• Energy Research

Recent development of renewable generation and increasing penetration of electric vehicles have led to large volumes of residential battery storage systems connected at distribution networks. In this paper, we propose a control algorithm for residential batteries that determines optimal day-ahead battery scheduling and operation with the aim to minimize household energy bills and in the context of dynamic Time of Use (ToU) electricity tariffs. The proposed formulation of the optimization problem takes into consideration the battery’s depreciation cost, which is determined by the accurate enumeration of battery cycles, including partial cycling i.e. battery cycles that do not start or end at 100% of State of Charge (SoC). A key advantage of the proposed formulation is that the problem can be solvable by use of linear programming. In addition, we study and compare the benefits of the optimisation-based algorithm with lifespan consideration to a simple heuristic-based battery control scheme and an optimisation-based algorithm without battery lifecycle consideration. Results show that battery lifespan consideration in the optimization algorithm does not necessarily yield to lower prosumer energy bills, when compared to other approaches, but it can lead to a lower depreciation cost of the battery.

Recent development of renewable generation and increasing penetration of electric vehicles have led to large volumes of residential battery storage systems connected at distribution networks. In this paper, we propose a control algorithm for residential batteries that determines optimal day-ahead battery scheduling and operation with the aim to minimize household energy bills and in the context of dynamic Time of Use (ToU) electricity tariffs. The proposed formulation of the optimization problem takes into consideration the battery’s depreciation cost, which is determined by the accurate enumeration of battery cycles, including partial cycling i.e. battery cycles that do not start or end at 100% of State of Charge (SoC). A key advantage of the proposed formulation is that the problem can be solvable by use of linear programming. In addition, we study and compare the benefits of the optimisation-based algorithm with lifespan consideration to a simple heuristic-based battery control scheme and an optimisation-based algorithm without battery lifecycle consideration. Results show that battery lifespan consideration in the optimization algorithm does not necessarily yield to lower prosumer energy bills, when compared to other approaches, but it can lead to a lower depreciation cost of the battery.

Across the globe, electricity sectors have seen a relatively large increase in the number of installations of small renewable energy systems, leading to an interest in the potential role of the prosumer. These prosumers (producers and consumers of electricity) could help drive electricity sector transformation, but at present electricity trading is associated with a lack of control and power held by consumers. Peer-to-peer trading schemes between energy consumers are increasingly being reported in the trade press as a new way to empower consumers, especially since the advent of blockchain, an emergent technology that could facilitate the adoption of such schemes. Research to understand how and why electricity trading occurs has received little attention within literature thus far. In this study we investigated the existing elements of electricity trading. A total of 16 structured interviews with domestic consumers, business consumers, domestic prosumers and business prosumers were undertaken. All interviews identified ease of payment as a key theme for electricity trading (although we note that ease may be in tension with sustainability and greater awareness of energy-related environmental impacts). Consumer interviews also identified lack of engagement with the process of receiving energy, and cost, as key themes. Prosumer interviews identified positive associations with power, and personal and business image, as key themes. Therefore, it is recommended that these factors be incorporated into the user interface of blockchain systems, to potentially increase adoption for peer-to-peer trading.

Across the globe, electricity sectors have seen a relatively large increase in the number of installations of small renewable energy systems, leading to an interest in the potential role of the prosumer. These prosumers (producers and consumers of electricity) could help drive electricity sector transformation, but at present electricity trading is associated with a lack of control and power held by consumers. Peer-to-peer trading schemes between energy consumers are increasingly being reported in the trade press as a new way to empower consumers, especially since the advent of blockchain, an emergent technology that could facilitate the adoption of such schemes. Research to understand how and why electricity trading occurs has received little attention within literature thus far. In this study we investigated the existing elements of electricity trading. A total of 16 structured interviews with domestic consumers, business consumers, domestic prosumers and business prosumers were undertaken. All interviews identified ease of payment as a key theme for electricity trading (although we note that ease may be in tension with sustainability and greater awareness of energy-related environmental impacts). Consumer interviews also identified lack of engagement with the process of receiving energy, and cost, as key themes. Prosumer interviews identified positive associations with power, and personal and business image, as key themes. Therefore, it is recommended that these factors be incorporated into the user interface of blockchain systems, to potentially increase adoption for peer-to-peer trading.

