Exploring Energy Flexibility in Renewable Energy Communities

Abstract

To avoid the worst effects of climate change, there must be a paradigm shift in the way energy is converted, transported, distributed, and consumed. More specifically, there should be a change from the current state, where supply always follows demand, to a new state, where demand is also adjusted instantly to the supply level. In this context, energy flexibility repre- sents an important tool to adapt consumption to the different generation conditions, assuming particular interest in the integration of distributed energy generation systems, based on re- newable sources, in an energy transition towards sustainability. In addition, energy flexibility will be fundamental in solving the challenges imposed by the increasing electrification of so- ciety's processes (e.g., introduction of electric vehicles), which highlights the additional bur- den imposed on energy systems, and the joint effort of society to mitigate changes with the limitation of greenhouse gas emissions. In this context, the contribution of this Doctoral thesis is threefold: firstly, based on a literature review on demand energy flexibility, a novel characterization of the energy flexibil- ity potential of event-based devices is proposed, considering the Portuguese legislation on the operation of renewable energy communities. The second contribution of this study is to pro- pose a new framework to support the management of renewable energy communities, namely the energy sharing process. Lastly, the energy flexibility potential of selected event-based de- vices is explored in a case study to increase the benefits of energy consumers and prosumers and to assess the impact of energy flexibility on energy sharing strategies in renewable energy communities.

Para evitar os piores efeitos das alterações climáticas, deve haver uma mudança de paradigma na forma como a energia é convertida, transportada, distribuída e consumida. Mais especificamente, deve haver uma mudança do estado atual, onde a oferta de energia segue sempre a procura, para um novo estado, onde a procura também se ajusta instantaneamente ao nível da oferta. Neste contexto, a flexibilidade energética representa uma ferramenta importante para adaptar o consumo às diferentes condições de geração de energia, assumindo particular interesse na integração de sistemas de geração de energia distribuída, baseados em fontes renováveis, numa transição energética para a uso mais sustentável de energia. Além disso, a flexibilidade energética será fundamental na resolução dos desafios impostos pela crescente eletrificação dos processos da sociedade (por exemplo, a introdução de veículos elétricos), o que impõe um fardo adicional às redes de energia, e o esforço conjunto da sociedade para limitar as emissões de gases com efeito de estufa. Neste contexto, são três as contribuições desta tese de doutoramento: em primeiro lugar, com base numa revisão da literatura sobre a flexibilidade energética ao lado da procura, propõe-se uma nova caracterização do potencial de flexibilidade energética de dispositivos elétricos baseados em eventos, considerando a legislação portuguesa sobre o funcionamento de dispositivos de armazenamento. A segunda contribuição deste estudo é propor novas estruturas para a gestão de comunidades de energia renovável, nomeadamente o processo de partilha de energia. Por fim, o potencial de flexibilidade energética de dispositivos selecionados com base em eventos, modelados como dispositivos de armazenamento virtual, será aplicado num contexto de comunidade de energia renovável para aumentar os benefícios desta associação de consumidores e prosumidores de energia, e para avaliar o impacto da flexibilidade energética em estratégias de partilha de energia nas referidas comunidades.