Tuulivoiman tarvitsemat säätöresurssit ja niiden tekniset toteuttamismahdollisuudet Suomessa

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Faculty of Electronics, Communications and Automation | Master's thesis
Date
2008
Department
Department of Electrical Engineering
Sähkötekniikan laitos
Major/Subject
Sähköverkot ja suurjännitetekniikka
Mcode
S-18
Degree programme
Elektroniikan ja sähkötekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
vi, 78, [3]
Series
Abstract
Tässä työssä tarkastellaan tuulivoiman tarvitsemia tehonsäätöresursseja sekä tuulivoiman tuotantomuutoksia eri aikatasoissa. Työssä esitellään erilaisten tuotanto- ja kuormaresurssien teknisiä säätöominaisuuksia, ja niiden perusteella arvioidaan Suomen säätöresurssien määrää. Lisäksi analysoidaan Suomen säätösähkömarkkinoita. Vesivoiman ja kaasuturbiinien tehonsäätönopeudet ovat vähintään 40 % laitoksen nimellistehosta minuutissa. Hiili- ja turvelauhteella päästään polttoainetehoa säätämällä 5 ja 3 % tehonsäätönopeuksiin minuutissa edellä mainitussa järjestyksessä. Yhdistetyn lämmön ja sähkön tuotannon (CHP) tehonsäätöominaisuuksista ei voida sanoa mitään yleispätevää arvoa. Ydinvoiman painevesireaktoreilla pystytään 1-3 % tai jopa 5-10 % tehonsäätönopeuksiin minuutissa. Näiden lukujen ja Suomen voimalaitoskapasiteetin perusteella Suomen teoreettisen säätökapasiteetin arvioidaan olevan 2100-2200 MW. Vuosien 2005-2007 aikana Suomen noin 100 MW:n tuulivoimakapasiteetin mitatut tunnin keskiarvotehojen vaihtelut kahden peräkkäisen tunnin välillä ovat suurimmillaan olleet 16 % asennetusta kapasiteetista. Vaihteluiden keskihajonta on vastaavasti ollut 2,7 %. Työssä käytetyn laajamittaisen tuulivoimaskenaarion (2000 MW) suurin tuotantovaihtelu on vastaavasti noin 20 % ja keskihajonta 3,4 %. Työssä tutkitaan Suomen säätösähkömarkkinoiden säätötarjousten ja aktivoidun säädön ajallista vaihtelua. Lisäksi tarkastelun kohteena on Suomen säätösähkömarkkinoiden hinnan ajallinen vaihtelu. Viime vuosien aikana säätösähkön hinnassa esiintyvien hintapiikkien määrä on lisääntynyt. Tämä kertoo osaltaan säätösähkön käytön kasvusta tai vastaavasti säätötarjouksien vähentymisestä. Tuulivoiman lisääntymisellä järjestelmässä ei todennäköisesti ole vaikutusta häiriöreservien määrään, mikäli kapasiteetti (2000 MW) on maantieteellisesti hajautunut. Vaikutuksista taajuusohjatun käyttöreservin määrään ei voida nykyisten mittaustietojen valossa vielä antaa tarkkoja vastauksia. Järjestelmän hitaan reservin toimintakunnosta ja säilymisestä verkossa tulee huolehtia. Suomen säätösähkömarkkinoiden riittävyyteen tuulivoiman tuotantomuutoksilla on selvä vaikutus. Energiavarmojen lauhde- ja CHP-tuotannon hyödyntämismahdollisuuksia säätöresursseina tulisikin kehittää vesivoiman energiariippuvuuden takia.

This paper presents different technical possibilities to balance the short term production and consumption of electricity in Finland. Based on different wind measurements in Finland, the amount of wind power variation is calculated for a scenario with 2000 MW wind power in Finland. Additionally, an estimate of the reserves needed for wind power and an analysis of the regulating power market in Finland is made. Hydro power can be regulated by at least 40 % of the capacity in one minute. Condensing power plants fuelled by coal (or peat) can be regulated by 5 % (or 3 %) of their capacity in one minute. The power regulation characteristics in Combined Heat and Power plants (CHP) vary from one plant to another. Therefore no general figures can be given. The one minute power regulation for pressurized water nuclear reactors can be from 1 to 3 % of the capacity. Based on these figures and on the electricity production capacity there is 2100-2200 MW of power reserve capacity in Finland. In this work hourly power variations in wind power production were calculated. The maximum variation from hour to hour is 16 % and the corresponding standard deviation is 2.7 % of the installed capacity. Based on these measurements a scenario with 2000 MW wind power in Finland was made. In this scenario the maximum hourly production variation would be 20 % and the standard deviation 3.4 %. This study also examines the changes in Finland's regulating power market in aggregated regulation bids, volume of regulating power and regulating power price. Both regulation bids and volume of regulating power vary in time. In recent years there have been an increased number of peaks in the regulating power price. If the wind power capacity (2000 MW) is geographically distributed it is unlikely to have an impact on the needs of the disturbance reserves. The influence on the needs of the frequency controlled normal operation reserve can not be specified with the current wind power measurements. Sufficient slow reserve capacity and working order must be ensured. The current capacity available to the Finnish regulating power market can be insufficient at times when changes in the power production increase.
Description
Supervisor
Haarla, Liisa; Prof.
Thesis advisor
Matilainen, Jussi; DI
Keywords
reserve, wind power, power variation, power regulation, reservi, tuulivoima, tehovaihtelu, tehonsäätö
Other note
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/urn:nbn:fi:tkk-012502