L'autoconsommation entre pairs, communautaire ou collective et les marchés de l'énergie transactifs offrent de nouveaux modèles pour le commerce de l'énergie au niveau local. Au cours des cinq dernières années, il y a eu une croissance significative de la littérature universitaire examinant comment ces marchés énergétiques locaux pourraient fonctionner. Cette revue systématique de la littérature de 139 articles de revues à comité de lecture examine les modèles de marché utilisés dans ces modèles de négociation de l'énergie. Une version modifiée du cadre de modélisation de l'architecture de l'écosystème commercial est utilisée pour extraire des informations sur les modèles de marché de la littérature et pour identifier les différences et les similitudes entre les modèles. Cet article examine comment les marchés de l'énergie par les pairs, l'autoconsommation communautaire et les marchés de l'énergie transactifs sont décrits dans la littérature actuelle. Il explore les similitudes et les différences entre ces marchés en termes de participation, de structure de gouvernance, de topologie et de conception. Ce document systématise les conceptions de marché de l'énergie peer-to-peer, d'autoconsommation communautaire et transactive, en identifiant six archétypes. Enfin, il identifie cinq lacunes dans les données probantes qui nécessitent des recherches futures avant que ces marchés puissent être largement adoptés. Ces lacunes en matière de preuves sont le manque de : prise en compte des contraintes physiques ; une approche holistique de la conception et du fonctionnement du marché ; prise en compte de la manière dont ces conceptions du marché évolueront ; prise en compte de la sécurité de l'information ; et prise en compte de la vie privée des participants au marché. Los mercados energéticos de autoconsumo entre pares, comunitarios o colectivos y transactivos ofrecen nuevos modelos para el comercio de energía a nivel local. En los últimos cinco años, ha habido un crecimiento significativo en la cantidad de literatura académica que examina cómo podrían funcionar estos mercados energéticos locales. Esta revisión sistemática de la literatura de 139 artículos de revistas revisadas por pares examina los diseños de mercado utilizados en estos modelos de trading energético. Se utiliza una versión modificada del marco de Modelado de Arquitectura de Ecosistemas Empresariales para extraer información del modelo de mercado de la literatura e identificar diferencias y similitudes entre los modelos. Este documento examina cómo se describen los mercados de energía transactiva, autoconsumo comunitario y peer-to-peer en la literatura actual. Explora las similitudes y diferencias entre estos mercados en términos de participación, estructura de gobierno, topología y diseño. Este documento sistematiza los diseños de mercado de energía transactivo, de autoconsumo comunitario y peer-to-peer, identificando seis arquetipos. Finalmente, identifica cinco brechas de evidencia que requieren investigación futura antes de que estos mercados puedan ser ampliamente adoptados. Estas brechas de evidencia son la falta de: consideración de las limitaciones físicas; un enfoque holístico para el diseño y operación del mercado; consideración sobre cómo se escalarán estos diseños de mercado; consideración de la seguridad de la información; y, consideración de la privacidad de los participantes del mercado. Peer-to-peer, community or collective self-consumption, and transactive energy markets offer new models for trading energy locally. Over the past five years, there has been significant growth in the amount of academic literature examining how these local energy markets might function. This systematic literature review of 139 peer-reviewed journal articles examines the market designs used in these energy trading models. A modified version of the Business Ecosystem Architecture Modelling framework is used to extract market model information from the literature, and to identify differences and similarities between the models. This paper examines how peer-to-peer, community self-consumption and transactive energy markets are described in current literature. It explores the similarities and differences between these markets in terms of participation, governance structure, topology, and design. This paper systematises peer-to-peer, community self-consumption and transactive energy market designs, identifying six archetypes. Finally, it identifies five evidence gaps which require future research before these markets could be widely adopted. These evidence gaps are the lack of: consideration of physical constraints; a holistic approach to market design and operation; consideration about how these market designs will scale; consideration of information security; and, consideration of market participant privacy. تقدم أسواق الطاقة التفاعلية والاستهلاك الذاتي المجتمعي أو الجماعي من نظير إلى نظير نماذج جديدة لتداول الطاقة محليًا. على مدى السنوات الخمس الماضية، كان هناك نمو كبير في كمية الأدبيات الأكاديمية التي تدرس كيفية عمل أسواق الطاقة المحلية هذه. تفحص مراجعة الأدبيات المنهجية هذه لـ 139 مقالة دورية تمت مراجعتها من قبل الأقران تصاميم السوق المستخدمة في نماذج تداول الطاقة هذه. يتم استخدام نسخة معدلة من إطار نمذجة بنية النظام الإيكولوجي للأعمال لاستخراج معلومات نموذج السوق من الأدبيات، وتحديد الاختلافات وأوجه التشابه بين النماذج. تبحث هذه الورقة في كيفية وصف أسواق الطاقة من نظير إلى نظير والاستهلاك الذاتي للمجتمع وأسواق الطاقة التفاعلية في الأدبيات الحالية. ويستكشف أوجه التشابه والاختلاف بين هذه الأسواق من حيث المشاركة وهيكل الحوكمة والطوبولوجيا والتصميم. تنظم هذه الورقة تصاميم سوق الطاقة من نظير إلى نظير والاستهلاك الذاتي للمجتمع وتصاميم سوق الطاقة التفاعلية، وتحدد ستة نماذج أصلية. وأخيرًا، يحدد التقرير خمس ثغرات في الأدلة تتطلب بحثًا مستقبليًا قبل اعتماد هذه الأسواق على نطاق واسع. تتمثل فجوات الأدلة هذه في الافتقار إلى: النظر في القيود المادية ؛ اتباع نهج شامل لتصميم السوق وتشغيله ؛ النظر في كيفية توسيع نطاق تصاميم السوق هذه ؛ النظر في أمن المعلومات ؛ والنظر في خصوصية المشاركين في السوق.

