Sähkövaraston hyödyntäminen tuuli- ja aurinkovoimapuistossa
Paasolainen, Ville (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023062157422
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023062157422
Tiivistelmä
Suomen sähköntuotanto on siirtymässä uusiutuviin tuotantomuotoihin. Näistä suurimman osan on ennustettu olevan tuuli- ja aurinkovoimaa. Kyseisten tuotantomuotojen tuotantoprofiili ei ole tasainen ja tuotanto vaihtelee ilmastollisten olosuhteiden mukaisesti. Tämä tuo haasteita sähköverkolle, jossa tuotannon ja kulutuksen on oltava samansuuruisia joka hetki.
Sähkövarastoja on esitetty ratkaisuksi tasaamaan tuotannon vaihteluja. Suomessa sähkövarastoja ovat olleet lähinnä vesivoimalat ja niiden patoaltaissa olevat vesivarannot. Vesivoimaa ei ole Suomeen helppo rakentaa nykyisien lisäksi, joten on löydettävä uusia ratkaisuja. Tässä työssä tutkitaan akkusähkövaraston hyödyntämistä tuuli- ja aurinkovoimapuiston yhteydessä. Tavoitteena oli myös selvittää, kuinka akkusähkövaraston koko voidaan optimoida tietylle tuuli- ja aurinkovoimapuistolle.
Tutkimuksessa simuloitiin akkusähkövaraston osallistumista tasehallintaan, reservimarkkinoille ja energia-arbitraasiin. Simuloinnin helpottamiseksi simuloinnit tehtiin erikseen jokaiselle markkinalle. Tämän lisäksi tutkittiin yhteiskäytöllisiä hyötyjä akkusähkövaraston ja tuuli- ja aurinkovoimapuiston yhdistämisestä. Tutkimuksessa käytettiin Suomessa sijaitsevan tuuli- ja aurinkovoimapuiston ennuste- ja tuotantotietoja.
Saatujen tutkimustuloksien perusteella reservimarkkinat yleisesti olivat akkusähkövarastolle kaikista kannattavimpia. Yksittäin tarkasteltuina tasehallinta ja energia-arbitraasi olivat selkeästi reservimarkkinoita heikompia kannattavuudessa. Muita hyötyjä akkusähkövarasto pystyi tuottamaan mm. kantaverkkomaksujen pienentämisellä. Finnish electricity production is transitioning to renewable energy sources. The majority part of these are forecasted to be wind and solar power. The production profile of these sources is intermittent and is related to the weather conditions. This creates challenges for the electric system, as there needs to be always a balance between production and consumption.
Energy storages have been presented as solution to even out the power fluctuations caused by renewables. In Finland, the main forms of energy storage have been primarily hydroelectric power plants and the water reserves in their reservoirs. The research aims to investigate how battery energy storage can be utilized in conjunction with wind and solar power plant. The study aims to explore how battery energy systems can be employed in the context of wind and solar power plants. The objective is also to determine how the size of the battery can be optimized for specific wind and solar power plant.
The research involved simulation the participation of the battery energy storage in imbalance management, reserve markets and energy arbitrage. To facilitate the simulations, separate simulations were conducted for each market. Additionally, the synergistic benefits if integrating the battery energy storage system with the wind and solar power plant were investigated.
Based on the research, reserve markets were found to be most profitable for the battery energy system. Imbalance management and energy arbitrage were clearly less profitable than the reserve markets. Additional benefits can be achieved, such as reducing transmission network charges.
Sähkövarastoja on esitetty ratkaisuksi tasaamaan tuotannon vaihteluja. Suomessa sähkövarastoja ovat olleet lähinnä vesivoimalat ja niiden patoaltaissa olevat vesivarannot. Vesivoimaa ei ole Suomeen helppo rakentaa nykyisien lisäksi, joten on löydettävä uusia ratkaisuja. Tässä työssä tutkitaan akkusähkövaraston hyödyntämistä tuuli- ja aurinkovoimapuiston yhteydessä. Tavoitteena oli myös selvittää, kuinka akkusähkövaraston koko voidaan optimoida tietylle tuuli- ja aurinkovoimapuistolle.
Tutkimuksessa simuloitiin akkusähkövaraston osallistumista tasehallintaan, reservimarkkinoille ja energia-arbitraasiin. Simuloinnin helpottamiseksi simuloinnit tehtiin erikseen jokaiselle markkinalle. Tämän lisäksi tutkittiin yhteiskäytöllisiä hyötyjä akkusähkövaraston ja tuuli- ja aurinkovoimapuiston yhdistämisestä. Tutkimuksessa käytettiin Suomessa sijaitsevan tuuli- ja aurinkovoimapuiston ennuste- ja tuotantotietoja.
Saatujen tutkimustuloksien perusteella reservimarkkinat yleisesti olivat akkusähkövarastolle kaikista kannattavimpia. Yksittäin tarkasteltuina tasehallinta ja energia-arbitraasi olivat selkeästi reservimarkkinoita heikompia kannattavuudessa. Muita hyötyjä akkusähkövarasto pystyi tuottamaan mm. kantaverkkomaksujen pienentämisellä.
Energy storages have been presented as solution to even out the power fluctuations caused by renewables. In Finland, the main forms of energy storage have been primarily hydroelectric power plants and the water reserves in their reservoirs. The research aims to investigate how battery energy storage can be utilized in conjunction with wind and solar power plant. The study aims to explore how battery energy systems can be employed in the context of wind and solar power plants. The objective is also to determine how the size of the battery can be optimized for specific wind and solar power plant.
The research involved simulation the participation of the battery energy storage in imbalance management, reserve markets and energy arbitrage. To facilitate the simulations, separate simulations were conducted for each market. Additionally, the synergistic benefits if integrating the battery energy storage system with the wind and solar power plant were investigated.
Based on the research, reserve markets were found to be most profitable for the battery energy system. Imbalance management and energy arbitrage were clearly less profitable than the reserve markets. Additional benefits can be achieved, such as reducing transmission network charges.