Jäänmurtajan hybridivoimalaitos osana sähköverkkoa jäänmurtokauden ulkopuolella

Abstract

Suomen jäänmurtajakalustoa uudistetaan, ja uusissa voimalaitosratkaisuissa painotetaan hybridivoimalaitoksia, joissa yhdistyvät uusiutuvat polttoaineet ja akkupohjaiset energiavarastot. Jäänmurtokausi kestää yleensä 150–170 vuorokautta, minkä jälkeen alukset huolletaan ja ne viettävät jopa seitsemän kuukautta satamassa odottamassa seuraavaa kautta. Yksittäisen jäänmurtajan kausi voi myös jäädä lyhyemmäksi, riippuen missä järjestyksessä ne lähtevät vuorollaan jäänmurtoon.

Tämän opinnäytetyön tavoitteena on selvittää, voidaanko jäänmurtajan hybridivoimalaitosta hyödyntää osana sähköverkkoa aluksen ollessa satamassa. Tutkimuksessa tarkastellaan, millä edellytyksillä tehonsyöttö verkkoon on mahdollista ja mitä vaatimuksia reservimarkkinoille (esim. taajuusohjattu häiriöreservi, FCR-D) osallistuminen asettaa. Lisäksi arvioidaan, miten ratkaisu voitaisiin toteuttaa uudisrakennuslaivassa ja millaiset investointiedellytykset sillä olisi.

Tutkimuksen perusteella kannattavimmaksi vaihtoehdoksi osoittautui osallistuminen FCR-D-markkinoille hybridivoimalaitoksen akuston avulla jäänmurtokauden ulkopuolella. Tämä edellyttää lisäkomponentteja jäänmurtajan sähköjärjestelmään, mikä aiheuttaa lisäkustannuksia. Kannattavuusanalyysissä hyödynnettiin kolmen edellisen vuoden toteutuneita hintatietoja sekä arvioitiin tulevaa hintatasoa. Tulosten perusteella järjestelmän taloudellinen toteutettavuus uudisrakennuslaivassa vaikuttaa mahdolliselta, mutta riippuu markkinahintojen kehityksestä ja investointikustannuksista.

Finland’s icebreaker fleet is being renewed, and the new power plant solutions emphasize hybrid power plants that combine renewable fuels and battery-based energy storage. The icebreaking season usually lasts 150–170 days, after which the vessels are serviced and may spend up to seven months in port waiting for the next season to begin. Individual icebreaking season per vessel might be shorter depending on order they go to break ice.

The purpose of this thesis is to examine whether the hybrid power plant of an icebreaker can be used as part of the electricity grid while the vessel is docked. The study investigates under what conditions power can be supplied to the grid and what is required to participate in so-called reserve markets. In addition, it assesses how the solution could be implemented in a new building vessel and what kind of investment prerequisites would be needed.

Based on the research, the most viable option was found to be participation in the FCR-D market (frequency-controlled disturbance reserve) using the hybrid power plant’s battery system outside the icebreaking season. This requires additional components for the icebreaker’s electrical system, which leads to extra costs. The profitability analysis utilized actual price data from the previous three years and estimated future price levels. According to the results, the economic feasibility of the system in a newbuild vessel appears possible, but it depends on the development of market prices and investment costs.