Modelling of a carbon-free Finnish power system
Loading...
URL
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.
Authors
Date
2020-06-15
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
78+6
Series
Abstract
The Government of Finland has set a goal to achieve carbon neutrality by 2035. The power system plays an integral role in achieving carbon neutrality. This thesis presents the modelling of a carbon-free Finnish power system, which produces electricity from wind, photovoltaics, hydro and nuclear power. Additionally, an electricity storage is introduced. Based upon an earlier group project, a power system with hourly resolution spanning three years is modelled. The model optimizes power generation and electricity storage investments by utilizing greenfield planning and overnight investment methods. Additionally, electricity trading is allowed between Finland and neighboring countries by utilizing the currently available transmission capacity. Electric vehicles are also introduced into the model to influence the electricity demand profile. Hydro power is modelled by introducing several different hydro inflow scenarios which can be chosen for each of the simulated years separately. Several modelling scenarios consisting of differing assumptions are presented. The technical and economic feasibility of the modelled scenarios is tested by subjecting the results to both economic and technical sensitivity analyses. During the modelling, periods of low wind were found to have a large effect on the results. However, nuclear power was also found to counteract this effect, and was also found to be an essential technology. Many feasible scenarios were found, and a scenario with an LCOE of 64.39 €/MWh was chosen as the best one, with an 18% larger electricity cost than the recent average electricity market price high of 2010. In the modelled scenarios, large amounts of produced power had to be curtailed, which differed from the solutions found in the literature. The hydropower dispatch used in the model was found to be suboptimal and is proposed to be changed in a future work.Suomen hallitus on asettanut tavoitteekseen hiilineutraalisuuden saavuttamisen vuoteen 2035 mennessä. Sähköjärjestelmä on keskeinen osa hiilineutraalisuuden saavuttamisessa. Tämä työ esittelee mallinnuksen hiilivapaasta suomalaisesta sähköjärjestelmästä, joka tuottaa sähköä tuulivoiman, aurinkovoiman, vesivoiman ja ydinvoiman avulla. Lisäksi järjestelmään lisätään sähkövarasto. Perustuen aikaisempaan ryhmätyöhön, kolme vuotta kattava sähköjärjestelmä tunnittaisella resoluutiolla mallinnetaan. Malli optimoi sähköntuotanto- ja sähkövarastoinvestointeja hyödyntäen Greenfield-suunnittelu- ja yönyli investointimenetelmiä. Lisäksi sähkön tuonti ja vienti Suomesta naapurimaihin on sallittu siirtokapasiteetti – menetelmää hyödyntäen. Sähköautot on myös lisätty malliin vaikuttamaan sähkön kysyntäprofiiliin. Vesivoima mallinnetaan tuottamalla monia erilaisia vesivaraston sadantaskenaarioita, jotka voidaan valita mallinnuksen joka vuodelle erikseen. Useita eri mallinnusskenaarioita, joissa on erilaisia oletuksia, esitellään. Näiden mallinnusskenaarioiden teknistä ja taloudellista soveltuvuutta testataan altistamalla skenaariot taloudellisille ja teknisille herkkyystarkasteluille. Mallinnuksen aikana vähätuulisilla ajanjaksoilla havaittiin olevan suuri merkitys mallinnuksen lopputuloksiin. Ydinvoiman havaittiin toisaalta vähentävän tätä vaikutusta, ja lisäksi ydinvoiman havaittiin olevan välttämätön teknologia hiilivapaalle sähköjärjestelmälle. Monia soveltuvia skenaarioita tuotettiin. Skenaario, jossa sähkön tasoitettu hinta oli 64.39 €/MWh, valittiin parhaaksi. Kyseinen hinta on 18% korkeampi, kuin korkein sähkön markkinakeski-hinta vuonna 2010. Mallinnetuissa skenaarioissa jouduttiin rajoittamaan tuotetun sähkön määrää enemmän kuin vastaavissa kirjallisuudesta löydetyistä malleissa. Vesivoiman mallinnuksen havaittiin myös tuottavan epäoptimaalisia tuloksia. Sitä ehdotettiin muutettavaksi tulevassa tutkimuksessa.Description
Supervisor
Syri, SannaThesis advisor
Millar, JohnKeywords
carbon-free power system, wind power, PV, nuclear power, power system modelling, carbon neutrality