Lämpövarastojen käyttö sähkövoimajärjestelmien joustavuuden parantamisessa

Abstract

Tämän kandidaatintyön aiheena on tutkia lämpövarastojen hyödyntämistä sähkövoimajärjestelmän joustavuudessa. Työ toteutetaan kirjallisuuskatsauksena, sekä muutamana tapaustarkasteluna. Tavoitteena on tutkia erilaisia lämpövarastoja, selvittää miten niitä sekä lämpöpumppuja voidaan hyödyntää energiatuotannon tasaamiseen ja miten niitä voidaan hyödyntää yhteistuotannon joustavuuden parantamisessa.

Lämpövarastot yksinkertaisimmallaan varastoivat energiaa varastointimateriaaliinsa. Lämpövaraston kolme eri tilaa ovat energian lataus varastointimateriaaliin, energian varastoiminen ja sen purkaminen energiajärjestelmän hyötykäyttöön.

Tuntuvat kausittaiset lämpövarastot ovat ja tulevat olemaan eniten hyödynnetty lämpövarastotyyppi. Suurin osa lämpövarastoihin kohdistuvasta nykyisestä tutkimuksesta toteutetaan Pohjoismaissa. Lämpövarastoja voidaan hyödyntää uusiutuvan energiatuotannon sekä yhteistuotannon tukena. Lämpövarastojen todelliset hyödyt tulee tutkia tarkkaan ennen niiden suunnittelua. Lämpöpumpun hyödyntäminen lämpövarastojen ohella todetaan hyödylliseksi. Suomessa lämpövarastojen suurin hyöty saadaan liittämällä ne tuulivoimaan. Tällöin tuulivoiman tuottama energia voidaan hyödyntää tuulettominakin hetkinä.

Topic of this bachelor’s thesis is to explore the benefits of heat storage facilities in improving flexibility of the power system. The work will be carried out as a literature review with a few case studies. The aim of the study is to explore different kinds of heat storage facilities, find out how they and heat pumps can be utilized to balance energy production and how they can be used to enhance the flexibility of combined heat and power plants.

Heat storage facilities in their simplest form store energy in their storage material. The three different modes of the heat storage facility are charging energy to the storage material, storing the energy, and unloading the energy for the utilization of the energy system.

Sensible seasonal heat storage facilities are and will be the most utilized type of heat storages. Most of the research on the heat storage facilities are carried out in the Nordic countries. Heat storage facilities can be utilized to support renewable energy production and co-generation of heat and electricity. The true benefits of heat storage facilities must be studied carefully before they are designed. The utilization of the heat pumps alongside the heat storage facilities is found to be beneficial. In Finland, the greatest benefit of heat storage is obtained by connecting them to wind power production. This way, the energy produced by wind power can be used even during windless periods.