Synteettisen inertian nykytilanne ja tulevaisuus
Manninen, Jussi (2022)
Kandidaatintyö
Manninen, Jussi
2022
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022052037567
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022052037567
Tiivistelmä
Ilmastonmuutoksesta johtuen yhteiskunnat joutuvat muuttamaan sähköntuotantotapoja. Fossiilisten polttoaineiden käytön vähentyessä sähkövoimajärjestelmässä ja aurinko- ja tuulivoiman määrän lisääntyessä, joudutaan järjestelmää kehittämään sähkön saannin turvaamiseksi. Aurinko- ja tuulivoiman osuuden kasvaessa sähköntuotannossa inertian määrä vähenee sähkövoimajärjestelmässä.
Inertia vastustaa taajuuden muutosta häiriötilanteissa ennen kuin toissijaiset järjestelmät puuttuvat taajuuden muutokseen. Kun inertian määrä on liian alhainen sähkövoimajärjestelmässä, taajuuden nopea muutos saattaa aiheuttaa suuria irtikytkentöjä. Jotta järjestelmä olisi tulevaisuudessa stabiili, myös häiriötiloissa, tulee kehittää korvaavia ratkaisuja.
Inertiaa sähkövoimajärjestelmään tuottaa tuotantolaitosten suuret pyörivät turbiinit ja generaattorit. Aurinko- ja tuulivoima eivät tuota järjestelmään suoraan inertiaa, tästä syystä synteettinen inertia on hyvä tapa korvata inertiaa. Synteettistä inertiaa voidaan tuottaa järjestelmään useilla tavoin. Tuulivoiman integrointi taajuusmuuttajien avulla verkkoon on mahdollinen tuotantotapa. Tämä olisi järkevää alueilla, joissa tuulivoiman odotetaan tuottavan merkittävän osuuden sähköstä. Akuilla voidaan myös tuottaa synteettistä inertiaa järjestelmään.
Osassa sähkövoimajärjestelmistä inertian alhainen määrä on edellyttänyt toimenpiteitä, mutta suurimmassa osasta maailmaa uusiutuvat energialähteet eivät ole vielä saavuttaneet riittävää osaa sähköntuotannosta aiheuttaakseen ongelmia.
Tulevaisuudessa sähkövoimajärjestelmiä suunnitellessa tulee tasapainotella tuotannon ja stabiilisuuden välillä, jotta verkosta saadaan toimiva. Synteettisen inertian tuotanto riippuu käytettävistä sähköntuotanto tavoista. When the use of fossil fuels decreases, and solar and wind power increases electricity grids must develop to ensure reliable electricity supply. Increase of renewable energy sources in electricity production cause the amount of inertia in the system to lower.
Inertia resists the rate of change in frequency during disturbances before secondary systems activate. If the amount of inertia in the system is too low fast changes in frequency can cause large disconnections in the power grid. To ensure stability in the electricity grid development of solutions to offset lack of inertia is crucial.
In the power grid inertia is generated by large spinning turbines and generators in power plants. Solar and wind power do not generate any inertia directly into the system but using synthetic inertia the same effect can be achieved. Synthetic inertia can be generated for example by using frequency convertors with wind turbines or from electricity stored in batteries.
In most power grids around the world renewable energy sources don’t have significant enough share of electricity production to cause problems due to lack of inertia. In some electricity grids though, synthetic inertia is being generated.
In the future balance between production and stability will become more important to ensure stable electricity supply. The method of generating synthetic inertia depends on the electricity production methods.
Inertia vastustaa taajuuden muutosta häiriötilanteissa ennen kuin toissijaiset järjestelmät puuttuvat taajuuden muutokseen. Kun inertian määrä on liian alhainen sähkövoimajärjestelmässä, taajuuden nopea muutos saattaa aiheuttaa suuria irtikytkentöjä. Jotta järjestelmä olisi tulevaisuudessa stabiili, myös häiriötiloissa, tulee kehittää korvaavia ratkaisuja.
Inertiaa sähkövoimajärjestelmään tuottaa tuotantolaitosten suuret pyörivät turbiinit ja generaattorit. Aurinko- ja tuulivoima eivät tuota järjestelmään suoraan inertiaa, tästä syystä synteettinen inertia on hyvä tapa korvata inertiaa. Synteettistä inertiaa voidaan tuottaa järjestelmään useilla tavoin. Tuulivoiman integrointi taajuusmuuttajien avulla verkkoon on mahdollinen tuotantotapa. Tämä olisi järkevää alueilla, joissa tuulivoiman odotetaan tuottavan merkittävän osuuden sähköstä. Akuilla voidaan myös tuottaa synteettistä inertiaa järjestelmään.
Osassa sähkövoimajärjestelmistä inertian alhainen määrä on edellyttänyt toimenpiteitä, mutta suurimmassa osasta maailmaa uusiutuvat energialähteet eivät ole vielä saavuttaneet riittävää osaa sähköntuotannosta aiheuttaakseen ongelmia.
Tulevaisuudessa sähkövoimajärjestelmiä suunnitellessa tulee tasapainotella tuotannon ja stabiilisuuden välillä, jotta verkosta saadaan toimiva. Synteettisen inertian tuotanto riippuu käytettävistä sähköntuotanto tavoista.
Inertia resists the rate of change in frequency during disturbances before secondary systems activate. If the amount of inertia in the system is too low fast changes in frequency can cause large disconnections in the power grid. To ensure stability in the electricity grid development of solutions to offset lack of inertia is crucial.
In the power grid inertia is generated by large spinning turbines and generators in power plants. Solar and wind power do not generate any inertia directly into the system but using synthetic inertia the same effect can be achieved. Synthetic inertia can be generated for example by using frequency convertors with wind turbines or from electricity stored in batteries.
In most power grids around the world renewable energy sources don’t have significant enough share of electricity production to cause problems due to lack of inertia. In some electricity grids though, synthetic inertia is being generated.
In the future balance between production and stability will become more important to ensure stable electricity supply. The method of generating synthetic inertia depends on the electricity production methods.