Role of rotating balancing power generation plants in the future energy systems

Loading...
Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Date

2022-03-21

Department

Major/Subject

Sustainable Energy Systems and Markets

Mcode

ELEC3048

Degree programme

Master's Programme in Advanced Energy Solutions

Language

en

Pages

63+7

Series

Abstract

The share of renewable energy sources such as wind and solar power is rising in the European power market. Due to the intermittent nature of these production methods, their rapid growth creates challenges in keeping the balance of produced and consumed energy in the system. There are several methods to approach this challenge, but there is also uncertainty on what the role of each technology could be in the eventual solution. This research was conducted to provide clarity on this. Special focus was put on the future role of gas turbine and engine power plants, which the study refers to as rotating balancing power generation plants. The study describes the nature of the balancing problem and explains the methods available to tackle it. To accomplish that, a literature review was done to give an overview of the current state of the European power sector. In addition, each balancing method was explained from a techno-economical point of view. These methods are electrical energy storage, increase of transmission capacity, demand side flexibility and flexible power production. The other part of the study consists of research interviews with energy industry experts and academic researchers. The aim was to get a holistic view on the topic and compare the common agreements and disagreements on the issue. The study found that while storage and demand response solutions are evolving, they are likely to play a role as a relatively short period balancing option. Green hydrogen could one day become a seasonal storage method, but there are still uncertainties around it. New transmission capacity is required to maintain and develop the pan-European market area, but it is described as a nonviable option to be a significant solution to the balancing problem. Therefore, the flexible power production such as gas and hydro power are likely to play a critical role in the energy transition, at least to the midterm future. Their production profile is likely to change to adjust to the production of intermittent sources in the grid, which can affect the profitability of new investments.

Uusiutuvan sähköntuotannon osuus on kasvamassa eurooppalaisilla sähkömarkkinoilla. Tuuli- ja aurinkovoiman katkonainen tuotantoprofiili tuo kuitenkin haasteen tehotasapainon ylläpitämiseen tuotannon ja kulutuksen välillä. Tähän haasteeseen on ehdotettu monia ratkaisuja, mutta on silti epävarmaa minkälainen rooli kullakin keinolla tulee olemaan lopullisella ratkaisussa. Tämän tutkimuksen tarkoitus on tuoda selvennystä tähän. Diplomityö keskittyy erityisesti turbiini- ja moottorivoimaloiden rooliin tulevaisuudessa. Tutkimus kuvailee tehotasapainoon liittyvän haasteen ja esittelee tavat, millä sitä on mahdollista lähestyä. Kirjallisuuskatsaus antaa yleiskuvan eurooppalaisen sähkömarkkinan toiminnasta ja nykytilasta sekä kuvailee tehotasapainoa auttavat keinot teknillistaloudellisesta näkökulmasta. Nämä keinot ovat sähkön varastointi, siirtokapasiteetin lisääminen, kysyntäjoustoratkaisut ja joustava sähköntuotanto. Työn toinen osio koostuu haastatteluista alan ammattilaisten kanssa, jossa pyrittiin saamaan selville heidän näkemyksiänsä aiheesta. Tutkimus osoitti, että vaikka sähkönvarastointi- ja kysyntäjoustoratkaisut kehittyvät, ne todennäköisesti toimivat alle vuorokauden sisäisenä tehotasapainoittajana. Vihreä vety voi jonain päivänä toimia kausivarastona, mutta kyseiseen konseptiin liittyy vielä paljon epävarmuuksia. Uutta siirtokapasiteettia rakennettaan Euroopassa, mutta tutkimuksen mukaan siitä ei ole merkittäväksi ratkaisuksi. Tästä johtuen joustava sähköntuotanto kuten vesi- ja kaasuvoimalaitokset tulevat toimimaan kriittisessä roolissa energiamuunnoksessa ainakin keskipitkällä aikavälillä. Kaasuvoimaloiden rooli tulee kuitenkin muuttumaan tasaisesta sähköntuotannosta enemmän uusiutuvan tuotannon tukemiseen, mikä saattaa vaikuttaa uusien investointien kannattavuuteen.

Description

Supervisor

Lehtonen, Matti

Thesis advisor

Väinämö, Markku

Keywords

energy transition, balancing power, flexible power generation, electrical energy storage

Other note

Citation