Balancing an Increasing Share of Intermittent Wind Power Production : A comparison between the characteristics of wind power variations in Sweden and the technical flexibility of a major district heating utility

Environmental changes caused by human activities are frequently discussed issues andrenewable energy is given increased technological and political attention. The Swedish politicaltarget of a growth of renewable energy has boosted investment in weather dependent wind powerproduction. As a larger share of the energy supply becomes intermittent, the energy system faceschallenges in balancing the grid and maintaining a secure energy supply. Thus, new requirementson regulating capacity will be necessary to drive this transformation. AB Fortum Värme samägtmed Stockholms Stad (Fortum Heat), a district heating company operating in the Stockholmregion, has the potential to adapt its electricity production to market variations. The flexibilityoriginates from a large variation of technologies and fuels used, and the company is both aconsumer and producer of electricity. However, the electrical flexibility is limited by rampingtimes and the heating demand of the market, and inaccurate forecasts complicate the planningprocess. In this report, the historical hourly variations of wind power production from 2011-2015 inSweden were investigated and compared with the technical flexibility of Fortum Heat. Thevariations were found to be in line with the current ramping times of the company’s power plantsbut would in some cases require the plants to be in stand by mode, posing higher economic risksfor the company. The seasonal variations in Fortum Heat’s flexibility were also found tocoincide with the changes of wind power production, with some exceptions. During extremelylow temperatures, Fortum Heat produces heat alone due to liabilities towards the district heatingcustomers. Consequently, as wind power production was lower during these temperatures,Fortum Heat has to decrease its dependency on heat only production in order to enable electricityproduction. Furthermore, wind power production was smaller during higher temperatures, whenFortum Heat’s flexibility is low. Condensing power could be operated during these temperatures,but require that maintenance would have to be planned accordingly.Miljöförändringar orsakade av mänskliga aktiviteter är ett ofta diskuterat problem och förnybarenergi ges allt större teknisk och politisk uppmärksamhet. Det svenska politiska målet om enökning i förnybar energi har gett ett uppsving för investeringar i väderberoendevindkraftsproduktion. Då en större del av energiutbudet blir intermittent uppkommer svårigheteri att balansera elnätet och att upprätthålla ett säkert energiutbud. Därför kommer nya krav påreglerkapacitet att vara nödvändiga för att driva på denna transformation. AB Fortum Värmesamägt med Stockholms Stad, ett fjärrvärmeföretag med verksamhet i Stockholmsregionen, harpotentialen att anpassa sin elektricitetsproduktion till marknadsvariationer. Flexibilitetenkommer från stora variationer i teknik och bränsle, och företaget är både konsument ochproducent av elektricitet. Den elektriska flexibiliteten är dock begränsad av rampingtider samtmarknadens värmebehov och felaktiga prognoser kan försvåra planeringsprocessen. I denna rapport undersöks de historiska, timvisa variationerna i vindkraftsproduktion mellan2011-2015 i Sverige och jämförs med den tekniska flexibiliteten hos Fortum Värme. Enligtuträkningarna visade sig variationerna vara i linje med de nuvarande rampingtiderna hosföretagets anläggningar, men kunde i några fall kräva att verken opererar i stand by vilket i sintur utgör en högre risk för företaget. Säsongsvariationerna för Fortum Värmes flexibilitetsammanföll enligt beräkningarna med förändringarna i vindkraftsproduktion, med vissaundantag. Under extremt låga temperaturer producerade företaget endast värme på grund avskyldigheter mot sina fjärrvärmekunder. Eftersom vindkraftsproduktionen minskar under lågatemperaturer måste därmed Fortum Värme minska sitt beroende av endast värmeproduktion föratt möjliggöra elproduktion. Vindkraftsproduktion var dessutom mindre under högretemperaturer, när Fortum Värmes flexibilitet är låg. Kondenskraft kan i dessa fall vara ettalternativ men kräver att underhåll planeras i enlighet med elbehovet