Impact assessment of wind power generation on the Icelandic power transmission grid

Abstract

Wind power generation is under consideration by many interested parties in Iceland. Along with ongoing trial runs and wind speed measurements, numerous feasibility studies have been conducted with some promising results. The studies indicate that wind conditions on-shore in Iceland can be compared with the best off-shore conditions in Europe. It is therefore likely that wind farms will join the Icelandic power grid in the near future.The Icelandic grid is isolated from the mainland and is operated based on a fairly predictable market since approximately 80% of the energy consumption is based on long-term contracts with the power intensive industry. However, the intermittent nature of wind power generation can possibly lead to grid instabilities causing power delivery reliability reduction when combined with transmission grid operations based on present procedures.In this thesis, a novel method for time-stepped power flow simulations is developed using the PyPSA software package, employing PyPSA's distributed slack bus functionality as a way of emulating dispatch reduction in hydroelectric power plants in tandem with intermittent wind generation. A simulation of Iceland's transmission grid which includes hourly load and generation records encompassing one year is supplemented with a wind power generation profile which is synthesised from wind speed measurement data. A wind farm is simulated at three respective locations in Iceland, Dalasýsla, Langanes and Búrfell.The results of the simulation are analysed by comparing relative changes in power line transmission in the context of limits set by Landsnet in order to maintain grid stability. This study finds that wind generation in Iceland may cause transmission limit overreaches that are likely to increase strain on the 132 kV ring connection along Iceland's coastlines. A wind farm in Dalasýsla was observed to have some benefits to transmission line loading along the east-west power transmission corridors, while a wind farm in Langanes was seen to cause the opposite effect. A wind farm in Búrfellslundur was shown to have the potential to stabilise water reservoir management for hydroelectric power plants located in Iceland's southwestern regions. The thesis concludes with future grid management strategy recommendations to the transmission system operator.

Undanfarin misseri hefur vindorkuframleiðsla verið töluvert til umfjöllunar á Íslandi. Fjölmargar rannsóknir þess efnis hafa verið framkvæmdar samhliða tilraunaverkefnum og vindhraðamælingum. Gögnin benda til þess að aðstæður innanlands séu vel samanburðarhæfar við vindorkugarða á sjó erlendis. Því er talið líklegt að vindorkuver munu bætast í hóp þeirra raforkuframleiðenda sem tengjast íslenska raforkuflutningskerfinu í náinni framtíð.Raforkuflutingskerfi Íslands er einangrað frá umheiminum og er rekið við töluvert fyrirsjáanlegar markaðsaðstæður þar sem stóriðja nýtir um 80% af allri raforku á Íslandi. Þar sem vindorkuframleiðsla er í eðli sínu stopul er mögulegt að hún geti valdið stöðugleikavandamálum sem leiða til skerts afhendingaröryggis miðað við núverandi rekstrarform flutningskerfisins.Þessi ritgerð greinir frá nýstárlegri aðferð við tímabreytilegar aflflæðihermanir með PyPSA hugbúnaðinum. Möguleikar PyPSA til dreifingar á slakateinum eru nýttir til að líkja eftir framleiðsluskerðingu vatnsaflsvirkjana í takt við breytilega vindorkuframleiðslu. Smíðað var hermilíkan af raforkuflutningskerfinu sem inniheldur álags- og framleiðslumæligögn á klukkutíma fresti yfir eitt ár. Einnig var mótað líkan af ársframleiðslu vindorkuvers upp úr vindhraðamæligögnum. Prófað var að herma vindorkugarð á þremur mismunandi stöðum á landinu: í Dalasýslu, á Langanesi og við Búrfell.Niðurstöður hermuninnar voru greindar með því að bera saman hlutfallslegar breytingar aflflæðis í flutningslínum og þær settar í samhengi við flutningsmörk sem Landsnet hefur ákvarðað til að tryggja kerfisstöðugleika. Niðurstöðurnar benda til þess að vindorkugarðar á Íslandi gætu orðið þess valdandi að aflflutingur fari yfir þessi mörk og eru því líklegir til að valda auknu álagi á 132 kV hluta byggðarlínunar. Vindorkugarður í Dalasýslu reynist þó draga úr álagi á línur sem tengja saman austur- og vesturland en vindorkugarður á Langanesi hafði þveröfug áhrif á sömu línur. Vindaflsvirkjun við Búrfell gefur möguleika á bættum vatnsforðabúskap í uppistöðulónum vatnsaflsvirkjana á Þjórsársvæðinu. Að lokum eru gefnar ráðleggingar varðandi framtíðarrekstur flutningskerfisns.