Production profile synergies and curtailment assessment for wind and solar power generating facilities in Finland

Abstract

The increasing share of renewable energy in Finland highlights the need to utilize existing electricity grid infrastructure more flexibly and efficiently. The fast growth of wind and solar power generation has already pushed parts of the grid close to their operational limits, while the pace of grid reinforcement has not kept up with the speed of renewable deployment.

The objective of this thesis was to examine over dimensioning in renewable power generating facilities in Finland, focusing on combinations of wind and solar power. Goals were to analyse the implementation of such systems under potential grid limitations, to quantify resulting curtailment, and to explore alternative grid connection models that could enable more flexible integration of renewable energy projects. Thesis combined a literature review with simulation-based analysis using hourly production data from a ten-year period 2014-2023. Capacity factors, seasonal variation, and production peaks were evaluated to determine system compatibility, production synergies, and curtailment effects under hybrid configuration and with the two different connection point.

The results demonstrate that wind and solar power production profiles complement each other seasonally, contributing to smoother overall generation and more stable grid loading. However, despite this complementarity, simultaneous production peaks still occur particularly during sunny and windy spring and autumn periods, requiring curtailment when combined output exceeds available grid capacity. Simulation results show that balancing the capacity ratio between wind and solar plants significantly reduces curtailment, improving utilization of existing infrastructure.

Uusiutuvan energian kasvu Suomessa korostaa tarvetta hyödyntää olemassa olevaa sähköverkkoa entistä joustavammin. Tuuli- ja aurinkovoiman tuotannon nopea kasvu ajaa jo osia verkosta lähelle niiden käyttörajoja. Vaikka uutta siirtokapasiteettia rakennetaan, vahvistusten toteutustahti ei ole riittävä vastaamaan tuotannon kasvunopeutta. Tämä luo tarpeen tarkastella vaihtoehtoisia ratkaisuja, joilla uutta tuotantoa voidaan liittää verkkoon ilman välittömiä suuria investointeja.

Diplomityön tavoitteena on tarkastella ylimitoittamista Suomessa, keskittyen tuuli- ja aurinkovoiman yhdistelmiin. Työn tavoitteina on analysoida tällaisten järjestelmien toteutusta mahdollisten verkkorajoitteiden puitteissa, määrittää niistä aiheutuva tuotannon rajoitus sekä tutkia vaihtoehtoisia verkkoliityntämalleja, jotka mahdollistaisivat uusiutuvan energian hankkeiden joustavamman verkkoon liittämisen. Työssä yhdistettiin kirjallisuuskatsaus ja simulointipohjainen analyysi, jossa hyödynnettiin tuntikohtaista tuotantodataa kymmenen vuoden ajalta 2014–2023. Kapasiteettikertoimia, vuodenaikaisvaihtelua ja tuotantohuippuja arvioitiin järjestelmäyhteensopivuuden, tuotantosynergioiden ja tuotannon rajoituksen vaikutusten selvittämiseksi hybridikonfiguraatiossa ja kahdessa eri liityntäpistevaihtoehdossa.

Tulokset osoittavat, että tuuli- ja aurinkovoiman tuotantoprofiilit täydentävät toisiaan vuodenaikojen mukaan, mikä edistää sähköverkon vakaampaa kuormitusta. Tästä täydentävyydestä huolimatta samanaikaisia tuotantohuippuja silti esiintyy, erityisesti aurinkoisina ja tuulisina kevät- ja syyspäivinä. Tällöin tuotantoa joudutaan rajoittamaan, jos yhdistetty teho ylittää sähköverkon käytettävissä olevan kapasiteetin.