Voimalaitoksen joustojen kehittäminen sähkömarkkinan hintavaihtelun hyödyntämiseksi

Abstract

Sääriippuvainen, uusiutuva energiantuotantomuoto vaikuttaa nykyisin merkittävästi pörssisähkön hinnan muodostumisessa, suureksi kasvaneen kapasiteettinsa myötä. Sähköjärjestelmässä sekä kulutuksen että tarjonnan täytyy olla tasapainossa toimiakseen. Sen tasapainottamisessa lämpökuormasta riippuvaisen yhteistuotantolaitoksen sähköntuotanto on ympärivuotisesti haasteellista.

Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia kuormajoustavuusmenetelmiä tutkimuksen kohteena olevan yhteistuotantolaitoksen hyödynnettäväksi. Laajempi kuormajoustavuus mahdollistaa sähkömarkkinahintojen vaihteluun tehokkaamman vastaamisen. Merkittävimmäksi kuormajoustavuutta rajoittavaksi tekijäksi löydettiin kattilalaitoksen tuottaman höyryn lämpötilan lasku. Tutkittaviksi ratkaisukeinoiksi ongelmaan valittiin kattilan osapetiratkaisun sekä kiertokaasun lisäämisen havainnollistamiset. Matalan kuorman haasteisiin työssä mitoitettiin laitokselle oma apujäähdytin sekä selvitettiin sen kustannukset.

Osapetiratkaisun havainnollistamisen perusteella höyryn lämpötilan havaittiin laskevan entisestään, vaikka petilämpötila menetelmässä nousi. Menetelmän muut saavutettavat hyödyt todettiin olevan vähäisiä kyseisen kattilan tapauksessa. Kiertokaasun lisäämisen havaittiin tehostavan höyryn tulistamista alkuperäiseen tilanteeseen verrattuna. Laskennan tuloksia pidettiin suuntaa antavia, jotka todettiin tarvitsevan jatkossa luotettavamman todentamisen. Matalan kuorman haasteisiin mitoitetun apujäähdyttimen lämpöteho todettiin olevan riittävä alasajotoimenpiteiden välttämiseksi. Sähköntuotannon lisäämisen kautta projekti ei laskennassa muodostunut kannattavaksi, vaikka lasketun korottoman takaisinmaksuajan perusteella investointi maksaisi itsensä takaisin 11 vuoden kuluttua. Toisen kattilayksikön muutostyön takia, selvitystyön todettiin kuitenkin olleen tärkeä toteuttaa.

Weather dependent renewable energy production has nowadays a significant role in the formation of exchange electricity price due to its increased capacity. Electrical system’s power consumption and supply must be in balance to function, for which heat load dependent co-generation plant’s electricity generation is not functional year-round.

This thesis’ goal is to examine load flexibility methods that a co-generation plant could utilize for electricity market price fluctuations. The main restricting factor of lowering the boiler’s part load operation was found to be the decrease of live steam temperature. Demonstration of partial bed and blowing circulation gas were chosen as the methods as solution, based on the problem. An auxiliary cooler was dimensioned for the challenges of part load operation and the costs of the heat exchanger were discovered.

Live steam temperature was found decreasing in the demonstration of the partial bed, even though the bed temperature increased. The other benefits of the method were found to be little for the particular boiler. Blowing circulation gas method was found increasing super heating temperature, when compared to the reference case. However, indicative results of the method were noted to be verified in the future. The dimensioned auxiliary cooler’s heat output was found to be sufficient for mitigation of the challenges of part load operation. The heat exchanger project was found not profitable for increasing plant’s power output, even though in the calculation of interest-free repayment period, the project was found to pay itself back in 11 years. Nonetheless, it was noted that the investigation was crucial to implement due to coming modification in the power plant’s other boiler unit.