COST-OPTIMISATION MODELLING OF LOCAL LEVEL CROSS-VECTOR FLEXIBILITY IN COUPLED DISTRICT HEATING AND ELECTRICITY NETWORKS: A CASE STUDY OF KUNGSBACKA, SWEDEN
This study presents a local-level cost-optimization analysis of cross-vector flexibility between district heating (DH) and electricity systems in the municipality of Kungsbacka, Sweden. Using a TIMES model, we assess the techno-economic performance of integrated flexibility solutions, including elec...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/571 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1856543200066404352 |
|---|---|
| author | Lysenko, O. Mata , É. Sobha , P. |
| author_facet | Lysenko, O. Mata , É. Sobha , P. |
| author_sort | Lysenko, O. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-01-15T13:34:43Z |
| description | This study presents a local-level cost-optimization analysis of cross-vector flexibility between district heating (DH) and electricity systems in the municipality of Kungsbacka, Sweden. Using a TIMES model, we assess the techno-economic performance of integrated flexibility solutions, including electric boilers, heat pumps, rooftop photovoltaic (PV) panels, storage in electric battery and thermal storage, solar thermal collectors, and smart appliances, under varying electricity and biomass price scenarios. Results show that while the base and implemented configurations remain dominated by biomass-fired generation, the inclusion of electricity-based heating technologies, particularly the electric boiler, enables cost-efficient and low-emission operation during periods of high biomass prices. The analysis also reveals notable differences in system running costs across scenarios, with substantial long-term cost reductions observed only when investment flexibility allows broader adoption of power-to-heat options. The scenarios reveal a long-term transition toward electrified DH, where heat pumps and thermal storage become central to system optimization. Thermal energy storage contributes significantly to peak shaving and load shifting, enabling the system to respond to hourly electricity price variations. Consumer-side resources, including rooftop PV, batteries, and dual-input smart appliances, further enhance local flexibility by increasing self-consumption and shifting energy carriers between electricity and DH. The findings confirm that combining multiple cross-vector flexibility measures can reduce operating costs, enhance renewable integration, and strengthen local energy resilience, supporting a transition toward climate-neutral district energy systems. These results underscore the importance of price-responsive operation and coordinated deployment of flexibility technologies in local-scale decarbonisation pathways. |
| first_indexed | 2026-02-08T07:59:26Z |
| format | Article |
| id | veorgua-article-571 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| language | English |
| last_indexed | 2026-02-08T07:59:26Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | veorgua-article-5712026-01-15T13:34:43Z COST-OPTIMISATION MODELLING OF LOCAL LEVEL CROSS-VECTOR FLEXIBILITY IN COUPLED DISTRICT HEATING AND ELECTRICITY NETWORKS: A CASE STUDY OF KUNGSBACKA, SWEDEN МОДЕЛЮВАННЯ ВАРТІСНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ ЛОКАЛЬНОГО РІВНЯ МІЖСИСТЕМНОЇ ГНУЧКОСТІ У ПОЄДНАНИХ МЕРЕЖАХ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ ТА ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ: КЕЙС СТАДІ МІСТА КУНГСБАКА, ШВЕЦІЯ Lysenko, O. Mata , É. Sobha , P. Cross-vector flexibility, district heating, power-to-heat, TIMES model, energy system optimization, renewable integration, local energy systems; decarbonization. міжсистемна гнучкість; централізоване теплопостачання; power-to-heat; модель TIMES; оптимізація енергосистем; інтеграція відновлюваних джерел; локальні енергосистеми; декарбонізація. This study presents a local-level cost-optimization analysis of cross-vector flexibility between district heating (DH) and