Hybridivoimalaitos taajuussäädössä: Turbiinin ja energiavaraston välisen kuormanjaon analyysi synkronoidun operoinnin ja varaston mitoituksen näkökulmasta

Sähköverkon luotettavan toiminnan kannalta on tärkeää, että tuotanto ja kulutus ovat tasapainossa. Epätasapainon korjaamiseen käytetään taajuusreservejä, joiden tehtävä on palauttaa sähkön kysynnän ja tarjonnan tasapaino. Tässä väitöskirjassa keskitytään turbiinin ja energiavaraston muodostaman hybridivoimalaitoksen operointiin niin sanotun FCR-N taajuusreservin tuotannossa.

FCR-N-reservin tuotantoa säännellään teknisillä vaatimuksilla. Näiden vaatimusten täyttäminen voi olla haastavaa turbiineille, kuten Kaplan-turbiineille, kun taas energiavarastoille se on helppoa. Osittain tästä syystä energiavarastojen määrä on viime vuosina kasvanut merkittävästi.

Mikäli energiavarastot korvaavat turbiinit taajuusreservien tuotannossa, jää esimerkiksi vesivoimalaitosten merkittävä säätökyky hyödyntämättä. Toisaalta yhdistämällä turbiini ja energiavarasto on mahdollista hyödyntää molempien teknologioiden vahvuuksia. Väitöskirjan keskeinen tutkimuskysymys on, miten hybridivoimalaitoksen tuottama teho tulisi jakaa turbiinin ja energiavaraston välillä taajuusreservin tuotannossa?

Tutkimus keskittyy vastaamaan yllä esitettyyn kysymykseen huomioimalla FCR-N-reserville asetetut vaatimukset. Analyysin tavoitteena on ymmärtää paremmin tekijöitä, jotka vaikuttavat turbiinin ja energiavaraston väliseen kuormanjakoon, sekä energiavaraston mitoitukseen.

Työn keskeisimmät havainnot voidaan tiivistää seuraavasti: voimalaitoksen dynaamisella käyttäytymisellä on suuri merkitys FCR-N-reservin tuotannon tehokkuuteen sekä energiavaraston mitoitukseen. Lisäksi pienelläkin energiavarastolla voidaan merkittävästi vähentää turbiinin kuormitusta, ja toisaalta yksinkertaiset kuormanjakomenetelmät ovat riittäviä, mikäli suuri energiavarasto on käytettävissä ja päinvastoin. Näin ollen hyvin suunnitellulla hybridivoimalaitoksen operointitavalla voidaan aikaansaada merkittävä turbiinin kuormituksen aleneminen ja samalla vähentää sen kulumista.