Tuuli- ja aurinkovoiman hybridihankkeiden tekninen toteutus ja mitoittaminen
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2024-08-19
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
fi
Pages
95
Series
Abstract
Tuuli- ja aurinkovoiman hyödyntäminen lisääntyy merkittävästi Suomessa. Näiden sääriippuvaisten energialähteiden tuotantoprofiilit täydentävät toisiaan, mikä mahdollistaa niiden yhdistämisen hybridivoimaloiksi parantaen energiantuotannon tehokkuutta, vakautta ja luotettavuutta. Tässä diplomityössä tutkitaan tuuli- ja aurinkovoiman hybridivoimaloiden teknistä toteutusta ja mitoittamista. Tutkimuksessa tarkastellaan tuuli- ja aurinkovoiman välistä mitoitusta sekä akkuvaraston roolia ja integrointia näihin järjestelmiin. Tutkimuksessa kehitetään työkalu, jolla analysoidaan erilaisten kapasiteettisuhteiden ja akkuvaraston käytön vaikutuksia hybridivoimalan suorituskykyyn ottaen huomioon verkkoliitynnän ja alueelliset rajoitteet. Työkalua sovelletaan tapaustutkimuksessa, jossa arvioidaan tuuli- ja aurinkovoiman, liityntätehon ja akkuvaraston mitoitusta. Tavoitteena on maksimoida tuuli- ja aurinkovoiman tuotannon täydentävyys sekä hyödyntää verkkoliityntäkapasiteettia tehokkaasti minimoiden tuotannon rajoituksia akun avulla. Mallinnuksessa käytetään meteorologista tuntiaikasarjadataa. Tutkimustulosten perusteella tuulivoimaa kannattaa mitoittaa maksimikapasiteettiinsa ja aurinkovoimaa liityntäkapasiteetin yli, jotta siirtokapasiteetti voidaan hyödyntää optimaalisesti. Tapaustutkimuksessa havaittiin, että optimaalinen liityntäteho on teknisestä näkökulmasta noin 50–60 % hybridivoimalan nimellistehosta, kun aurinkovoiman osuus on yhtä suuri tai hieman suurempi kuin tuulivoiman. Kun liityntäteho vastasi tuulivoiman nimellistehoa ja aurinkovoimakapasiteetti oli 25–175 % tuulivoimakapasiteetista, tuotannon rajoitukset olivat 0,1–5,6 % kokonaistuotannosta, ja kapasiteettikerroin vaihteli 38,9–52,4 % välillä. Akkuvaraston hyödyntäminen mahdollisti ylijäämäenergian talteenoton ja vähensi tuotannon rajoituksia 13–51 % tarkastelluilla varastointikapasiteeteilla. Akun käyttöaste jäi kuitenkin alhaiseksi, minkä vuoksi sitä kannattaa hyödyntää myös muihin käyttötarkoituksiin.The utilization of wind and solar power is rapidly increasing in Finland. The com-plementary nature of these weather-dependent energy sources allows for their inte-gration into hybrid power plants, thereby enhancing the efficiency, stability, and reliability of energy production. This thesis investigates the technical implementation and sizing of wind and solar hybrid power plants. The study examines the sizing between wind and solar power as well as the role and integration of battery energy storage system (BESS) within these systems. A tool is developed to analyze the effects of various capacity ratios and BESS usage on the performance of hybrid power plants, considering grid connection and regional constraints. This tool is applied in a case study that evaluates the sizing of wind and solar power, grid connection capacity and BESS. The aim is to maximize the complementarity of wind and solar power production, and to utilize effectively the grid connection capacity while minimizing production curtailment by using BESS. The modelling employs meteorological hourly time series data. Based on the research findings, wind power should be sized to its maximum capacity, while solar power should be installed beyond the grid connection capacity to opti-mize the utilization of transmission capacity. The case study revealed that the opti-mal grid connection capacity is approximately 50–60% of the hybrid power plant's rated capacity when the share of solar power is equal to or slightly greater than that of wind power. When the grid connection capacity matched the rated capacity of the wind power and the solar power capacity was 25–175% of the wind power capacity, production curtailments were 0.1–5.6% of the total production, and the capacity fac-tor varied from 38.9% to 52.4%. The use of BESS enabled the capture of surplus energy and reduced production curtailments by 13% to 51%, depending on the BESS capacities examined. However, the battery's utilization rate remained low, suggesting that it could also be used for other applications.Description
Supervisor
Lehtonen, MattiThesis advisor
Alanen, LauriKeywords
hybridivoimala, tuulivoima, aurinkovoima, akkuvarasto, tuotannon mallinnus, mitoittaminen
