Hybrid park at Stokkfjellet; Combining solar and wind power in the same grid

Abstract

Denne oppgaven analyserer tre alternativer for drift av en foreslått hybridpark ved et allerede eksisterende vindkraftverk på Stokkfjellet. Dette gjøres ved å simulere et PV-system og utforske tre forskjellige scenarioer.

Omfanget for oppgaven inneholder tekniske og økonomiske prospekter rundt den foreslåtte hybridparken. Begrensningene var hovedsakelig transformatorgrensen for Stokkfjellet på 90 MW, det allerede eksisterende konsesjonsområdet, og eksisterende tilgjengelige data brukt i simuleringene og beregningene. I tillegg tas ikke risikovurdering eller uforutsette hendelser med i betraktning. Videre utforskes de tre scenarioene. Scenario 1 ser på implementering av solcellepaneler i den allerede eksisterende vindparken uten lagringsmuligheter for overproduksjonen. I scenario 2 implementeres det et BESS for å lagre overproduksjonen. I dette scenarioet føres den lagrede energien ut på nettet ved første mulighet. Resultatene gir ikke et økonomisk optimalt resultat, men optimerer med hensyn til å kunne ta opp all overproduksjon. I scenario 3 vil all produksjon fra PV-systemet bli solgt i frekvensmarkedet. Imidlertid har mangelen på detaljer i frekvensvolumdataene, spesielt mangelen på dedikerte opp- eller nedreguleringspriser og volumer hatt en påvirkning på resultatene.

Scenario 1 resulterte i at en mengde energi gikk tapt gjennom året, men en lavere investeringskostnad. Det ble påvist med NNV-verdier at dersom prisen per MW synker med 50% vil det være økonomisk lønnsomt å installere solcellepaneler på så lite som 4% av konsesjonsarealet. I scenario 2 ble all overproduksjon lagret og senere matet ut på nettet, men den økte investeringskostnaden resulterte i kun negative NNV-verdier og derfor heller ingen økonomiske forsvarlige alternativer. I scenario 3 var fortjenesten lavere enn for både scenario 1 og 2 fordi volumet energi ble solgt til en lavere pris. Med den økte investeringskostnaden fra batteriet, resulterte dette i negative NNV-verdier for alle tilfeller.

Denne rapporten finner at ingen av scenariene er økonomisk levedyktige per dags dato. Resultatene indikerer at scenario 1 er det beste alternativet for den foreslåtte hybridparken på Stokkfjellet. Dette scenarioet kan i fremtiden bli økonomisk levedyktig hvis en reduksjon i pris for solcellepaneler finner sted. Likevel kan scenario 2 og 3, ved å implementere mulige alternative metoder, vise seg å være mer levedyktige alternativer. Spesielt vil en betydelig reduksjon i batterikostnader føre til bedre NNV-verdier.

This thesis analyses three options for operation of a proposed hybrid park at an already existing wind power plant situated at Stokkfjellet. This is done by simulating a PV-system and exploring three different scenarios.

The scope of this thesis involves technical and economical prospects around the proposed hybrid park. The main limitations were the transformer limit for Stokkfjellet at 90 MW, the already existing concession area and the existing available data used in the simulations and calculations. Additionally, risks or unforeseen events are not taken into account. Further, the three scenarios were explored. Scenario 1 inspects implementing solar panels into the already existing wind park without any storage possibility for overproduction. In scenario 2 a BESS is implemented to store the overproduction. In this scenario the energy stored is fed out on to the grid at the first possible time. The results do not present an economically optimal exploitation of the energy sent out on the grid, but rather optimizes to peak shave all overproduction. In scenario 3 all the power produced from the PV-system would be sold in the frequency market. However, the lack of detail in the frequency volume data, specifically the lack of dedicated up- or down-regulation prices and volumes, have influenced the results.

Scenario 1 resulted in an amount of energy being lost throughout the year, but a lower investment cost. It was demonstrated with NPV values that if the price per MW declines with 50% it would be economically viable to install solar panels on as little as 4% of the concession area. In scenario 2 all overproduction was stored and later fed out on the grid, but the increased investment cost resulted in only negative NPV values and therefore also not any economically viable options. In scenario 3 the profits were lower than for both scenario 1 and 2 because the volume power was sold at a lower price. With the increased investment cost from the battery, this resulted in negative NPV values for all cases.

This report finds that none of the scenarios are presently economically viable. The results indicate that scenario 1 is the best alternative for the proposed hybrid park at Stokkfjellet. This scenario could become economically viable due to the reduction in price for solar panels that is expected to happen in the coming years. However, by implementing some of the possible alternative methods, both scenario 2 and 3 could prove to be the more viable options. Specifically, a significant reduction in battery costs would lead to better NPV values.