Teollisen kokoluokan aurinko-, tuuli- sekä hybridivoimatuotannon mitoitusmenetelmä

Abstract

Energia- ja ilmastotavoitteiden saavuttaminen edellyttää puhtaampaa ja edullisempaa energiantuotantoa sekä sen tehokkaampaa hyödyntämistä ja jakelua, mistä johtuen energiajärjestelmä on merkittävien murrosten kohteena. Energiajärjestelmään kohdistuvien muutosten myötä uusiutuvan energian osuus tuotannossa kasvaa sekä tuotannon säätömahdollisuudet heikkenevät.

Tässä diplomityössä syvennytään energiamurroksen aihepiiriin ja tavoitteena on lisätä uusiutuviin energiantuotantomuotoihin liittyvän teknis-taloudellisen mitoittamisen osaamista. Työssä kehitetään teollisen kokoluokan aurinko-, tuuli- sekä hybridivoimatuotannon mitoitusmenetelmä, jonka avulla selvitetään pienimmät tasoitetut energiantuotantokustannukset muodostavat tekniset mitoitusperiaatteet, joita pidetään voimalaitoskokonaisuudelle suositeltavina mitoitusarvoina.

Mitoitusmenetelmän toimintaa sovelletaan case-ympäristössä, missä selvitetään voimalaitosalueelle kannattavimman tuotantokustannuksen muodostava voimalaitoskokonaisuus. Tulosten perusteella Uuteenkaupunkiin sijoittuvalle voimalaitosalueelle on tuotantokustannusten puitteissa kannattavinta rakentaa käytettävissä olevan pinta-alan mukaan tuotantokapasiteetiltaan mahdollisimman suuri tuulivoimalaitos sekä tehontuottokykyyn optimoitu sähkönsiirtoverkko.

Mitoitustuloksia arvioidaan herkkyysanalyysien avulla, joissa todetaan, että tuotantokustannukset voivat muuttua merkittävästi lähtötietojen muuttuessa. Erityisesti pitkät liittymisjohdot sekä investointikustannusten muutokset voivat vaikuttaa kannattavimpaan tuotantomuotoon sekä tuotantokustannusten muodostumiseen kymmeniä prosentteja. Johtopäätöksinä esitetään jatkokehitysaiheita menetelmän hyödyntämiseksi.

Achieving energy and climate targets require cleaner and more affordable energy production and more efficient distribution and utilization of energy. As a consequence, the whole energy system is facing significant changes. Due to energy transition, the share of renewable energy sources is increasing as well as the power production control methods are becoming less adjustable.

In this thesis, the general idea is to familiarize to the theme of energy transition and the main target of this study is to increase techno-economical competence in sizing of renewable energy power plants. A sizing method for industrial scale photovoltaic, wind and hybrid power plants is developed. It is used to find out the recommendable technical sizing principles producing the lowest levelized cost of energy.

The sizing method is applied to a case environment, where the power plant complex formed by the most profitable production cost in the power plant area is investigated. Based on the results, for a power plant area located in Uusikaupunki, it is most profitable to build a wind power plant with the largest possible production capacity according to the surface area and an electricity transmission network optimized for power generation.

The sizing results are evaluated using sensitivity analyses, which state that the production costs can change significantly as the input data changes. Especially long transmission lines and changes in investment costs can affect to the form of the most profitable form of production and to the formation of production costs by tens of percent. As a conclusion, the sizing method and results are evaluated and further development topics for utilizing the method are presented.