Akkuenergiavarastojen vaikutukset kantaverkon mitoituksessa

Abstract

Suomen nettopäästöjen vähentämiseksi asetetut tavoitteet ovat ajaneet energiajärjestelmän voimakkaaseen murrokseen. Erityisesti maatuulivoiman määrä on ollut viime vuosina voimakkaassa kasvussa, mutta Suomeen on alkanut rakentua myös suuria aurinkovoimalaitoksia. Myös sähkön kulutuksessa on havaittavissa kasvua ja tulevaisuuden ennusteiden toteutuessa, kasvu tulee lähivuosina olemaan merkittävää. Sääolosuhteiden mukaan vaihtelevan sähköntuotannon määrän voimakas lisääntyminen yhdessä kasvavan sähkön kulutuksen kanssa, tuovat mukanaan muun muassa järjestelmän tehotasapainon hallintaan liittyviä haasteita, joihin akkuenergiavarastot tarjoavat osaltaan ratkaisuja.

Akkuenergiavarasto, joka voi yhtenä ajanhetkenä tuottaa ja seuraavana ajanhetkenä kuluttaa mitoitustehonsa verran tehoa, on mitoituksen ja liittymiskapasiteetin määrittämisen kannalta haastava komponentti. Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia akkuenergiavarastojen käyttäytymistä yhdessä sääriippuvaisen sähköntuotannon, sekä sähkökattiloiden kulutuksen kanssa ja hankkia siten lisätietoa verkkosuunnittelun tueksi. Akkuenergiavarastojen toimintaa tutkittiin sähkömarkkinamallinnusten ja historiamittauksien perusteella, sekä mallinnuksiin ja historiamittauksiin perustuvaa dataa yhdistämällä.

Diplomityössä tehtyjen analyysien perusteella, sääriippuvaisen sähköntuotannon huipputuotantohetkillä akkuenergiavarastot tuottavat harvoin tehoa sähköjärjestelmään. Sähkökattiloiden ja akkuenergiavarastojen kulutukset taas osuvat analyysien perusteella selkeästi useammin samoihin ajankohtiin. Diplomityön tuloksena saatiin uutta lisätietoa, mitä voidaan hyödyntää tarkastellessa nykyisiä verkon mitoitusperiaatteita akkuenergiavarastojen osalta.

The targets set for reducing net emissions in Finland have driven the energy system into a significant transformation. Especially, the amount of onshore wind power has grown significantly in recent years, but also large solar power plants have begun to be built in Finland. Electricity consumption is also increasing, and if predictions are accurate, this rise will be significant over the next years. The growing reliance on weather-dependent electricity generation together with rising electricity demand, presents challenges such as maintaining balance between production and consumption. Battery energy storage systems offer partial solutions to these issues.

A battery energy storage system, which can produce its nominal power at one moment and consume the same amount the next, is a challenging component in terms of grid dimensioning and determining connection capacity. The aim of this thesis was to study the behavior of battery energy storage systems together with weather-dependent electricity production, as well as the consumption of electric boilers, and thereby acquire additional information to support grid planning. The operation of battery energy storage systems was examined based on electricity market modeling and historical measurements, and by combining data from modeling and historical measurements.

Based on the analyses made in the thesis, battery energy storage systems rarely supply power to the power system during peak production moments of weather-dependent electricity production. The analyses indicate that electric boilers and battery energy storage systems are consuming energy more often at the same time. The results of this thesis provided new information that can help analyze current grid dimensioning principles for battery energy storage systems.