Regional flexibility demand in the Finnish power system
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2021-08-23
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
85
Series
Abstract
The increase of variable renewable generation and changes in electricity consumption in Finland are expected to cause major changes in the transmission system. Among these challenges are regional congestion management and ensuring regional operational security. These have traditionally been solved by expanding the grid or in some cases by utilizing redispatching capability of network customers. However, with the speed of changes happening in the system and the regional nature of the challenges occurring, these methods may not be sufficient in the future. Flexibility could offer new ways of solving these challenges in a way that is both efficient and market based. In this thesis the aim is to develop a method for determining regional flexibility demand. This is done through three case studies that each experience challenges in the future with regional congestion management or operational security. Flexibility demand is determined from timeseries data of power flows through grid components. As flexibility demand in many cases is driven by weather dependent factors, a probabilistic approach is taken when analysing flexibility demand. Additionally, uncertainties in the data generation processes and the analysis are recognized. It is shown that with the method developed in this thesis it is possible to determine and visualize flexibility demand. Annual variation in flexibility demand, durations of activations, and total annual values for flexibility demand are among the inspected parameters describing flexibility demand. In all three cases, very different kind of flexibility demand is found in terms of power, frequency of occurrence, and duration, which depends on the drivers behind flexibility demand. As regional flexibility demand has not been examined before with the methods developed in this thesis, multiple ways to improve the process and the reliability of the results are recognized. In the power flow data generation process, assumptions made in market modelling regarding wind and nuclear power and electricity consumption were found to be most significant sources of uncertainty. Additionally, the YALFCM process used in converting market modelling results into the grid model was found to be time consuming when the case involved multiple scenarios and weather years. The process should be developed to better meet the needs of studies such as the one conducted in this thesis.Sääriippuvaisen uusiutuvan sähköntuotannon kasvu ja sähkönkulutuksessa tapahtuvat muutokset tulevat aiheuttamaan isoja muutoksia sähkönsiirtojärjestelmässä enenevissä määrin. Näihin haasteisiin lukeutuvat alueellinen siirtojenhallinta ja alueellisen toimitusvarmuuden varmistaminen. Perinteisesti nämä on ratkaistu laajentamalla sähköverkkoa tai joissain tapauksissa hyödyntämällä verkkoasiakkaiden resurssien säätökykyä. Sähköjärjestelmässä tapahtuvien muutosten nopeuden ja esiintyvien haasteiden alueellisen luonteen takia nämä menetelmät eivät välttämättä kuitenkaan tule riittämään tulevaisuudessa. Jousto tarjoaa mahdollisen uuden tavan ratkaista näitä haasteita. Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää menetelmä alueellisen joustotarpeen määrittämiseen. Tätä lähestytään tapaustutkimuksen kautta, joissa kaikissa on odotettavissa tulevina vuosina haasteita alueellisessa siirtojenhallinnassa tai toimitusvarmuuden varmistamisessa. Joustotarve määritetään aikasarjoista, jotka kuvaavat siirtoja verkkokomponenteissa. Koska joustotarpeen ajurit ovat monessa tapauksessa säästä riippuvia, joustotarpeen analysoinnissa hyödynnetään todennäköisyyspohjaista tarkastelua. Työssä myös tarkastellaan datan luomisprosessissa ilmeneviä epävarmuuksia. Diplomityössä osoitetaan, että työssä kehitetyn menetelmän avulla on mahdollista määrittää ja visualisoida joustotarvetta. Vuodensisäinen joustotarpeen vaihtelu, aktivointien kestot ja vuotuinen joustotarve ovat tarkasteltavien joustotarvetta kuvaavien parametrien joukossa. Jokaisessa kolmesta käsitellystä tapauksessa joustotarve on erilaista tehon, esiintyvyyden ja keston suhteen, mikä johtuu joustotarpeeseen vaikuttavista tekijöistä tapauksissa. Alueellista joustotarvetta ei ole määritetty aikaisemmin työssä kehitetyllä menetelmällä, minkä takia työssä tunnistetaan monia kehityskohteita, jotka tehostaisivat prosessia ja parantaisivat tulosten luotettavuutta. Siirtodatan luomisprosessissa markkinamallinnuksessa tehdään oletuksia tuuli- ja ydinvoimaan sekä sähkön kulutukseen liittyen, jotka ovat merkittävimpiä epävarmuuksien lähteitä tuloksissa. Lisäksi markkinamallituloksien konvertoinnissa verkkomalliin käytetty YALFCM-prosessi havaittiin hitaaksi, kun käytössä oli monta skenaariota ja säävuotta. Prosessia tulisikin kehittää vastaamaan paremmin tarpeita, joita tämän diplomityön tapaiset tutkimukset asettavat.Description
Supervisor
Syri, SannaThesis advisor
Rauhala, TuomasLeiskamo, Taneli
Keywords
flexibility demand, congestion management, operational security, market modelling, grid modelling
