Sähköenergian hallinta ORC-generaattorin, sähkökattilan, akku- ja lämpövaraston sisältävässä hybridijärjestelmässä - Erkkilä, Tuomas (My University, 2026)
Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää, miten asiakasyrityksen hybridijärjestelmän sähköenergiaa voidaan hallita siten, että järjestelmän käyttö taajuusohjatuilla reservimarkkinoilla saadaan optimoitua. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, onko järjestelmän tekninen toteutus mahdollista. Työ toteutettiin AFRY Finland Oy:n toimeksiantona asiakasyrityksen käynnissä olevaan projektiin liittyen. Työn teoreettinen osuus tarkasteli lyhyesti hybridijärjestelmän jokaisen laitteen toiminta- ja käyttöperiaatteita. Työn teoriaosuudessa tarkasteltiin myös erilaisia algoritmeja, joita hyödynnetään sähkötehonjaossa. Näitä algoritmeja hyödynnettiin työn käytännön toteutuksessa muodostetussa hybridijärjestelmän dynaamisessa simulointimallissa. Teoriaosuudessa käytiin myös läpi taajuusohjattuja reservimarkkinoita sekä niihin osallistumista. Työssä käsiteltiin lisäksi mahdollisia reservimarkkinoille osallistumiseen liittyviä rajoitteita. Työn käytännön osuudessa rakennettiin MathWorksin MATLAB Simulink – simulointiohjelmistolla modulaarinen dynaaminen simulointimalli diplomityössä tarkasteltavasta hybridijärjestelmästä. Simulointimallin tarkoituksena oli mallintaa eri taajuusohjattujen reservien aktivointisignaaleiden mukaisesti järjestelmän kykyä osallistua niihin. Lisäksi simulointimallin avulla voitiin määrittää laitteiston parametrejä ja kokeilla millaisilla parametreillä osallistuminen täytti asetetut vaatimukset. Simulointimalli mahdollisti myös erilaisten reservimarkkinoihin osallistumisyhdistelmien testaamisen sekä niiden vaikutusten vertailun. Tulosten perusteella havaittiin, että hybridijärjestelmällä osallistuminen taajuusohjattuihin reservimarkkinoihin onnistuu teknisesti. Hybridijärjestelmä täyttää osallistumiselle asetetut vaatimukset. Järjestelmän sähkötehon hallinta on toteutettu siten, että nopeammat resurssit hoitavat nopean reservivasteen ja hitaammat resurssit liittyvät säätödynamiikkansa rajoissa tuottamaan pidemmän aktivoinnin vaatiman tehon energiakapasiteetin. Diplomityössä kehitettyä simulointimallia voidaan hyödyntää modulaarisuutensa ansiosta myös muihin hybridijärjestelmiin. Simulointimalliin voidaan tulevaisuudessa myös lisätä markkina-algoritmi, jonka avulla sen käyttö muuttuu lähemmäs järjestelmän digitaalisen kaksosen käyttöä.

The aim of this thesis was to find out how the electrical energy of the customer company’s hybrid system can be managed in such a way that the use of the system in the frequency-controlled reserve market can be optimized. In addition, the goal was to find out if the technical implementation of the system has been planned and thought out in such a way that it is possible to implement it. The thesis was conducted as an assignment from AFRY Finland Oy in connection with an ongoing project of the client company. The theoretical part of the thesis briefly examined the use and operating principles of each device of the hybrid system. In the theory part of the thesis, different algorithms that are used in electric power distribution were also examined. Algorithms are used in the practical implementation of the work in the dynamic simulation model of the hybrid system. The theory part also covered the frequency-controlled reserve markets, as well as participating in them. The thesis also discussed restrictions related to participation in the reserve market. In the practical part of the thesis, a modular dynamic simulation model of the study’s hybrid system was built using MathWorks’ MATLAB Simulink – simulation software. The purpose of the simulation model was to model the system’s ability to participate in them according to the activation signals of the different frequency-controlled reserves. In addition, with the help of the simulation model, it was possible to determine the parameters of the equipment and experiment with which parameters the participation met the set requirements. The simulation model also made is possible to evaluate different combinations of participation in the reserve market and compare thesis effects on the system. Based on the results, it was found that participating in the frequency-controlled reserve market with a hybrid system is technically possible. The hybrid system meets the requirements set for participation. System’s electric power management is implemented in such a way that the faster resources handle a quick reserve response, and the slower resources are connected within the limits of their control dynamics to produce the energy capacity of the power required for longer activation. Thanks to its modularity, the simulation model developed in the research can also be used for other hybrid systems. In the future, a market algorithm can also be added to the simulation model, with the help of which its use becomes closer to use of the system’s digital twin.
Keywords: simulointi; mallintaminen; sähkötekniikka; MATLAB; energia; energiantuotanto; fi=Sähkötekniikka|en=Electrical Engineering|; fi=Sähkö- ja energiatekniikan koulutusohjelma (DI)|en=Degree Programme in Electrical Engineering and Energy Technology|