Tampereen Energian kaukolämpöakut ja sähkökattilat : käyttö ja rajoitukset
Järvinen, Tuomas (2025)
Diplomityö
2025
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20251215119637
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20251215119637
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia Tampereen Energialle rakentuneiden sähkökattiloiden ja kaukolämpöakkujen optimaalista käyttöä ja tunnistaa optimaalista käyttöä rajoittavia tekijöitä. Työssä analysoitiin kaukolämpöakkujen lämpövarastointiin liittyviä periaatteita, sähkökattiloiden toimintaa sekä niiden yhteiskäyttöä kaukolämmöntuotannossa.
Työssä tarkasteltiin esimerkkien avulla useita ajomalleja, joissa kaukolämpöakkuja ja sähkökattiloita hyödynnettiin lataamalla kaukolämpöakkuja sähköllä tai biopolttoaineella ja purettiin korvaten kalliimpia tuotantomuotoja. Työssä tarkasteltiin myös sähkökattiloiden kykyä osallistua säätösähkömarkkinoiden mFFR ja aFFR taajuudenpalautusreserveihin ja näiden vaikutusta kaukolämpöverkkoon.
Tulosten perusteella todettiin, että kaukolämpöakkujen ja sähkökattiloiden yhdistelmä tarjoaa merkittävää joustopotentiaalia Tampereen Energian tuotantorakenteeseen. Yhdistelmä mahdollistaa kulloinkin edullisimman energialähteen hyödyntämisen kaukolämpötuotannossa ja joustavan kyvyn vastata mFFR ja aFFR säätömarkkinoihin.
Havaitut rajoitteet liittyivät sähköverkonkuormitettavuuteen ja kaukolämpöverkon siirtokapasiteettiin. Rajoitteiden havaittiin vaikuttavan optimaaliseen ajotapaan vain harvoin ja niiden minimoiminen mahdolliseksi tuotannonsuunnittelun avulla. The objective of this Master’s thesis was to examine the optimal operation of the electric boilers and district heating thermal storage tanks recently constructed for Tampereen Energia, and to identify the factors that limit their optimal use. The study analysed the principles of thermal energy storage in district heating tanks, the operation of electric boilers, and their combined use in district heat production.
Several operational models were examined through examples, in which the thermal storage tanks and electric boilers were charged either with electricity or biofuel-based heat and discharged to replace more expensive production methods. The study also evaluated the ability of the electric boilers to participate in the mFFR and aFFR frequency restoration reserve markets and assessed the impacts of such participation on the district heating network.
The results indicate that the combination of district heating tanks and electric boilers offers substantial flexibility potential for Tampereen Energia’s production system. The combined operation enables the utilisation of the most cost-effective energy source at any given time and provides the capability to respond flexibly to mFFR and aFFR balancing market signals.
The identified limitations were primarily related to the loading capacity of the electricity grid and the transfer capacity of the district heating network. These constraints were found to impact optimal operation only infrequently and could be mitigated through appropriate operational planning.
Työssä tarkasteltiin esimerkkien avulla useita ajomalleja, joissa kaukolämpöakkuja ja sähkökattiloita hyödynnettiin lataamalla kaukolämpöakkuja sähköllä tai biopolttoaineella ja purettiin korvaten kalliimpia tuotantomuotoja. Työssä tarkasteltiin myös sähkökattiloiden kykyä osallistua säätösähkömarkkinoiden mFFR ja aFFR taajuudenpalautusreserveihin ja näiden vaikutusta kaukolämpöverkkoon.
Tulosten perusteella todettiin, että kaukolämpöakkujen ja sähkökattiloiden yhdistelmä tarjoaa merkittävää joustopotentiaalia Tampereen Energian tuotantorakenteeseen. Yhdistelmä mahdollistaa kulloinkin edullisimman energialähteen hyödyntämisen kaukolämpötuotannossa ja joustavan kyvyn vastata mFFR ja aFFR säätömarkkinoihin.
Havaitut rajoitteet liittyivät sähköverkonkuormitettavuuteen ja kaukolämpöverkon siirtokapasiteettiin. Rajoitteiden havaittiin vaikuttavan optimaaliseen ajotapaan vain harvoin ja niiden minimoiminen mahdolliseksi tuotannonsuunnittelun avulla.
Several operational models were examined through examples, in which the thermal storage tanks and electric boilers were charged either with electricity or biofuel-based heat and discharged to replace more expensive production methods. The study also evaluated the ability of the electric boilers to participate in the mFFR and aFFR frequency restoration reserve markets and assessed the impacts of such participation on the district heating network.
The results indicate that the combination of district heating tanks and electric boilers offers substantial flexibility potential for Tampereen Energia’s production system. The combined operation enables the utilisation of the most cost-effective energy source at any given time and provides the capability to respond flexibly to mFFR and aFFR balancing market signals.
The identified limitations were primarily related to the loading capacity of the electricity grid and the transfer capacity of the district heating network. These constraints were found to impact optimal operation only infrequently and could be mitigated through appropriate operational planning.