Case discussions regarding Markets and Regulation

Poul Erik Morthorst, Lise Skovsgaard & Tara Sabbagh

Systems Analysis Division

WP6 – area of work and approach

1. Area of work• Organisation and framework conditions (Energy markets, certificate markets (green or CO2)

• Incentive regulation (taxes, subsidies…)• Command and control regulation (blending demand in fuels, input limits, limits on emissions, wobbe‐index…)

2. Approach• Reports and papers on welfare economic analysis and evaluations of system and market design…

• Based on case studies in collaboration with other WPs

3. This session, approximately 1 hour• Short presentation of cases (six cases) (10 min)• Group discussions (six groups each with three questions) (20 min)• Group presentations on results, each 3‐5 min (25 min)• Wrap‐up (5 min)

Six Cases

1. Power to Gas• PtG (Power =>H2 =>power or Power =>H2 =>gas grid) • PtBM (power to BioMethane): H2+Biogas  H2+CH4+CO2 CH4+O2

2. LNG• Large scale, commercial LNG• Small scale, BNG

3. (Surplus of) biogas in the distribution grid4. RE gasses, Certificates

• The overall market use of certificates (EU/National)• Green certificates applied together with other tax‐ or support regulation

5. Gas in transport• Land transport (blending demands)• Maritime transport

6. Hybrid heating: Hybrid – electricity driven heat pumps backed by gas boiler

Six Cases – conclusions from WP6 meeting

1. Define your research questions more clearly2. Get an overview of potential market models taking green 

certificates into consideration. 1. DK context2. EU context3. Basically case four is expanded to a green gas business model

3. Formulate initial conclusions to set your path4. Apply on specific cases ‐> ‐> ‐>

→ case‐discussion

Group questions

1. How should this case be investigated within the Future Gas project? With regard to:

• Focus (do you agree with the sub‐cases?)• Timing (any preferred deadline for the case‐study)• Other relevant issues to add to the case?

E.g. green certificates could be investigated with regard to taxes and subsidies in a Danish or a European setting, where discussions regarding the winter package or current Danish tax analysis could influence the optimal timing of the Future Gas analysis

2. Which WP’s should (or could) somehow be involved with the specific case?

3. Case specific question

Groups

Table 1. Power to Gas Table 2. LNG Table 3. Surplus of gas in gridIda Græsted Jensen (DTU-MAN) Negar Sadegh (DTU-MAN) David Pisinger (DTU-MAN)Tejs Laustsen Jensen (Hydrogennet) Lars Dm Ottosen (Eng.Au) Frank Rosager (HMN)Morten Stryg (Danskenergi) Torben Kvist (DGC) Morten Dam Rasmussen (Eng.Au)Kristian Nielsen (DGD) Jesper Bruun (Energinet) Jeppe Bjerg (Energinet)Anders Bavnhøj Hansen (Energinet) Stefanie Buchholz (DTU-MAN) Dadi Sveinbjörnsson (Planenergi)Jean Schweitzer (DGC) Richard Lowes (Exeter University) Howard Levinsky (Dnvgl)Thomas Hwan Jensen (Energinet) Poul Erik Morthorst (DTU-MAN)

Table 4. RE gases ‐ certificates Table 5. Gas in transport Table 6. Hybrid heatingRasmus Bramstoft (DTU-MAN) Frauke Wiese (DTU-MAN) Tara (DTU-MAN)Catherine Mitchell (Exeter University) Tine Lingren (Energinet) Marie Münster (DTU-MAN)Erik Ahlgren (Chalmers) Morten Gyllenborg (NGF) Karsten Hedegaard (Ea)Nico Keyaerts (FSR) Dejene Assefa Hagos (Chalmers) Mette Gamst (Energinet)Julie Frost Szpilman (Energinet) Niels Træholt Franck (Energinet) Hans Ravn (Ramløse)Frank Marcher (ENS) Lise Skovsgaard (DTU-MAN) Mannes Wolters (Delft)Rolf Kunneke (Delft) Ebbe Münster (Planenergi)

Group discussion

20 19

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

18 17 16 15 14 13 12 11

0 -1 -2 -3 -4 -5

Case 1: Power to Gas (PtG)Two sub‐cases

1. Convert to Hydrogen, inject in gas grid or store for electricity production 

2. Upgrade biogas, Power to BioMethane (PtBM)

H2

Storage

Electricitygrid Fuel Cell

Natural gas grid

H2Up‐grading

BiogasDigester

Biogas

Storage

ElectricityFuel Cell

Natural gas grid

H2

CH4 +CO2

Group questions

1. How should this case be investigated within the Future Gas project? With regard to:

• Focus (do you agree with the sub‐cases?)• Timing (any preferred deadline for the case‐study)• Other relevant issues to add to the case?

E.g. green certificates could be investigated with regard to taxes and subsidies in a Danish or a European setting, where discussions regarding the winter package or current Danish tax analysis could influence the optimal timing of the Future Gas analysis

2. Which WP’s should (or could) somehow be involved with the specific case?

3. Case specific question• Which sub‐case is more relevant, local storage of PTBM, H2 as regulation or H2 injection into the grid?

• Which regulatory issues are most important?• Would it be relevant with a feasibility study?

Case 2: LNG and LBG

1. Two or three sub‐cases• Large or semi large scale, commercial LNG• Small scale, LBG

A. Large

B. Semi large

C. Small scale, LBG

Heat

Compression Cooling

LNG‐production

Electricitydemand

LNG Storage

BiogasDigester

US ‐ LNG

Compression Cooling

LNG‐production

Electricitydemand

Electricitydemand

LBG Storage

Heat

Natural gas grid

Natural gas grid

Group questions

1. How should this case be investigated within the Future Gas project? With regard to:

• Focus (do you agree with the sub‐cases?)• Timing (any preferred deadline for the case‐study)• Other relevant issues to add to the case?

E.g. green certificates could be investigated with regard to taxes and subsidies in a Danish or a European setting, where discussions regarding the winter package or current Danish tax analysis could influence the optimal timing of the Future Gas analysis

2. Which WP’s should (or could) somehow be involved with the specific case?

3. Case specific question• Large scale LNG could be with focus on LNG import from US or medium scale LNG production for maritime transport in Denmark, which is more relevant?

• Small scale BNG is thought of as the Samsø case – is this relevant?• What do you consider to be the largest regulatory challenge?

Case 3: Surplus of gas in the distribution grid

• Surplus of gas, due to biogas upgrading• How to secure the right flow and pressure? 

BiogasPlant

BiogasPlant

BiogasPlant

Gas consumer

Group questions

1. How should this case be investigated within the Future Gas project? With regard to:

• Focus (do you agree with the sub‐cases?)• Timing (any preferred deadline for the case‐study)• Other relevant issues to add to the case?

E.g. green certificates could be investigated with regard to taxes and subsidies in a Danish or a European setting, where discussions regarding the winter package or current Danish tax analysis could influence the optimal timing of the Future Gas analysis

2. Which WP’s should (or could) somehow be involved with the specific case?

3. Case specific question• Is this still a relevant challenge to consider?

• If yes: What do you consider to be the largest regulatory challenge?• If no: Are there other cases, that we need to take into consideration, besides the presented?

Case 4: RE gasses, Certificates

• The overall market use of certificates (EU/National)

• Now? and in the future (Winter package)?

• Green certificates applied together with other tax‐ or support regulation• Now DK:

• Future DK and EU? 

DK EUGreen 

certificate“Green“ Value

CO2‐quota

RES target fulfilment

Green certificate

“Green“ Value

CO2‐quota

???

Biogas H2RES‐E 

certificate ?BioMethane Green certificate

Green certificate

BiogasPlant Gas consumer

Support “Green“ Value

CO2‐quota

NG‐tax

Group questions

1. How should this case be investigated within the Future Gas project? With regard to:

• Focus (do you agree with the sub‐cases?)• Timing (any preferred deadline for the case‐study)• Other relevant issues to add to the case?