L'autoconsommation entre pairs, communautaire ou collective et les marchés de l'énergie transactifs offrent de nouveaux modèles pour le commerce de l'énergie au niveau local. Au cours des cinq dernières années, il y a eu une croissance significative de la littérature universitaire examinant comment ces marchés énergétiques locaux pourraient fonctionner. Cette revue systématique de la littérature de 139 articles de revues à comité de lecture examine les modèles de marché utilisés dans ces modèles de négociation de l'énergie. Une version modifiée du cadre de modélisation de l'architecture de l'écosystème commercial est utilisée pour extraire des informations sur les modèles de marché de la littérature et pour identifier les différences et les similitudes entre les modèles. Cet article examine comment les marchés de l'énergie par les pairs, l'autoconsommation communautaire et les marchés de l'énergie transactifs sont décrits dans la littérature actuelle. Il explore les similitudes et les différences entre ces marchés en termes de participation, de structure de gouvernance, de topologie et de conception. Ce document systématise les conceptions de marché de l'énergie peer-to-peer, d'autoconsommation communautaire et transactive, en identifiant six archétypes. Enfin, il identifie cinq lacunes dans les données probantes qui nécessitent des recherches futures avant que ces marchés puissent être largement adoptés. Ces lacunes en matière de preuves sont le manque de : prise en compte des contraintes physiques ; une approche holistique de la conception et du fonctionnement du marché ; prise en compte de la manière dont ces conceptions du marché évolueront ; prise en compte de la sécurité de l'information ; et prise en compte de la vie privée des participants au marché. Los mercados energéticos de autoconsumo entre pares, comunitarios o colectivos y transactivos ofrecen nuevos modelos para el comercio de energía a nivel local. En los últimos cinco años, ha habido un crecimiento significativo en la cantidad de literatura académica que examina cómo podrían funcionar estos mercados energéticos locales. Esta revisión sistemática de la literatura de 139 artículos de revistas revisadas por pares examina los diseños de mercado utilizados en estos modelos de trading energético. Se utiliza una versión modificada del marco de Modelado de Arquitectura de Ecosistemas Empresariales para extraer información del modelo de mercado de la literatura e identificar diferencias y similitudes entre los modelos. Este documento examina cómo se describen los mercados de energía transactiva, autoconsumo comunitario y peer-to-peer en la literatura actual. Explora las similitudes y diferencias entre estos mercados en términos de participación, estructura de gobierno, topología y diseño. Este documento sistematiza los diseños de mercado de energía transactivo, de autoconsumo comunitario y peer-to-peer, identificando seis arquetipos. Finalmente, identifica cinco brechas de evidencia que requieren investigación futura antes de que estos mercados puedan ser ampliamente adoptados. Estas brechas de evidencia son la falta de: consideración de las limitaciones físicas; un enfoque holístico para el diseño y operación del mercado; consideración sobre cómo se escalarán estos diseños de mercado; consideración de la seguridad de la información; y, consideración de la privacidad de los participantes del mercado. Peer-to-peer, community or collective self-consumption, and transactive energy markets offer new models for trading energy locally. Over the past five years, there has been significant growth in