Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Modelling of the Flexibility of the Swedish Power System
KTH, School of Electrical Engineering (EES), Electric Power Systems.
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Modellering av flexibiliteten i det svenska elsystemet (Swedish)
Abstract [en]

This master thesis studies the flexibility of Swedish power system. Because of the increase of

fuel price and the environmental issues, renewable energy plays an increasingly important

role. Sweden parliament has a planning frame of 30 TWh wind power energy per year in

2020. Wind power generation is largely dependent of wind speed. Since wind speed varies

all the time and is hard to be predicted, the introduction of wind power will cause variation

of power generation which needs to be balanced. Therefore, it is very important to study the

regulation capacity of the power system in order to balance wind power. In Sweden, it is

hydropower and thermal power that plays the role as balancing power. In earlier studies at

Department of Electric Power Systems KTH, a model has been built to examine the flexibility

of Swedish hydropower system. The aim of this thesis is to further develop this original

model. In the improved model, the flexibility of thermal power in Sweden is included.

Moreover, the improved model further considers the future value of stored water and the

impact of delayed running water released from the upstream power plants at the end of

simulated week.

The whole model is a large short-time planning problem and the objective of this model is to

maximize the profits. In this thesis, the profit is expressed as the future value of hydropower

minus the generation cost of thermal unit. Besides, the profit also includes the income and

the cost for the trading energy. The improved model is built as an optimization problem in

GAMS. The time step is one hour and the time span of each simulation is one week. The load

consumption and wind power production in each area are given as time series. The

constraints considered in this model include the generation limitations, operational

constraints of thermal power plants, hydrological coupling of hydropower plants, load

balance in each bidding area and transmission capacity. Several case studies are performed

in this thesis. Two models, both original model and improved model, will be tested. To find

out how large the regulation capacity the Swedish power system has, four different

expansion levels of wind power: 0 MW, 4000 MW, 8000 MW and 12000 MW are introduced.

The information regarding hydropower is obtained from statistic data in 2009 and the wind

power data for each week is coming from scaling the data in earlier studies. The operational

constraints of thermal power plants are based on the statistics data from 2008 to 2012. The

main finding from these case studies is that spillage will not increase when more wind power

is introduced to the system but only increase when the export capacity is reached and the

surplus power cannot be exported to other countries. Therefore, it can be concluded that

the Swedish power system has good possibilities to balance large amounts of wind power.

However, some simplifications and assumptions are made when the model is built, which

will give rise to some inaccuracy to the result. Therefore, in the end of this thesis, some

future studies are suggested to further improve this model.

Abstract [sv]

I detta examensarbete studeras flexibiliteten i det svenska elsystemet. På grund av ökande

bränslepriser och miljöproblem kommer betydelsen av förnybar energi att öka. Den svenska

riksdagen har beslutat om ett planeringsmål på 30 TWh vindkraft till år 2020. Elproduktionen

från vindkraft beror på vindhastigheten. Eftersom vindhastigheten varierar hela tiden och är

svår att förutsäga, medför en ökning av vindkraften variationer i elproduktionen som måste

balanseras. Därför är det mycket viktigt att studera elsystemets förmåga att balansera

vindkraft. I Sverige sköts denna balansering av vattenkraft och termiska kraftverk. I tidigare

studier vid Avdelningen för elektriska energisystem, KTH, har en modell utvecklats för att

studera flexibiliteten i det svenska vattenkraftsystemet. Målsättningen med detta arbete är

att vidareutveckla den ursprungliga modellen. I den förbättrade modellen inkluderas

flexibiliteten i de svenska termiska kraftverken. Dessutom tar den förbättrade modellen

hänsyn till värdet av sparat vatten och inverkan av vatten som rinner mellan två kraftverk i

slutet av den simulerade veckan.

Hela modellen är att stort kotttidsplaneringsproblem och målfunktionen i denna modell är

att maximera vinsten. I det här arbetet uttrycks vinsten som värdet av sparat vatten minus

produktionskostnaderna i de termiska kraftverken. Dessutom ingår inkomster och

konstnader för elhandel. Den förbättrade modellen är uppbyggd som ett

optimeringsproblem i GAMS. Tidssteget är en timme och varje simulering omfattar en vecka.

Lasten och vindkraftproduktionen i varje område är givna som tidsserier. De bivillkor som

ingår i denna modell är begränsningar i elproduktion, driftbegränsningar i termiska kraftverk,

hydrologisk koppling mellan vattenkraftverk, lastbalans i varje område och

transmissionsbegränsningar. Flera fallstudier genomförs. Två modeller, den ursprungliga och

den förbättrade, testas. För att undersöka hur stor balanseringsförmåga det svenska

elsystemet har undersöks fyra olika nivåer på vindkraftsutbyggnad: 0 MW, 4000 MW, 8000

MW och 12000 MW. Data för vattenkraften erhålls från statistik för 2009 och vindkraftsdata

är skalade data från tidigare studier. Driftbegränsningarna i termiska kraftverk baseras på

statistik från 2008 till 2012. Den viktigaste slutsatsen från dessa studier är att spillet inte ökar

då mer vindkraft introduceras i systemet, såvida man inte når gränsen för exportkapaciteten

och det inte är möjligt att exportera överskottsproduktion till andra länder. Därför kan man

dra slutsatsen att det svenska elsystemet har en god förmåga att balansera stora volymer

vindkraft. Modellen bygger dock på vissa förenklingar och antaganden, vilket medför en viss

osäkerhet i resultaten. Därför föreslås i slutet av rapporten några framtida studier för att

förbättra modellen ytterligare.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 92 p.
Series
EES Examensarbete / Master Thesis, XR-EE-EPS 2014:014
Keyword [en]
flexibility, short-term planning, hydropower, thermal power
National Category
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-154569OAI: oai:DiVA.org:kth-154569DiVA: diva2:757804
Educational program
Master of Science - Electric Power Engineering
Examiners
Available from: 2014-10-23 Created: 2014-10-23 Last updated: 2014-10-23Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1615 kB)343 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1615 kBChecksum SHA-512
31d4d0217bc3e9b2ca6bad4d2fce532a4c2ca92131b7b24c30ab5cbf6034404c3b0c1818bd640f49c5438f2be49f30e83d0b67e864661519c205b05856b75ddb
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Electric Power Systems
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 343 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 360 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf