100% RE SUOMI OSANA POHJOIS- EUROOPAN SÄHKÖMARKKINOITA Juha Kiviluoma, Jussi Ikäheimo VTT TEM 100%RE keskustelutilaisuus 3.10.2016
Balmorel / WILMAR Yleinen kuvaus: Sähkö- ja kaukolämpö Balmorel optimoi investoinnit WILMAR optimoi energialaitosten käytön simuloiden sähkömarkkinoita Molemmat operoivat tuntitasolla eli näkevät tuulen ja auringon vaihtelut Mallinnetut tapaukset: Pohjois-Eurooppa (pohjoismaat, Baltia, Saksa, Puola) Tähtäin vuodessa 2050 eli suurin osa nykyisistä laitoksista eläkkeellä (paitsi vesivoima) Pohjoismaat 100% RES, muu alue melkein 100% RES (joitain vanhoja laitoksia) Toistaiseksi herkkyystarkasteltu vain SNG:n mahdollista roolia
Balmorel / WILMAR Edut: Investointi- ja käyttöaikaskaalojen yhdistäminen WILMAR:ssa tarkahko kuvaus voimalaitoksista, vesivoimasta, epävarmuudesta ja reserveistä (stokastinen Unit Commitment and Economic Dispatch) Optimoitu tulos (lähtötietojen pohjalta), arvio sähkönhinnoista Rajoitteet: Lämmityksestä vain kaukolämpö (ja sähkölämmitys osana sähkönkulutusta) Liikenteestä vain sähköautot ja SNG (exogeenisinä investointeina) Ei sähköverkon stabiilisuusrajoitteita käytössä näissä ajoissa, ei alueiden sisäisiä verkkoja Lähtötiedot osittain luottamuksellisia Saatavuus: Alkuperäinen Balmorel vapaasti saatavillla ja dokumentoitu (http://eabalmorel.dk/) Alkuperäinen WILMAR vapaasti saatavilla ja dokumentoitu (http://wilmar.risoe.dk/) Molempiin tehty paljon muutoksia VTT:llä (in house)
Primäärienergian lähteet Mallit kattavat vain sähkön ja kaukolämmön Lisäksi TIMES:sta SNG kulutus Sähköautojen kulutus
Sähköntuotanto 1000 900 Power generation (TWh) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 PV 300 PV 450 PV 600 PV 300 PV 450 PV 600 PV 300 PV 450 PV 600 Pump hydro V2G Hydro Nuclear Coal Nat. gas Biomass Solar Wind Germany Nordic Others
Kaukolämmöntuotanto 1000 900 800 District heat (TWh) 700 600 500 400 300 16-21 tuntia lämpövarastoa Heat pumps Elec. boilers Coal Nat. gas 200 Biomass 100 0 PV 300 PV 450 PV 600 PV 300 PV 450 PV 600 PV 300 PV 450 PV 600 Germany Nordic Others
Liikenne Sähköautoja noin 20 miljoonaa mallinnusalueella (TIMES lähtötieto) Karkeasti alle puolet henkilöautoista Osa liikenteen energiankulutuksesta SNG:tä (TIMES lähtötieto) Stored in grid connected EV batteries (MWh) 50000 40000 30000 20000 10000 0 Finland, one week 0 50 100 150
Power (GW) 500 400 300 200 Power (GW) 100 0-100 -200-300 250 200 150 100 50 0-50 -100-150 -200-250 Dynamiikka 1 378 755 1132 1509 1886 2263 2640 3017 3394 3771 4148 4525 4902 5279 5656 6033 6410 6787 7164 7541 7918 8295 Load Net load Wind+PV Hydro Thermal New net load Electric
Haasteita - Pystytäänkö sähköjärjestelmän rampit ja siirrot hallitsemaan? - Mallinnettujen alueiden sisäiset verkot tarvitsevat paljon vahvistusta, eivät mukana. Kustannus karkeasti 10-30% kokonaiskustannuksista - Uusien siirtolinjojen hyväksyttävyys haaste - Jännitestabiilisuus kun tuotanto kaukana kulutuksesta? - Taajuusstabiilisuus kun pelkästään ei-synkronista tuotantoa? - DNV GL, RoCoF Alternative Solutions Technology Assessment, Final report for EirGrid/SONI DS3 program, Aug. 2015. - Uudet ratkaisut ovat mahdollisuus
Erityiskysymykset Tarvitaan paljon lisää skenaariota! Teollisuuden energiankäytön joustomahdollisuuksia (esim. sähkö ja polttoaine hybridi) Talokohtaisten lämmitys- ja jäähdytys ratkaisujen joustomahdollisuudet (EU RealValue) Liikenteen energiapolut (ml. sähkön käyttö polttoaineiden tuotannossa) Biomassaresurssin järkevä käyttö Uusia tapoja hyödyntää osan ajasta halpaa sähköä Huoltovarmuus, kun vuosien välillä vaihtelua energian saatavuudessa Mallinnettu sähkön hinta optimoidussa järjestelmässä
Johtopäätökset ja suositukset Ei hötkyillä, epävarmuus hyvin suurta Joustavuudessa iso teollinen mahdollisuus Lämpö ja liikenne avainasemassa Sähkön lämpökäytön esteet syytä purkaa Bioenergiasta huipputuotantoa? Tosi halpa aurinkosähkö Etelä-Euroopassa kilpailukykyhaaste sähköintensiiviselle teollisuudelle Suomessa
Liite Wind power 900 1100 /MW PV 300 600 /MW Batteries 150 h P2G 500 /MWh (presented here, 1500 also calculated) Assumed direct air capture of CO 2 by the solid adsorbent process (cost is included) Lisää tuloksia ja lähtötietoja: Ikäheimo J & Kiviluoma J, Synthetic Natural Gas Production and Utilization in the North European Power System in 2050, Solar Wind Integration Workshop, Nov. 2016.