Batterienergilager – En alternativ lösning till utmaningarna i elnätet

Abstract

Under de senaste åren har det investerats många tiotals miljoner euro på elnätet i Finland och tillförlitligheten i elnätet har i och med det förbättrats avsevärt. Men det finns fortfarande områden runt om i landet, speciellt ute på glesbygden, där elnätet är mera utsatt för väder och vind och där strömavbrott är ett förekommande problem. Dessutom ställs det mera välutvecklade elnätet i tätbygderna inför nya utmaningar, då belastningen i elnätet ständigt ökar eftersom bland annat elbilar blir allt vanligare. Ett alternativ för att lösa dessa utmaningar kunde vara att använda sig av batterienergilager.

I detta examensarbete har elnätet vid Bergö använts som ett typexempel för att påvisa hur ett batterienergilager kunde användas som reservkraft under ett elavbrott, samt hur variationer i elnätets belastning kunde utjämnas med hjälp av ett batterienergilager. Dessutom har det undersökt hur vindkraft kunde implementeras, för att göra batterienergilagerinvesteringen vid Bergö så lönsam som möjligt. I examensarbetet presenteras innehållet i ABB:s batterienergilager och lösningens effektivitet samt val av teknik analyseras. Batterilagret har dimensionerats utifrån mätdata för Bergös energikonsumtion, samt storleken på den potentiella vindkraftsparken.

I slutet av examensarbetet presenteras en kostnadsanalys som innefattar investeringens huvudsakliga kostnader, årliga servicekostnader, besparingar till följd av uteblivna elavbrott och inkomster som tillkommit till följd av försäljningen av energin som vindkraften producerar. Arbetet har utförts på uppdrag av ABB.

Viimeisten vuosien aikana on investoitu monta kymmentä miljoonaa euroa sähköverkkoon ja sen avulla sähköverkon luotettavuus on parantunut huomattavasti. Silti on vielä paikkoja ympäri Suomea missä sähköverkko kärsii kovasta säästä ja missä sähkökatkoja on tavallinen ilmiö, nämä paikat sijaitsevat yleensä maaseudulla. Tämän lisäksi myös paremmin kehitetyt sähköverkot, paikoissa missä asuu paljon ihmisiä kokevat uusia haasteita kun kuorma sähköverkossa kasvaa jatkuvasti. Yksi johtava syy kuorman kasvamiseen on sähköauton yleistyminen. Kaikki nämä haasteet voidaan ratkaista patteristoenergiavarastolla.

Tässä opinnäytetyössä on käytetty Bergön sähköverkkoa esimerkkinä näyttämään miten patteristoenergiavarastoa voisi käyttää varavoimana sähkökatkon aikana ja miten sähköverkon kuorma saisi tasattua varaston avulla. Tämän lisäksi on tutkittu miten tuulivoimaa voisi yhdistää tähän ratkaisuun saadakseen tämänkaltainen investointi mahdollisimman kannattavaksi. Opinnäytetyössä on esitelty ABB:n patteristoenergiavarastoratkaisu ja tutkittu ratkaisun tehokkuutta. Energiavaraston koko on valittu Bergön energiakulutuksen ja mahdollisen tuulivoimalapuiston mukaan.

Opinnäytetyön lopussa on esitelty kustannustutkimus, joka kattaa investoinnin päällimmäiset kustannukset, jokavuotiset huoltokustannukset, säästöt sähkökatkojen poisjäämisestä ja tulot tuulivoimaloiden sähkön myynnistä. Opinnäytetyö on tehty tilaustyönä ABB:lle.

In the past years, tens of millions of euros have been invested into the electrical grid in Finland and the reliability of the grid has improved a lot. But there are still places all over the country, typically in sparsely populated areas, where the grid is exposed to hard weather such as wind and snow. In these areas, power failure is still a common problem. Also, the more well-developed grids in the cities face new challenges as the load in the grids keeps on increasing. One of the main causes for this is that electrical cars are becoming more general. All these challenges could potentially be solved by using a battery energy storage.

In this thesis, the electrical grid at Bergö has been used as an example to prove how a battery energy storage could be used as backup power in case of a power failure and at the same time smoothen the power consumption to keep the load peaks down. Further, also a study for implementing wind power to the investment has been done to make the battery energy storage investment as profitable as possible. In the thesis ABB’s battery energy storage solution is presented, and the used technologies are analyzed. The dimension of the energy storage is chosen from the actual energy consumption at Bergö and the potential wind power park.

At the end of the thesis a cost analysis is presented where the main costs of the investments, yearly maintenance costs, saves from not having power outages and income from selling the generated electricity from the wind park have been taken into consideration. The thesis was done for ABB.