Akustoliityntöjen vaikutus kantaverkon siirtojenhallintaan

Abstract

Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi yhteiskunta on siirtymässä kohti kestävämpää ja puhtaampaa energiantuotantoa uusiutuvien energialähteiden avulla. Suomessa tämä siirtymä on johtanut tilanteeseen, jossa kantaverkon siirtokapasiteetti on paikoin loppumassa erityisesti tuulivoiman voimakkaan kasvun myötä.

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia akustojen liittämisen vaikutuksia siirtojenhallintaan tuulivoimavaltaisille alueilla Suomessa. Erityisesti työssä keskityttiin taajuusohjattuihin reserveihin ja kehitettiin prosessi, jonka avulla voidaan arvioida akustojen vaikutuksia siirtojenhallintaan ja tuottaa tietoa sähköjärjestelmän suunnitteluun ja käyttöön.

Akkujen toiminta mallinnettiin taajuusohjattuna reservinä, ja näistä malleista luotiin tehoprofiilit. Tehoprofiilit yhdistettiin tuulipuistojen tuotantomittauksiin, luoden erilaisia siirtotilanteita. Siirtotilanteista luotiin useita tapauksia, joista tarkasteltiin akustojen aiheuttamia pullonkaulatilanteita ja niiden luonnetta, kuten tehoa ja kestoa.

Tutkimuksen perusteella akustot voivat aiheuttaa merkittäviä pullonkaulatilanteita. Akustojen aiheuttamat pullonkaulatilanteet ovat kestoltaan suurimmaksi osaksi lyhytkestoisia ja huipputehoiltaan merkittäviä. Tulokset osoittavat myös, että akustokapasiteetin kasvattaminen suhteessa tuulivoimakapasiteettiin lisää pullonkaulatilanteiden todennäköisyyttä ja kasvattaa ylitysten määrää sekä nostaa ylityksen huipputehoa. Tulosten pohjalta voidaan todeta, että nykyaikaiseen siirtojenhallintaan tarvitaan uusia menetelmiä akustojen aiheuttamien lyhytkestoisten, mutta tehoiltaan merkittävien ylityksien hallitsemiseksi.

Tämä diplomityö on tuonut esiin tuloksia ja prosessin, joita voidaan hyödyntää sähköjärjestelmän suunnittelussa ja käytössä.

To mitigate climate change, society is transitioning towards more sustainable and cleaner energy production. In Finland, this transition has led to a situation where the transmission capacity has become congested, particularly due to the rapid growth of wind power.

The goal of this master's thesis was to study the effects of integrating battery storage systems on transmission network congestion management in wind power-dominated areas in Finland. The focus was specifically on frequency containment reserves, and a process was developed to evaluate the impacts of battery storage systems on transmission management and to provide information for the planning and operation of the power system.

The operation of the batteries was modeled as frequency containment reserves, and power profiles were created from these models. These power profiles were combined with production measurements from wind farms, creating various transmission scenarios. Multiple cases were generated from these scenarios to examine the congestion situations caused by the batteries and their characteristics, such as peak power and duration.

The results show that battery storage systems can cause significant congestion situations. The congestion situations caused by the batteries are mostly short in duration and significant in peak power. The results also show that increasing battery capacity relative to wind power capacity increases the likelihood of congestion situations, the number of exceedances, and the peak power of the exceedances. Based on the results, it can be concluded that new methods are needed in modern congestion management to handle the short duration but significant power exceedances caused by batteries.

This master's thesis has presented results and a process that can be utilized in the planning and operation of the power system.