electricity systems in the municipality of Kungsbacka, Sweden. Using a TIMES model, we assess the techno-economic performance of integrated flexibility solutions, including electric boilers, heat pumps, rooftop photovoltaic (PV) panels, storage in electric battery and thermal storage, solar thermal collectors, and smart appliances, under varying electricity and biomass price scenarios. Results show that while the base and implemented configurations remain dominated by biomass-fired generation, the inclusion of electricity-based heating technologies, particularly the electric boiler, enables cost-efficient and low-emission operation during periods of high biomass prices. The analysis also reveals notable differences in system running costs across scenarios, with substantial long-term cost reductions observed only when investment flexibility allows broader adoption of power-to-heat options. The scenarios reveal a long-term transition toward electrified DH, where heat pumps and thermal storage become central to system optimization. Thermal energy storage contributes significantly to peak shaving and load shifting, enabling the system to respond to hourly electricity price variations. Consumer-side resources, including rooftop PV, batteries, and dual-input smart appliances, further enhance local flexibility by increasing self-consumption and shifting energy carriers between electricity and DH. The findings confirm that combining multiple cross-vector flexibility measures can reduce operating costs, enhance renewable integration, and strengthen local energy resilience, supporting a transition toward climate-neutral district energy systems. These results underscore the importance of price-responsive operation and coordinated deployment of flexibility technologies in local-scale decarbonisation pathways. У цьому дослідженні представлено аналіз вартісної оптимізації на локальному рівні щодо міжсистемної гнучкості між системами централізованого теплопостачання (ЦТ) та електропостачання в муніципалітеті Кунгсбака (Швеція). За допомогою моделі TIMES оцінено техніко-економічну ефективність інтегрованих рішень гнучкості, включно з електричними котлами, тепловими насосами, даховими фотоелектричними системами, акумуляторами електроенергії, сонячними тепловими колекторами та «розумними» побутовими приладами, в умовах різних сценаріїв цін на електроенергію та біомасу. Результати показують, що хоча базові та впроваджені конфігурації залишаються переважно зосередженими на виробництві енергії на біомасі, залучення технологій опалення на основі електроенергії, зокрема електричного котла забезпечує економічно ефективну та низьковуглецеву роботу системи в періоди високих цін на біомасу. Аналіз також виявляє помітні відмінності в експлуатаційних витратах системи в різних сценаріях, причому істотне довгострокове зниження витрат спостерігається лише в тих випадках, коли гнучкість інвестицій дозволяє ширше застосовувати варіанти перетворення електроенергії на тепло. Сценарії демонструють довгостроковий перехід до електрифікованої системи ЦТ, де теплові насоси та теплові акумулятори стають ключовими елементами оптимізації. Зберігання теплової енергії значно сприяє згладжуванню пікових навантажень і перерозподілу навантажень, дозволяючи системі реагувати на погодинні коливання цін на електроенергію. Ресурси на стороні споживачів, включно з даховими фотоелектричними системами, акумуляторами та смартприладами з подвійним входом, ще більше підвищують місцеву гнучкість за рахунок збільшення власного споживання та перерозподілу енергоносіїв між електроенергією та централізованим теплопостачанням. Отримані результати підтверджують, що поєднання декількох заходів міжсистемної гнучкості може знизити експлуатаційні витрати, підвищити рівень інтеграції відновлюваних джерел енергії та зміцнити локальну енергетичну стійкість, підтримуючи перехід до кліматично нейтральних систем централізованого теплопостачання. Ці результати підкреслюють важливість оперативного реагування на цінові зміни та скоординованого впровадження гнучких технологій у процесах декарбонізації на місцевому рівні. