CHP-voimalaitoksen tuotannon optimointi sähkön spot-hinnan mukaan
Lepola, Julius (2024)
Diplomityö
2024
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024041015940
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024041015940
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tarkoitus on tutkia lämmön ja sähkön yhteistuotantovoimalaitosten sähköntuotannon optimointia Nord Pool:n sähköpörssin spot-hinnan mukaan. Nykyisellä ajotavalla yhteistuotantolaitosten sähköntuotanto seuraa vahvasti kaukolämmön tuotantoa ja ulkolämpötilaa. Tässä työssä tutkitaan spot-hinnan optimoinnin taloudellista kannattavuutta ja teknisiä haasteita verrattuna vanhaan ajotapaan. Työ tehdään Nevel Oy:lle ja tutkittavina kohteina ovat yhtiön omistamat Forssan Kiimassuon ja Lieksan Kevätniemen voimalaitokset.
Tässä työssä selvitetään Forssan ja Lieksan voimalaitosten sähköntuotannon kustannusrajahintoja erilaisilla menetelmillä. Kustannusrajahinnat selvitettiin voimalaitosten omille sähkön tuotantoa säätäville prosesseille, ja ne asetettiin ajojärjestykseen voimalaitoksen toimivuuden ja taloudellisten etujen mukaisesti. Rajahinnat selvitettiin kaukolämpöakulle, reduktioajolle, savukaasupesurille, apujäähdytykselle ja kevyelle polttoöljylle.
Työn rajahintalaskuilla, pyritään rakentamaan voimalaitoksille optimoidut ajomallit, jotka osaavat muodostaa sähköntuotantoennusteen, rajahintojen ja spot-hinta ennusteen avulla. Sähköntuotantoennusteen avulla optimointiajomalli pyrkii ohjaamaan voimalaitoksia rajoitteiden ja automaation puitteissa optimaaliseen sähköntuotantoon.
Työn tuloksista käy ilmi, että voimalaitosten sähkön tuotantoa on taloudellisesti kannattavaa säätää sähkön spot-hinnan mukaan, eikä vain kaukolämmön tuotannon perusteella. Forssan voimalaitoksen taloudellinen potentiaali on pääosin sähköntuotannon alaspäin säädössä, eli polttoainesäästöissä. Sen vuotuinen taloudellinen etu on noin 55 000 €/MWh/a. Lieksan taloudellinen potentiaali on taas päinvastoin ylöspäin säädössä halvan polttoaineen vuoksi. Sen vuotuinen taloudellinen etu on noin 72 000 €/MWh/a. The purpose of this thesis is to evaluate viability of a combine heat and power plants electricity production that is regulated by the spot-price of electricity, rather than regulated by the district heating production. This thesis is made for Nevel Oy, and it studies Forssa Kiimassuo and Lieksa Kevätniemi power plants, owned by Nevel Oy.
In this thesis, the cost marginal prices are solved for different processes affecting electricity production in Forssa and Lieksa power plants. These cost marginal prices are then put in order by their process functionality and economical merits. The cost marginal prices are solved for district heating storage, reduction valve method, flue gas scrubber, auxiliary condenser, and light fuel oil.
The cost marginal prices are used to build an optimization model that can forecast the spotprice of electricity. Then with the cost marginal prices and electricity price forecast it can make the electricity production forecast. With this information the optimalization model then operates and optimizes the power plants electricity production within the power plants limits and automation.
The results show that the electricity optimization by spot-price is economically viable. It is also noted that the fuel price difference between Forssa and Lieksa power plants, the economic potential is opposite. Forssa power plants economical potential lies in electricity productions down regulation, meaning in fuel savings. And for Lieksa the economic potential is in electricity production up regulation, meaning the electricity sales profits.
Tässä työssä selvitetään Forssan ja Lieksan voimalaitosten sähköntuotannon kustannusrajahintoja erilaisilla menetelmillä. Kustannusrajahinnat selvitettiin voimalaitosten omille sähkön tuotantoa säätäville prosesseille, ja ne asetettiin ajojärjestykseen voimalaitoksen toimivuuden ja taloudellisten etujen mukaisesti. Rajahinnat selvitettiin kaukolämpöakulle, reduktioajolle, savukaasupesurille, apujäähdytykselle ja kevyelle polttoöljylle.
Työn rajahintalaskuilla, pyritään rakentamaan voimalaitoksille optimoidut ajomallit, jotka osaavat muodostaa sähköntuotantoennusteen, rajahintojen ja spot-hinta ennusteen avulla. Sähköntuotantoennusteen avulla optimointiajomalli pyrkii ohjaamaan voimalaitoksia rajoitteiden ja automaation puitteissa optimaaliseen sähköntuotantoon.
Työn tuloksista käy ilmi, että voimalaitosten sähkön tuotantoa on taloudellisesti kannattavaa säätää sähkön spot-hinnan mukaan, eikä vain kaukolämmön tuotannon perusteella. Forssan voimalaitoksen taloudellinen potentiaali on pääosin sähköntuotannon alaspäin säädössä, eli polttoainesäästöissä. Sen vuotuinen taloudellinen etu on noin 55 000 €/MWh/a. Lieksan taloudellinen potentiaali on taas päinvastoin ylöspäin säädössä halvan polttoaineen vuoksi. Sen vuotuinen taloudellinen etu on noin 72 000 €/MWh/a.
In this thesis, the cost marginal prices are solved for different processes affecting electricity production in Forssa and Lieksa power plants. These cost marginal prices are then put in order by their process functionality and economical merits. The cost marginal prices are solved for district heating storage, reduction valve method, flue gas scrubber, auxiliary condenser, and light fuel oil.
The cost marginal prices are used to build an optimization model that can forecast the spotprice of electricity. Then with the cost marginal prices and electricity price forecast it can make the electricity production forecast. With this information the optimalization model then operates and optimizes the power plants electricity production within the power plants limits and automation.
The results show that the electricity optimization by spot-price is economically viable. It is also noted that the fuel price difference between Forssa and Lieksa power plants, the economic potential is opposite. Forssa power plants economical potential lies in electricity productions down regulation, meaning in fuel savings. And for Lieksa the economic potential is in electricity production up regulation, meaning the electricity sales profits.