Teknisk-økonomisk case-analyse av Bessakerfjellet vindpark

Abstract

Denne oppgaven ser på mulighetene ved å lagre overskuddsenergi fra Bessakerfjellet vindpark, slik at struping av kraft ikke blir nødvendig. I tillegg samkjøres dette opp mot spotpris for å få en maksimal økonomisk gevinst. Ved å skape flere scenarioer, utledet i MATLAB, ble det mulig å skape en teknisk-økonomisk case-analyse for å optimalisere vindparker i dag. Problemstillingen oppgaven gir svar på, er om det er lønnsomt med energilagring ved hjelp av et vanadium redoks flytbatteri on-site i en vindpark. Oppgaven ble utledet med en slik tilnærming til problemstillingen at batteriet sees på som et ideelt batteri med uendelig kapasitet.

Scenario 1 ble utledet for å utelukke problemet med struping av overskuddskraft. En algoritme ble utledet for å opprettholde et konstant produksjonsnivå på $30$ MWh, og simulert i MATLAB. Resultatene av denne simuleringen viste en solid økonomisk profitt på $5,07$ millioner NOK, og samtidig en nødvendig batterikapasitet på $7,15$ GWh, som er langt større en dagens standard på vanadium redoks flytbatterier. Scenario 2 baserte seg utelukkende på lagring og salg av produksjon ut ifra spotprisen i det aktuelle elspotområdet. Her ble algoritmen utledet med en begrensning på at all produksjon under $15$ \euro{}/MWh skulle lagres. Også her viste resultatene en solid økonomisk gevinst på hele $14,45$ millioner NOK ved lagring, og en batterikapasitet på $37,30$ GWh. Scenario 3 ble utledet som en hybrid mellom scenario 1 og scenario 2. Ved å samkjøre disse scenarioene viste resultatene at det var økonomisk gunstig med en slik løsning. Total økonomisk gevinst i dette scenarioet ble $6,84$ millioner NOK. Nødvendig kapasitet i batteriet ble simulert til å være på $14,18$ GWh, hvor også dette overskrider dagens standard. Resultatet av simuleringene ble presentert i tabeller og grafer, og sammenlignet med hverandre for å få frem kapasitetsbehovet til batteriet ved de ulike scenarioene. Videre ble Excel brukt opp mot resultatene for å finne kostnadene og eventuelle gevinster knyttet til et simulert vanadium redoks flytbatteri.

Resultatene av de ulike scenarioene viste at en installasjon av et vanadium redoks flytbatteri ved vindparken ville vært utelukkende økonomisk lønnsomt men at det kapasitetsmessig ikke er mulig med dagens batteriteknologi. Det konkluderes med at lagring i vindparker med et vanadium redoks flytbatteri er teoretisk mulig og at det vil gi en god økonomisk gevinst, men at disse batteriene er for store kapasitetsmessig med dagens løsninger.

This thesis looks at the possibilities of storing surplus energy from Bessakerfjellet wind farm, to avoid throttling of power and in addition coordinate this up to the spot price to get a maximum financial gain. By creating several scenarios that were derived in MATLAB, it became possible to create a technical-economic case analysis to optimize the use of wind energy in wind farms today. The problem this thesis provides an answer to is whether it's profitable to store energy using a vanadium redox flow battery on-site in a wind farm. The thesis was derived with such an approach to the problem that the battery is seen as an ideal battery with infinite capacity.

Scenario 1 was derived to rule out the problem of throttling of excess power. An algorithm derived to maintain a constant production level of $30$ MWh was simulated in MATLAB. The results of this simulation showed a solid financial profit of $5.06$ million NOK, but at the same time a required battery capacity of $7.15$ GWh, which is far greater than the current standard for vanadium redox flow batteries. Scenario 2 was based exclusively on storage and sale of production based on the spot price in the relevant area. The algorithm was derived with a restriction that all production below $15$ \euro {}/MWh should be stored. The results showed a solid financial gain of as much as $14.45$ million NOK on storage, and a battery capacity of $37.30$ GWh. Scenario 3 was derived as a hybrid between scenario 1 and scenario 2. By combining these scenarios, the results showed that such a solution was economically beneficial. Total financial gain in this scenario was $6.84$ million NOK. Required capacity in the battery was simulated to be $14.18$ GWh, which exceeds the current standard. The results of the simulations were presented in tables and graphs, and compared with each other to bring out the capacity requirement for the battery in the different scenarios. Furthermore, Excel was used to compare the results to find costs and any gains associated with a simulated vanadium redox flow battery.

The results of the various scenarios showed that an installation of a vanadium redox flow battery at the wind farm would be exclusively economically profitable, but in terms of capacity it is not possible with the current battery technology. It's concluded that storage in wind farms with a vanadium redox flow battery is theoretically possible and that it will provide a good financial gain, but these batteries are too large in terms of capacity with today's solutions.