Sähkönjakeluverkon toimitusvarmuusanalyysi sekä saneerausvaihtoehtojen teknistaloudellinen vertailu

Abstract

Vuonna 2021 voimaan astuneen sähkömarkkinalain muutoksen myötä jakeluverkonhaltijoiden tulee saavuttaa toimitusvarmuusvaatimukset kustannustehokkaasti asetettuun aikarajaan mennessä. Kustannustehokkuuslaskelmat tulee jatkossa esittää lakisääteisessä kehityssuunnitelmassa, joka toimitetaan Energiavirastolle. Diplomityö on tehty Sipoon Energia Oy:lle, joka toimii jakeluverkonhaltijana Sipoossa Uudenmaan maakunnassa. Verkkoyhtiön erityispiirteenä on voimakkaasti kasvava asiakasmäärä.

Työssä selvitettiin Sipoon Energia Oy:n jakeluverkon nykyinen toimitusvarmuustaso ja arvioitiin vaadittava toimitusvarman verkon määrä vuoteen 2036 mennessä. Toimitusvarmuustason määrittämiseen käytettiin suurhäiriömallinnusta ja vuoden 2017 Kiira-rajuilmaan pohjautuvaa keskeytyshistoriaa. Lisäksi erilaisille verkon saneeraustavoille tehtiin elinkaarikustannustarkastelu. Tarkastelu tehtiin kahdelle todelliselle haja-asutusalueen johtolähdölle ja lähtötietoina käytettiin yhtiön keskeytystilastoja vuosilta 2016–2021. Perinteisten saneeraustapojen lisäksi arvioitiin sähkövaraston hyödynnettävyyttä toimitusvarmuusinvestoinnin korvaamisessa.

Suurhäiriömallinnuksen perusteella rakenteellisesti toimitusvarmaa verkkoa tulee lisätä 15 % KJ-verkossa ja 12 % PJ-verkossa, jotta saavutetaan toimitusvarmuusvaatimukset. Elinkaarikustannustarkastelussa käytetyillä kustannus- ja vikatiedoilla laskettuna edullisimmat saneerausratkaisut ovat täyskaapelointi sekä haarajohtojen kaapelointi. Optimaalisin ratkaisu riippuu kuitenkin merkittävästi mm. johtolähdön tehosta, ympäristöstä sekä kaapelointikustannuksista, minkä vuoksi yksiselitteistä ratkaisua eri johtolähdöille ei ole yleistettävissä. Sähkövarastojen hyödyntäminen toimitusvarmuusinvestoinnin korvaajana ei nykyhinnoilla ole vielä kannattavaa.

Changes in the Electricity Market Act set in 2021 obligates all distribution system operators to achieve the security of supply requirements cost-efficiently by set time frame. In the future calculations for cost-efficiency must be presented in a statutory network development plan, that needs to be delivered to the Energy Authority. This Master’s thesis has been done for Sipoo Energia Oy which operates as a distribution system operator in Sipoo in the region of Uusimaa. One specific feature of this company is it´s strongly growing customer base.

In this thesis the current rate of supply security of Sipoo Energia Oy´s distribution network was examined, and the amount of supply secure network needed by 2036 was estimated. Major disturbance modeling and the fault data from storm Kiira in 2017 were used to determine the rate of supply security. In addition, lifecycle cost analysis was conducted for different network technologies. The analyze was executed for two feeders in rural area and the company´s fault data from 2016-2021 was used as a baseline. In addition to traditional network technologies battery storage systems cost-efficiency was assessed to replace network investment based on supply security.

Based on major disturbance modeling in order to achieve the supply security requirements the amount of structurally supply secure network should be increased by 15 percent in MV-network and by 12 percent in LV-network. The most cost-efficient renovation methods based on cost and fault data used in lifecycle cost analysis are cabling the whole feeder or only the spur lines. Among other things the most cost-efficient solution depends significantly on the power of feeder, environment and cost of cabling for which reasons there is no explicit solution for different feeders. With current price rates it is not profitable to utilize battery storage system as a replacement for investment based on supply security.