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2025-12-27 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/571 10.36296/1819-8058.2025.4(83).8-17 Возобновляемая энергетика; № 4(83) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 8-17 Відновлювана енергетика; № 4(83) (2025): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 8-17 Vidnovluvana energetika ; No. 4(83) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 8-17 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2025.4(83) en https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/571/482 Copyright (c) 2025 Vidnovluvana energetika |
| spellingShingle | Cross-vector flexibility district heating power-to-heat TIMES model energy system optimization renewable integration local energy systems; decarbonization. Lysenko, O. Mata , É. Sobha , P. COST-OPTIMISATION MODELLING OF LOCAL LEVEL CROSS-VECTOR FLEXIBILITY IN COUPLED DISTRICT HEATING AND ELECTRICITY NETWORKS: A CASE STUDY OF KUNGSBACKA, SWEDEN |
| title | COST-OPTIMISATION MODELLING OF LOCAL LEVEL CROSS-VECTOR FLEXIBILITY IN COUPLED DISTRICT HEATING AND ELECTRICITY NETWORKS: A CASE STUDY OF KUNGSBACKA, SWEDEN |
| title_alt | МОДЕЛЮВАННЯ ВАРТІСНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ ЛОКАЛЬНОГО РІВНЯ МІЖСИСТЕМНОЇ ГНУЧКОСТІ У ПОЄДНАНИХ МЕРЕЖАХ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ ТА ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ: КЕЙС СТАДІ МІСТА КУНГСБАКА, ШВЕЦІЯ |
| title_full | COST-OPTIMISATION MODELLING OF LOCAL LEVEL CROSS-VECTOR FLEXIBILITY IN COUPLED DISTRICT HEATING AND ELECTRICITY NETWORKS: A CASE STUDY OF KUNGSBACKA, SWEDEN |
| title_fullStr | COST-OPTIMISATION MODELLING OF LOCAL LEVEL CROSS-VECTOR FLEXIBILITY IN COUPLED DISTRICT HEATING AND ELECTRICITY NETWORKS: A CASE STUDY OF KUNGSBACKA, SWEDEN |
| title_full_unstemmed | COST-OPTIMISATION MODELLING OF LOCAL LEVEL CROSS-VECTOR FLEXIBILITY IN COUPLED DISTRICT HEATING AND ELECTRICITY NETWORKS: A CASE STUDY OF KUNGSBACKA, SWEDEN |
| title_short | COST-OPTIMISATION MODELLING OF LOCAL LEVEL CROSS-VECTOR FLEXIBILITY IN COUPLED DISTRICT HEATING AND ELECTRICITY NETWORKS: A CASE STUDY OF KUNGSBACKA, SWEDEN |
| title_sort | cost-optimisation modelling of local level cross-vector flexibility in coupled district heating and electricity networks: a case study of kungsbacka, sweden |
| topic | Cross-vector flexibility district heating power-to-heat TIMES model energy system optimization renewable integration local energy systems; decarbonization. |
| topic_facet | Cross-vector flexibility district heating power-to-heat TIMES model energy system optimization renewable integration local energy systems; decarbonization. міжсистемна гнучкість централізоване теплопостачання power-to-heat модель TIMES оптимізація енергосистем інтеграція відновлюваних джерел локальні енергосистеми декарбонізація. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/571 |
| work_keys_str_mv | AT lysenkoo costoptimisationmodellingoflocallevelcrossvectorflexibilityincoupleddistrictheatingandelectricitynetworksacasestudyofkungsbackasweden AT matae costoptimisationmodellingoflocallevelcrossvectorflexibilityincoupleddistrictheatingandelectricitynetworksacasestudyofkungsbackasweden AT sobhap costoptimisationmodellingoflocallevelcrossvectorflexibilityincoupleddistrictheatingandelectricitynetworksacasestudyofkungsbackasweden AT lysenkoo modelûvannâvartísnoíoptimízacíílokalʹnogorívnâmížsistemnoígnučkostíupoêdnanihmerežahcentralízovanogoteplopostačannâtaelektropostačannâkejsstadímístakungsbakašvecíâ AT matae modelûvannâvartísnoíoptimízacíílokalʹnogorívnâmížsistemnoígnučkostíupoêdnanihmerežahcentralízovanogoteplopostačannâtaelektropostačannâkejsstadímístakungsbakašvecíâ AT sobhap modelûvannâvartísnoíoptimízacíílokalʹnogorívnâmížsistemnoígnučkostíupoêdnanihmerežahcentralízovanogoteplopostačannâtaelektropostačannâkejsstadímístakungsbakašvecíâ |