Carbon flow assessment and analysis in European countries: potential benefits of CO2-efficient Demand Response programs in interconnected electricity markets

Abstract

The CO2 emission intensity of electricity use in a country is determined by the combination of generation technologies used to satisfy the demand. In an interconnected electricity network, imports and exports between countries can be a significant contributor to the combination. In this thesis, we employ the Flow Tracing method to assess the carbon flow in the European electricity network based on the information made available by the European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E). The resulting data serves as basis for the employment statistical analysis methods, such as correlation, to ascertain whether a connection between electricity prices, CO2 emission intensity, and electricity trade can be identified. Analysis results imply a correlation between price and emissions and determine that trade has a large impact on a countries emission intensity. Moreover, we present a simple optimal scheduling problem with the goal of minimizing CO2 emissions caused by a simple daily task in different European countries. The optimisation is able to reduce the caused CO2 emissions by between 5% and 40%, meaning that there is potential for a Demand Response program to lessen the environmental impact of electricity use.

Die CO2 Emissionsintensität der Elektrizitätsnutzung in einem Land wird durch die Kombination der verwendeten Erzeugungstechnologien bestimmt. In verbunden Stromnetzen können Importe und Exporte zwischen den Ländern einen wesentlichen Einfluss auf diese Kombination ausüben. Wir verwenden in dieser Arbeit die Flow-Tracing-Methode, um den Fluss von CO2 im europäischen Stromnetz zu bewerten. Dies basiert auf den Informationen, die vom European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO- E) bereitgestellt werden. Die resultierenden Daten dienen als Grundlage für statistische Analysemethoden, wie zum Beispiel Korrelation, um festzustellen, ob ein Zusammenhang zwischen Strompreisen, CO2 -Emissionsintensität und Elektrizitätshandel identifiziert werden kann. Die Analyseergebnisse implizieren eine Korrelation zwischen Preis und Emissionen. Außerdem zeigen die Daten, dass Elektrizitätshandel einen großen Einfluss auf die Emissionsintensität eines Landes hat. Darüber hinaus präsentieren wir ein einfaches optimales Planungsproblem mit dem Ziel, CO2 -Emissionen zu minimieren, die durch eine einfache tägliche Aufgabe in verschiedenen europäischen Ländern verursacht werden. Die Optimierung ist in der Lage, die verursachten CO2 -Emissionen um zwischen 5% und 40% zu reduzieren, was bedeutet, dass es für ein potenzielles Demand-Response-Programm möglich wäre, die Umweltauswirkungen des Stromverbrauchs zu verringern.