Search

Multi-energy carrier networks constitute a concept where several energy carriers are considered simultaneously, for example electrical, natural gas and district heating networks. In this thesis, a spatial and temporal model for multi-energy carrier studies based on MATLABr is represented. In the model, a city is divided into interconnected nodes with different energy networks. Each node has its own production and consumption profile. At each node it is possible to convert energy to another type of energy, store it, or transfer it to the networks. The model was used to analyse the impacts of large-scale renewable energy penetration in present energy systems. An important research question was how much more renewable energy capacity and system flexibility can be achieved with a multi-energy approach. Helsinki and Shanghai were chosen as the cases for urban areas. In Helsinki, the focus was on a large offshore wind farm and solar energy utilization together with smart electric vehicle charging. It was found that the wind power capacity in Helsinki could be increased by more than three times from the reference case with an electricity-to-heat conversion scheme. It was also shown that a smart and predictive recharging strategy for electric vehicles may solve the problems associated with high and intermittent solar production when it over stresses the electrical network. In the densely populated Shanghai, the solar electricity could momentarily satisfy the whole electricity demand on an hourly basis. On a yearly scale, 20 % of the electricity and 18 % of all energy could be from solar production. These shares of distributed energy production could be raised to over 30 % with fuel cell based tri-generation system in the city center without still exceeding the self-consumption limit., Monienergiaverkot muodostavat konseptin, jossa monia eri energiasiirtotapoja, esimerkiksi sähkö-, maakaasu- ja kaukolämpöverkkoa, tutkitaan samanaikaisesti yhtenä kokonaisuutena. Tässä diplomityössä esitellään spatiaalinen ja ajallinen, MATLABr:iin pohjautuva monienergiaverkkomalli. Mallissa kaupunki jaetaan noodeihin, jotka yhdistetään toisiinsa eri energiaverkoilla ja joilla on omat tuotanto- ja kulutusprofiilinsa. Noodeissa on mahdollista muuntaa energiaa muodosta toiseen, varastoida sitä, siirtää sitä verkkoihin tai käyttää sitä sieltä. Mallia käytettiin analysoimaan laajamittaisen uusiutuvan energian hyödyntämisen vaikutuksia nykyiseen energiajärjestelmään. Pyrittiin selvittämään, paljonko lisää joustavuutta ja uusiutuvan energian kapasiteettia voidaan energiajärjestelmään monienergiatarkastelulla saavuttaa. Helsinki ja Shanghai valittiin tarkasteltaviksi kaupunkiympäristöiksi. Helsingissä keskityttiin suureen merituulipuistoon ja aurinkovoimaan yhdistettynä sähköautojen lataamiseen. Saatiin selville, että Helsingin energiajärjestelmän tuulivoimakapasiteetti voitaisiin yli kolminkertaistaa muuntamalla sähköä kaukolämmöksi. Lisäksi osoitettiin, että älykkäällä sähköautojen latausstrategialla voidaan ratkoa ongelmia, joissa voimakas aurinkosähkötuotanto rasittaa sähköverkkoa liiaksi. Tiivisti asutetussa Shanghaissa energiajärjestelmään mahtuisi aurinkovoimaa niin paljon, että hetkellisesti koko sähköntarve voitaisiin tyydyttää sillä. Vuositasolla tämä tarkoittaisi, että 20 % sähkön- ja 18 % koko energiantarpeesta tuotettaisiin aurinkovoimalla. Jos keskusta-alueelle asennetaan polttokennopohjaista sähkön, lämmön ja kylmän yhteistuotantoa, nämä hajautetun energiantuotannon osuudet voitaisiin nostaa yli 30 %:iin, silti viemättä energiaa lainkaan tuotantopiikkien aikana kaupungin ulkopuolelle.