Prosumer decision-making in a carbon-neutral society

The rapid increase in installations of rooftop photovoltaic (PV) systems, the growing adoption of electric vehicles (EVs), and the electrification of the heating sector make the residential sector a prime candidate to provide flexibility services to facilitate the sustainable transformation of the energy system. Demand response (DR) is one potential solution with which residential consumers can leverage their flexibility services and support the grid during the time of need. To extract the flexibility from the residential sector, understanding the consumer decision-making process is of utmost importance. The main objective of this doctoral dissertation is to conduct a comprehensive study on residential consumers' decision-making in the context of providing electricity demand flexibility. To achieve this objective, the research undertakes the following tasks: identification of motivators for consumers to enroll in DR across different socioeconomic groups, quantification of consumer willingness to enroll their household loads in DR, investigation of variation in consumer willingness to enroll across diverse groups, mathematical modeling of consumer decision-making to enroll in DR, analysis of the consumer enrollment over time, and provision of a pricing strategy for aggregators to leverage the flexible loads of residential consumers. The methodology adopted in this study is based on several statistical and mathematical models to develop a consumer decision-making model. A survey on consumers' willingness to enroll in DR was developed for the target group of Finnish residential consumers, with the aim of understanding their main motivators for enrollment. Further, based on the survey, also the influence of different motivator preferences was analyzed. An agent-based modeling tool was developed to simulate the residential consumer enrollment. The key findings highlight the various factors influencing consumer decision-making and the distinctive sociodemographic patterns affecting preferences among consumers. The implications of these findings provide practical insights and guidance for DR service providers, policymakers, academic scholars, and others involved in provision of flexibility services, facilitating the design of residential DR programs while maximizing enrollment for widespread adoption.

L’aumento rapido delle installazioni di sistemi fotovoltaici (PV) su tetto, la crescente diffusione dei veicoli elettrici (EV) e l’elettrificazione del settore del riscaldamento rendono il settore residenziale un candidato ideale per fornire servizi di flessibilità e facilitare la trasformazione sostenibile del sistema energetico. La risposta della domanda (Demand Response, DR) rappresenta una potenziale soluzione attraverso cui i consumatori residenziali possono offrire i propri servizi di flessibilità e supportare la rete nei momenti di necessità. Per estrarre la flessibilità dal settore residenziale, è fondamentale comprendere il processo decisionale dei consumatori. L'obiettivo principale di questa tesi di dottorato è condurre uno studio approfondito sul processo decisionale dei consumatori residenziali nel contesto della fornitura di flessibilità nella domanda di elettricità. Per raggiungere questo obiettivo, il progetto ha svolto le seguenti attività: identificazione dei fattori motivazionali che spingono i consumatori ad aderire ai programmi di DR in diversi gruppi socioeconomici, quantificazione della disponibilità dei consumatori a iscrivere i propri carichi domestici ai programmi di DR, analisi della variazione della disponibilità tra gruppi differenti, modellazione matematica del processo decisionale dei consumatori per l’adesione al DR, analisi dell’evoluzione dell’iscrizione nel tempo e sviluppo di una strategia di prezzo per gli aggregatori al fine di sfruttare i carichi flessibili dei consumatori residenziali. La metodologia adottata in questo studio si basa su diversi modelli statistici e matematici per sviluppare un modello di decisione dei consumatori. È stato condotto un sondaggio sulla disponibilità dei consumatori finlandesi a partecipare ai programmi di DR, con l'obiettivo di comprendere i principali fattori motivazionali alla base dell’adesione. Inoltre, sulla base del sondaggio, è stata analizzata anche l'influenza delle diverse preferenze motivazionali. È stato sviluppato un modello basato su agenti per simulare l’iscrizione dei consumatori residenziali ai programmi DR. I risultati principali evidenziano i vari fattori che influenzano il processo decisionale dei consumatori e i distinti schemi sociodemografici che influenzano le preferenze tra i diversi gruppi di utenti. Le implicazioni di questi risultati forniscono indicazioni pratiche e linee guida per i fornitori di servizi di DR, i responsabili politici, la comunità accademica e altri soggetti coinvolti nell’offerta di servizi di flessibilità, facilitando la progettazione di programmi di DR residenziale e massimizzando il tasso di adesione per una diffusione su larga scala.