aalto1 untyped-item.component.html
Användning av elpannor vid utvecklingen av fjärrvärmeproduktionen i Raseborg
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
ELEC3848
Degree programme
Language
sv
Pages
68+8
Series
Abstract
Fjärrvärme spelar en nyckelroll vid övergången till fossilfri energiproduktion. Sektorsintegration mellan kraft- och värmesektorn förväntas kunna minska obalansen i produktion och konsumtion som uppstår med ökade andelar varierande förnybara energikällor i kraftnäten. För fjärrvärmebolagen kan det erbjuda ett sätt att producera förbränningsfri och förmånlig värme. Biomassa utgör i dagens läge en stor andel av det förnybara bränslet för värmeproduktionen i Finland och har under senare tid visat en tydlig prisstegring som driver upp produktionspriset för värme. Denna prisstegring skapar incitament för investeringar i alternativa produktionsteknologier.
I detta diplomarbete studeras en elpanna som förbränningsfri produktionsteknologi för fjärrvärme vid parallelldrift med biomassa-fastbränslepannor och ett 35 MWh värmelager. Studien är utförd som en fallstudie i ett existerande fjärrvärmenät i Ekenäs i södra Finland. Driften med en elpanna, opererad på spot-marknaden för el simuleras i en modell uppbyggd i Microsoft Excel. Modellen är löst med såväl heuristik som med linjär programmering (LP) och resultaten jämförs med ett grundscenario som simulerar biomassa-driften i Ekenäs i dagsläge. Lönsamheten för elpannan undersöks i en diskonterad kassaflödeskalkyl för kostnadsminskningen mellan scenariot innefattande en elpanna och grundscenariot. En parameteranalys utförs för att bestämma den optimala storleken för en elpanna och elprisets och biomassans prisinverkan på lönsamheten evalueras.
Studien visar att en elpanna kan användas för att minska kostnaderna för fjärrvärmeproduktion i Ekenäs vid parallelldrift med existerande fastbränslepannor. Optimering av driften kan utföras med såväl heuristik som linjär programmering och det visar sig att trots att heuristiken inte hittar en kostnadsoptimal lösning kan den mycket snabbt ge en bra bild över möjligheterna med en elpanna i parallelldrift med fastbränslepannor. När det gäller optimering av driften för ett värmelager uppvisar linjär programmering som lösningsmodell klara fördelar framom heuristiken som används i denna studie.
District heating (DH) plays a key role in the transition to fossil-free energy production. Sector-coupling of the power- and heating sector is a widely discussed topic for solving issues related to the imbalance in supply and demand because of increasing shares of variable renewable energy sources in the power system. For DH companies, sector-coupling provide means to produce combustion-free and cheap heat. Biomass is currently accounting for a large share of the sustainable fuels in the DH production in Finland. Biomass prices has recently increased drastically, which has led to higher production prices for district heating, that furthermore create incentives for investments in alternative production technologies.
In this thesis, the suitability of an electric boiler (EB) for DH production, in parallel operation with biomass-based production and a 35 MWh heat storage, is studied. The study is carried out as a case study in a mid-sized DH network in the town of Ekenäs in the south of Finland. The EB, operated on the day-ahead electricity market in parallel with the biomass heat-production is simulated in a model built in Microsoft Excel. The model is solved using both a heuristic approach and linear programming (LP) and the results are compared to a scenario simulating the biomass-only DH production in Ekenäs today. The profitability of the system with an electric boiler is evaluated using a discounted cash flow for the cost reduction of the scenario with an EB compared to the base scenario with biomass-only production. The optimal size of an EB is determined through parameter analysis and the impact of the spot-price of electricity and the biomass price is evaluated with a sensitivity analysis.
The case study shows that it is technically possible and economically incentivized to invest in an electric boiler, operated on the day-ahead market for electricity. Moreover, the study shows that operation of the EB, in parallel with biomass heat production, can be time efficiently simulated with heuristics. Although the solution based on heuristics is not a cost-optimal one, it gives direction to the opportunities offered. On the other hand, linear programming is a preferred option compared to the heuristics used in this work when it comes to simulating the cost-optimal operation of a heat storage.