E.g. green certificates could be investigated with regard to taxes and subsidies in a Danish or a European setting, where discussions regarding the winter package or current Danish tax analysis could influence the optimal timing of the Future Gas analysis

2. Which WP’s should (or could) somehow be involved with the specific case?

3. Case specific question• Which elements are important to include in the analysis regarding overall market use of certificates (EU/National)?

• Would it be relevant with a private economic system analysis, where certificates are combined with other regulation?

• We consider to combine this case, with the blending demand from the transport case• We also consider to combine this case, with the possibility of reducing production support 

and instead support consumption, through e.g. tax reductions

Case 5: Gas in transport

• Land transport (blending demands, particle restrictions)

• Maritime transport (particle restrictions)

LNG Storage

LNG

Ferry

TruckLNG Storage

CNG StorageNatural gas grid

Natural gas grid

Blending demandGreen 

certificateBiogasPlantRED

certified

CO2 ?...

CO2 ?...

Group questions

1. How should this case be investigated within the Future Gas project? With regard to:

• Focus (do you agree with the sub‐cases?)• Timing (any preferred deadline for the case‐study)• Other relevant issues to add to the case?

E.g. green certificates could be investigated with regard to taxes and subsidies in a Danish or a European setting, where discussions regarding the winter package or current Danish tax analysis could influence the optimal timing of the Future Gas analysis

2. Which WP’s should (or could) somehow be involved with the specific case?

3. Case specific question• How would you prefer an investigation? Through a feasibility study, private economic system analysis or….?

• Is maritime transport a relevant case or too specific for the Future Gas project?

Case 6: Gas Electric Heat Pumps (GEHP’s)

• Hybrid heating – electricity driven heat pumps backed by gas boiler

Aggregator

PowerMarket

GasMarket

electricity gas heat

Boiler

Heat Pump

Consumer

1

Boiler

Heat Pump

Consumer

2

Group questions

1. How should this case be investigated within the Future Gas project? With regard to:

• Focus (do you agree with the sub‐cases?)• Timing (any preferred deadline for the case‐study)• Other relevant issues to add to the case?

E.g. green certificates could be investigated with regard to taxes and subsidies in a Danish or a European setting, where discussions regarding the winter package or current Danish tax analysis could influence the optimal timing of the Future Gas analysis

2. Which WP’s should (or could) somehow be involved with the specific case?

3. Case specific question• This will be investigated through feasibility studies during fall, how could it otherwise be attacked?

• Through market analysis (how to integrate it in the market)?• Through tariff structure analysis (how does gas‐ and electricity tariffs affect feasibility)?• Energy systems analysis (how an how much would the system utilise this technology?)

Case: Power to Gas (PtG)Regulatory and market issues

• Regulatory issues• Electricity tax and tariffs

• Variations depending on applications?• PSO

• Surplus heat tax?• Normally yes! Facebook case?....

• Subsidy H2? • Variations depending on applications?

• Access to the gas grid• Grid tariffs• gas quality (max % H2)

• Market issues• Green certificates (for biomethane? For hydrogen)• Hydrogen market? What is the value of hydrogen in the gas grid?

Case: Power to Gas (PtG)Preliminary results

• Plant model• Determining factors in the choice between CHP‐application or biogas upgrading

• PSO and electricity tax• Surplus heat tax• Gas price• Heat demand

• Tara Paper• Comparison with Germany

Case: Power to Gas (PtG)Two sub‐cases

2. Upgrading of biogas, applications• Store H2 locally => produce H2 when electricity prices are low AND consume H2constantly in the upgrading process

• Store biogas locally => produce H2 constantly – unless electricity prices are high, store biogas locally

Up‐grading

BiogasDigester

Biogas

Storage

Electricity

Electrolysis

Natural gas grid

Up‐grading

BiogasDigester

H2

StorageElectricity Electrolysis

Heat

Heat

H2

H2

H2

CH4CH4

Heat

Heat

Natural gas grid