Väitös systeemi- ja operaatiotutkimuksen alalta, DI Tuomas Rintamäki

Väitöskirjan nimi: Optimization and time-series models for large-scale integration of variable renewable energy sources

Väittelijä: Tuomas Rintamäki
Vastaväittäjä: professori Ramteen Sioshansi, Carnegie Mellon University, Yhdysvallat
Kustos: professori Ahti Salo, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu

Aiemmin sähköjärjestelmät ovat koostuneet ennakoitavasta kulutuksesta sekä säädettävästä tuotannosta. Globaalit päästövähennystavoitteet ovat johtaneet uusiutuvien energiamuotojen laaja-alaiseen käyttöönottoon näissä järjestelmissä. Vaihtelevat uusiutuvat energiamuodot kuten tuuli- ja aurinkovoima ovat heikommin ennakoitavia ja säädettäviä eikä niillä ole merkittäviä marginaalituotantokustannuksia. Tämän takia näiden laaja-alainen käyttöönotto vaikuttaa sähköjärjestelmien riittävyys- ja joustavuusvaatimuksiin sekä sähkön hinnoitteluun seuraavan päivän ja päivänsisäisissä markkinoissa.

Väitöskirjassa kehitetään uusia optimointi- ja aikasarjamalleja vastaamaan tutkimuskysymyksiin, jotka liittyvät vaihtelevan uusiutuvan energiamuotojen laaja-alaiseen integroimiseen sähköjärjestelmiin. Siksi työssä kehitetään aikasarjamalli estimoimaan tuuli- ja aurinkovoiman vaikutus sähkönhintoihin pohjoismaalaisissa ja länsieurooppalaisissa sähköjärjestelmissä. Lisäksi työssä kehitetään seuraavat kolme optimointimallia: (i) malli, joka parantaa sähköjärjestelmän joustavuutta ja kustannuksia määrittämällä kapasiteettimaksut joustaville tuotantomuodoille, (ii) malli, joka optimoi joustavan tuottajan tarjoukset seuraavan päivän ja päivänsisäiselle markkinalle huomioiden uusiutuvan energian vaihtelevuuden, (iii) malli, joka optimoi pitkänajan tuotanto- ja siirtolinjainvestoinnit päästötavoitteiden saavuttamiseksi huomioiden uusiutuvan energian ja kulutuksen epävarmuuden.

Väitöskirjassa on kolme pääkontribuutiota. Ensinnäkin se yleistää aiempia malleja ottamalla huomioon uusia ominaisuuksia, kuten päivänsisäisen markkinan. Toiseksi se esittää uusia tekniikoita, joiden avulla optimointimallit saadaan ratkaistua nopeasti ja tarkasti. Kolmanneksi väitöskirja antaa tutkimustietoa esimerkiksi päästöjä vähentävästä pitkän aikavälin siirto- ja tuotantokapasiteetin laajentumisesta sekä tuuli- ja aurinkovoiman vaikutuksista sähkönhintoihin. Tämä tieto hyödyttää sekä tuottajia että kuluttajia ja auttaa suunnittelemaan mekanismeja, joilla uusiutuvan energian lähteitä voidaan integroida helpommin. Väitöskirjan menetelmiä on hyödynnetty muissa tutkimuksissa esimerkiksi arvioitaessa vaihtelevan uusiutuvan energia vaikutuksia eri maissa.

Avainsanat: optimointi, aikasarjamalli, peliteoria, uusiutuva energia, sähköjärjestelmä

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc 

Yhteystiedot: tuomas.rintamaki@aalto.fi