the amount of academic literature examining how these local energy markets might function. This systematic literature review of 139 peer-reviewed journal articles examines the market designs used in these energy trading models. A modified version of the Business Ecosystem Architecture Modelling framework is used to extract market model information from the literature, and to identify differences and similarities between the models. This paper examines how peer-to-peer, community self-consumption and transactive energy markets are described in current literature. It explores the similarities and differences between these markets in terms of participation, governance structure, topology, and design. This paper systematises peer-to-peer, community self-consumption and transactive energy market designs, identifying six archetypes. Finally, it identifies five evidence gaps which require future research before these markets could be widely adopted. These evidence gaps are the lack of: consideration of physical constraints; a holistic approach to market design and operation; consideration about how these market designs will scale; consideration of information security; and, consideration of market participant privacy. تقدم أسواق الطاقة التفاعلية والاستهلاك الذاتي المجتمعي أو الجماعي من نظير إلى نظير نماذج جديدة لتداول الطاقة محليًا. على مدى السنوات الخمس الماضية، كان هناك نمو كبير في كمية الأدبيات الأكاديمية التي تدرس كيفية عمل أسواق الطاقة المحلية هذه. تفحص مراجعة الأدبيات المنهجية هذه لـ 139 مقالة دورية تمت مراجعتها من قبل الأقران تصاميم السوق المستخدمة في نماذج تداول الطاقة هذه. يتم استخدام نسخة معدلة من إطار نمذجة بنية النظام الإيكولوجي للأعمال لاستخراج معلومات نموذج السوق من الأدبيات، وتحديد الاختلافات وأوجه التشابه بين النماذج. تبحث هذه الورقة في كيفية وصف أسواق الطاقة من نظير إلى نظير والاستهلاك الذاتي للمجتمع وأسواق الطاقة التفاعلية في الأدبيات الحالية. ويستكشف أوجه التشابه والاختلاف بين هذه الأسواق من حيث المشاركة وهيكل الحوكمة والطوبولوجيا والتصميم. تنظم هذه الورقة تصاميم سوق الطاقة من نظير إلى نظير والاستهلاك الذاتي للمجتمع وتصاميم سوق الطاقة التفاعلية، وتحدد ستة نماذج أصلية. وأخيرًا، يحدد التقرير خمس ثغرات في الأدلة تتطلب بحثًا مستقبليًا قبل اعتماد هذه الأسواق على نطاق واسع. تتمثل فجوات الأدلة هذه في الافتقار إلى: النظر في القيود المادية ؛ اتباع نهج شامل لتصميم السوق وتشغيله ؛ النظر في كيفية توسيع نطاق تصاميم السوق هذه ؛ النظر في أمن المعلومات ؛ والنظر في خصوصية المشاركين في السوق.

Most of western countries have successfully deployed Smart Meters and are now in a phase of exploration to regulate and leverage the use of smart meter data. In France, the Linky smart meter provides data locally to the end-users in close to realtime, whereas it also makes 30 minutes data available to third party servers on the following day, which is inappropriate for operational energy services applications. In this work we detail the design of a full plug and play solution named Linky TIC Reader (LTR) to locally collect data from the French smart meter and make it available to end-users and to third party energy services providers in close to real time. Although many products to read Linky TIC output are already commercialised, they are usually externally supplied, unlike the LTR described in this work. This work aims to democratise access to an interoperable solution to control and automatically limit households' overall consumption at a low cost and for all distribution board configurations. Furthermore, this article describes several potential applications of the data collected by the LTR, such as load management, non-intrusive load monitoring and load forecasting.