholm Flex elmarknad. Detta examensarbete utgår från att kvantitativt analysera denna frågeställning. Utgångsläget är ett datadrivet tillvägagångssätt baserat på tio års tidseriedata för att undersöka temperaturkänsligheten för det aggregerade elbehovet i Stockholmsregionen, och dra slutsatser om dess utveckling genom åren. I första hand, utförs en explorativ analys för att förstå när och hur toppbelastning kan hända. Då hjälper dessa insikter till att utforma två innovativa regressionsmetoder för att undersöka utvecklingen av elförbrukning under det senaste decenniet och uppskatta värdet på toppbelastningen. Därefter används ett säsongmässigt autoregressivt integrerat rörligt genomsnitt med exogena faktorer (SARIMAX) för att modellera en vinter som en funktion av temperaturerna. Denna tredje metod behandlar nya och mer tillförlitliga beräkningar av toppbelastning värden i 2022 på -20°C. Huvudslutsatser från examensarbetet är att elförbrukningen skulle öka i området Stockholm Södra speciellt mellan 2010 och 2015, medan elförbrukningen skulle vara stabil under hela perioden i området Stockholm Norra. Det finns en risk för att under ett antal timmar vid riktigt kall vinter, ha ett elbehov högre än Vattenfall Eldistributions summa av abonnemang. Dock är det väldigt låg sannolikhet att detta händer, vilket innebär att det förmodligen finns andra sätt att hantera denna efterfråga på el än att öka överföringskapaciteten i elnätet. Examensarbetet resulterar i flera frågor. Exempelvis att utreda möjligheter i att utnyttja lokala el och värmekraftverk och använda elprissignaler. Ytterligare arbete kan också undersöka scenarier av den framtida elförbrukning i en mindre skala.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-320161 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Mellon, Magali |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:337 |
Page generated in 0.0035 seconds