Renewable Energy Portfolio Optimization for RFNBO Hydrogen Production
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2024-05-20
Department
Major/Subject
New Energy Technologies
Mcode
SCI3106
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
65+4
Series
Abstract
The European Union has established a legislative framework that defines the type of electricity that can be used for the production of Renewable Fuels of Non-Biological Origin (RFNBO), such as hydrogen. This work presents a method to construct an energy portfolio suitable within this framework, utilizing wind and solar energy, which aligns with the legislative RFNBO requirements and the framework set by long-term Power Purchase Agreements (PPAs). The approach for modeling the production of solar and wind parks within the portfolio utilizing open weather model data is introduced. The thesis simulates 11 years of production data from wind and solar power plants, reflecting the typical duration of PPAs and reducing the impact of annual variations. Additionally, the application of Modern Portfolio Theory (MPT) is investigated to minimize the production volatility of the constructed energy portfolio. The method assigns coefficients to each production asset so that the variance of the optimized portfolio is minimized, ensuring that the production fluctuates minimally around the set average production, such as the capacity of an electrolyzer used in hydrogen production. The results demonstrate that the estimated production data successfully models the production of solar and wind power plants and that the MPT optimization method can be applied to reduce the volatility of energy portfolios. Combined wind and solar portfolios are found to significantly reduce energy production volatility compared to individual technologies or assets, with the method selecting complementary production profiles, for example, through regional distribution.Euroopan union on rakentanut viitekehyksen, jossa määritetään millaista sähköä uusiutuvien ei-biologista alkuperää olevien polttoaineiden (RFNBO), kuten vedyn tuottamiseen voidaan käyttää. Tässä työssä esitellään menetelmä rakentaa viitekehykseen sopiva energiaportfolio hyödyntäen tuulivoimaa ja aurinkoenergiaa, jotka ovat linjassa viitekehyksen lainsäädännöllisten RFNBO-vaatimusten ja pitkäaikaisten sähkönhankintasopimusten (PPA) asettamien puitteiden kanssa. Työssä esitellään lähestymistapa energiaportfolion muodostamiseksi, ja portfolion aurinko-ja tuulipuistojen tuotannon arvioimiselle hyödyntäen avointa säämallidataa. Työssä simuloidaan 11 vuoden ajalta tuulivoimaloiden ja aurinkovoimaloiden tuotantodataa, mikä heijastelee tyypillistä PPA-sopimuksen kestoa sekä vähentää vuosittaisten vaihtelujen vaikutusta työn optimointivaiheessa. Työssä tutkitaan modernin portfolioteorian (MPT) soveltamista muodostettavan energiaportfolion tuotannon volatiliteetin minimoimiseksi. Menetelmällä voidaan asettaa jokaiselle tuotantolaitokselle tuotantoa skaalaavat painokertoimet niin, että optimoidun portfolio varianssi on mahdollisimman pieni eli tuotanto heilahtelee mahdollisimman vähän asetetun keskiarvotuotannon, kuten vedyn tuotantoon käytetyn elektrolyyserin tehon ympärillä. Tulokset osoittavat, että arvioitu tuotantodata onnistuu mallintamaan aurinko-ja tuulivoimaloiden tuotantoa näennäisen luotettavasti, ja että MPT-optimointimenetelmää voidaan soveltaa energiaportfolioiden volatiliteetin vähentämiseen. Tuulivoiman ja aurinkoenergian yhteisporfolioiden havaitaan vähentävän merkittävästi energiantuotannon volatiliteettia verrattuna yksittäsiin tuotantomuotoihin tai tuotantolaitoksiin. Menetelmän perusteella voidaan valita täydentäviä tuotantoprofiileita esimerkiksi alueellisen jakautumisen kautta.Description
Supervisor
Lund, PeterThesis advisor
Kiviluoma, JaakkoKeywords
renewable energy, wind power, solar photovoltaics, renewable hydrogen, modern portfolio theory
