Hybridivoimalan synergiahyödyt ja -haasteet
Parkkola, Tuomas (2022)
Diplomityö
2022
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022120269271
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022120269271
Tiivistelmä
Tämän diplomityön päätavoitteena on löytää tuuliturbiini-aurinkopaneelihybridivoimalan synergian tuomia hyötyjä ja haasteita. Työ rajattiin maatuulivoimaan ja aurinkopaneelitekniikkaan; akusto jätettiin työn ulkopuolelle. Työ rajoitettiin koskemaan Suomen olosuhteita.
Työssä tehtiin kirjallisuustutkimusta hybridivoimaloista: niiden vahvuuksista ja heikkouksista sekä riskeistä ja mahdollisuuksista. Työssä myös mitoitettiin ja simuloitiin hybridivoimala ja sen yhden vuoden tuntiperusteinen energiatuotanto. Lisäksi työssä esitellään Euroopassa ja muualla maailmassa tuotannossa ja suunnitteilla olevia hybridivoimaloita. Simuloidun hybridivoimalan tuuliturbiinipuiston mitoitus tehtiin Suomen lähivuosien toteutuneiden ja toteutettavien tuulivoimapuistojen keskiarvojen perusteella. Aurinkovoiman osuus mitoitettiin tuulivoiman osuuteen suhteutettuna. Näin yritettiin löytää optimaalinen tehosuhde, jotta hybridivoimalan synergiahyödyt saataisiin täysimääräisinä käyttöön. Simuloitua vuosituotantoa tulkitaan sekä eriteltynä että yhdistettynä tuotantona ja myös vuorokausi- ja viikkotasolla.
Hybridivoimalan vahvuuksia ovat muun muassa toisiaan täydentävät energiatuotantoprofiilit, jaetut kustannusinvestoinnit verrattuna yksittäisiin energiatuotantomuotoihin ja tasaisempi energiatuotanto. Heikkouksina hybridivoimalalla ovat muun muassa rajoitettu toiminnallinen joustavuus, toisen energiatuotantomuodon epäoptimaalisempi sijaintipaikka ja optimaalisen tehosuhteen mitoittamisen hankaluus. Viranomaisten sääntelyn epävarmuus puolestaan voi kääntyä joko hyödyksi tai haitaksi, mutta tällä hetkellä sääntely on nähtävissä hyötynä sekä valtiollisella että Euroopan unionin tasolla. The main goal of this thesis is to find the benefits and challenges brought by the synergy of a wind turbine-solar panel hybrid power plant. The thesis was limited to onshore wind power technology, solar panel technology and to the conditions in Finland.
In the thesis, literature research was conducted on hybrid power plants. The thesis dimensioned and simulated the hybrid power plant and its one year's hourly energy production. The thesis presents hybrid power plants in Europe and elsewhere in the world. The dimensioning of the wind turbine park of the simulated hybrid power plant was made based on the averages of wind power parks in Finland. The power ratio of solar power was measured in proportion to the ratio of wind power. In this way, an attempt was made to find the optimal power ratio in order to fully utilize the synergistic benefits of the hybrid power plant. The simulated annual production is interpreted and also on daily and weekly levels.
The hybrid power plant's strengths include complementary energy production profiles, shares cost investments compared to individual forms of energy production, and more even energy production. The weaknesses of the hybrid power plant include, among other things, limited operational flexibility, the suboptimal location of the second form of energy production, and the difficulty of dimensioning the optimal power ratio. The uncertainty of the authorities' regulation, on the other hand, can turn into either an advantage or a disadvantage, but at the moment the regulation can be seen as an advantage both at the national and European Union level.
Työssä tehtiin kirjallisuustutkimusta hybridivoimaloista: niiden vahvuuksista ja heikkouksista sekä riskeistä ja mahdollisuuksista. Työssä myös mitoitettiin ja simuloitiin hybridivoimala ja sen yhden vuoden tuntiperusteinen energiatuotanto. Lisäksi työssä esitellään Euroopassa ja muualla maailmassa tuotannossa ja suunnitteilla olevia hybridivoimaloita. Simuloidun hybridivoimalan tuuliturbiinipuiston mitoitus tehtiin Suomen lähivuosien toteutuneiden ja toteutettavien tuulivoimapuistojen keskiarvojen perusteella. Aurinkovoiman osuus mitoitettiin tuulivoiman osuuteen suhteutettuna. Näin yritettiin löytää optimaalinen tehosuhde, jotta hybridivoimalan synergiahyödyt saataisiin täysimääräisinä käyttöön. Simuloitua vuosituotantoa tulkitaan sekä eriteltynä että yhdistettynä tuotantona ja myös vuorokausi- ja viikkotasolla.
Hybridivoimalan vahvuuksia ovat muun muassa toisiaan täydentävät energiatuotantoprofiilit, jaetut kustannusinvestoinnit verrattuna yksittäisiin energiatuotantomuotoihin ja tasaisempi energiatuotanto. Heikkouksina hybridivoimalalla ovat muun muassa rajoitettu toiminnallinen joustavuus, toisen energiatuotantomuodon epäoptimaalisempi sijaintipaikka ja optimaalisen tehosuhteen mitoittamisen hankaluus. Viranomaisten sääntelyn epävarmuus puolestaan voi kääntyä joko hyödyksi tai haitaksi, mutta tällä hetkellä sääntely on nähtävissä hyötynä sekä valtiollisella että Euroopan unionin tasolla.
In the thesis, literature research was conducted on hybrid power plants. The thesis dimensioned and simulated the hybrid power plant and its one year's hourly energy production. The thesis presents hybrid power plants in Europe and elsewhere in the world. The dimensioning of the wind turbine park of the simulated hybrid power plant was made based on the averages of wind power parks in Finland. The power ratio of solar power was measured in proportion to the ratio of wind power. In this way, an attempt was made to find the optimal power ratio in order to fully utilize the synergistic benefits of the hybrid power plant. The simulated annual production is interpreted and also on daily and weekly levels.
The hybrid power plant's strengths include complementary energy production profiles, shares cost investments compared to individual forms of energy production, and more even energy production. The weaknesses of the hybrid power plant include, among other things, limited operational flexibility, the suboptimal location of the second form of energy production, and the difficulty of dimensioning the optimal power ratio. The uncertainty of the authorities' regulation, on the other hand, can turn into either an advantage or a disadvantage, but at the moment the regulation can be seen as an advantage both at the national and European Union level.