Design and control of harbour area smart grids with application of battery energy storage system

Maailmanlaajuinen kauppa tapahtuu pääasiassa merialuksilla, ja satamista on tulossa merkittävin osa minkä tahansa maan talouskehitystä. Perinteisten dieselmoottorialusten käyttämä fossiilinen polttoaine aiheuttaa kuitenkin satamissa monenlaisia myrkyllisiä päästöjä ja ilmansaasteita, jotka ovat uhka ihmisten terveydelle ja aiheuttavat monenlaisia vaarallisia sairauksia. Tästä syystä Kansainvälinen merenkulkujärjestö IMO ja EU-direktiivit suosittelevat, että alukset käyttävät satamissa ollessaan maalta tulevaa sähkönsyöttöä tai vähärikkistä polttoainetta myrkyllisten kaasupäästöjen ja ilmansaasteiden rajoittamiseksi. Tämä tutkimus esittelee uusimpia ja tulevaisuuden merenkulun ratkaisuja, analysoi nykyaikaisten alusten teknisiä vaatimuksia sekä satamaverkkoja ja esittelee uusia malleja satama-alueen älykkäille sähköverkoille, joilla tuetaan maasähkön käyttöä ja akkujen lataamista vaativia aluksia. Tutkimuksessa tarkasteltiin useita akkuenergiavarastojen latauskonfiguraatioita sekä hitailla että nopeilla latausjärjestelmillä sähkö-/hybridialuksille ja analysoitiin niiden käytännön toteutukseen liittyviä teknisiä haasteita. Akkuenergiavarastojen sopivaa kokoa ja sijoittelua satamaverkkojen tehokapasiteetin parantamiseksi selvitettiin todelliseen verkkoon perustuvassa tapaustutkimuksessa, jossa parannettiin Ahvenanmaan verkon satamien tehokapasiteettia. Lisäksi kehitettiin akkuenergiavarastojen ohjausalgoritmi tehotasapainon ylläpitämiseksi Vaasan satamaverkossa ensin MATLAB/Simulink-mallina, jonka jälkeen sen suorituskykyä testattiin OPAL-RT reaaliaika-simulaattorilla suorittamalla ns. laitesilmukkasimulaatioita. Ehdotetuilla satamaverkkomalleilla voidaan vastata ilmansaasteista aiheutuviin ympäristöongelmiin sekä mahdollistaa maasähkönsyöttö ja akkujen latausasemat tuleville hybridi- ja sähköaluksille. Lisäksi tämä väitöskirja voi toimia pohjana uusien liiketoimintastrategioiden kehittämiselle alusten omistajien, satamajohtajien ja paikallisviranomaisten tarpeisiin.