Joustopalvelut ja verkon kehittämismenetelmät : elinkaarikustannustarkastelu kehittämisvyöhykkeillä
Leinonen, Tuukka (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20230918130046
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20230918130046
Tiivistelmä
Joulukuussa 2021 julkaistussa määräyksessä kehittämissuunnitelmasta velvoitetaan jakeluverkonhaltijoita toimittamaan Energiavirastolle muun muassa verkon kehittämismenetelmäkohtaiset elinkaarikustannustarkastelut joka toinen vuosi kesäkuun 30. päivään mennessä. Uutena vaatimuksena vuoden 2024 kehittämissuunnitelmassa tulee tarkastella uusia kehittämis- ja joustomenetelmiä. Tässä työssä syvennytään erilaisiin verkon kehittämismenetelmiin ja joustoratkaisuihin. Lisäksi tarkastellaan joustomenetelmien mahdollisia käyttökohteita sähkönjakeluverkkotoiminnassa sekä kehittämismenetelmien välistä elinkaarikustannusvertailua kehittämisvyöhykkeillä.
Kehittämismenetelmien elinkaarikustannuksia arvioidaan kolmella vyöhykkeellä: haja-asutusalueella, asemakaava-alueella sekä saarikohteella. Saarikohteella ja haja-asutusalueella tarkastellaan kaikkia määräyksen vaatimia kehittämismenetelmiä, kun taas asemakaava-alueella tarkastellaan vain keskijänniteverkon maakaapelointimenetelmää toimitusvarmuusvaatimusten täyttämiseksi ja pienjännitekomponenteille liian suuren kuormitustason vuoksi.
Joustomenetelminä työssä tarkastellaan kysynnänjoustoa vaihtoehtona varasyöttöyhteyksien vahvistamiselle, sähköenergiavarastoilla hankittavaa toimitusvarmuusjoustoa ja loistehotaseiden hallintaa suuntaajakytkettyjen sähköenergiavarastojen avulla. Kyseisiä menetelmiä tarkastellaan joustopalveluna. Työssä tarkastellaan kyseisien palveluiden kustannussäästöpotentiaalia ja kannattavuuden rajakustannuksia. Lisäksi työssä tarkastellaan pienjännitetehonsiirto- ja keskijänniteliittymien taakse kytkettyjen kompensointilaitteiden loistehokapasiteettia ja niiden mahdollisen irti kytkemisen vaikutuksia verkkoyhtiön kantaverkkoon liityntäpisteiden loistehotaseiden hallintaan.
Työn tuloksien perusteella voidaan vastata määräyksen asettamiin vaatimuksiin elinkaarikustannus- ja joustopalvelutarkastelun osalta. Tämän lisäksi työssä määritetään muun muassa kehittämismenetelmäkohtaiset keskimääräiset vikaantumistaajuudet yhtiön vikatilastojen perusteella ja muodostetaan päättelykaaviot elinkaarikustannustarkastelun perusteella kustannustehokkaimman kehittämismenetelmän valintaa varten. In a regulation of development plan, published in December 2021, Finnish Energy Authority mandated electricity distribution system operators to submit life cycle cost assessments specific to network development methods, among other things, every two years by June 30th. As a new element in 2024 development plan, there is requirement to explore modern development methods and flexible grid resources. This study delves into the array of network development methods and flexible grid resources available. Furthermore, it examines potential applications of flexible resources in electricity distribution network operations and conducts a comparative analysis of life cycle costs among development zones.
The life cycle costs of development methods were analyzed in three zones: sparsely populated areas, urban planning areas and island locations. Sparsely populated areas and island locations were studied with all development methods stipulated in the regulation. In urban planning areas, the focus was exclusively on medium-voltage network underground cable installation method due to regions requirement of higher security of supply and excessive load levels for low-voltage components.
Regarding flexible grid resources, this work investigates demand response as an alternative to reinforcing backup supply connections, explores the use of electrical energy storage for reliability enhancement, and examines reactive power balance control via bidirectionally connected storage facilities. These methods were assessed as services, as an emphasis on evaluating their cost-saving potential and profitability thresholds. Additionally, the study examines reactive power compensation devices connected behind low-voltage power transmission and medium-voltage connection points, along with the potential impact of disconnecting them on reactive power balance at the distribution and transmission systems connection points.
Based on the results of this research, the regulatory requirements for life cycle cost assessments and flexible gird resources as a service can be met. Furthermore, the study establishes development-method-specific average failure rates derived from the company’s fault statistics and forms reasoning diagrams for selecting the most cost-effective development method based on the life cycle cost assessments.
Kehittämismenetelmien elinkaarikustannuksia arvioidaan kolmella vyöhykkeellä: haja-asutusalueella, asemakaava-alueella sekä saarikohteella. Saarikohteella ja haja-asutusalueella tarkastellaan kaikkia määräyksen vaatimia kehittämismenetelmiä, kun taas asemakaava-alueella tarkastellaan vain keskijänniteverkon maakaapelointimenetelmää toimitusvarmuusvaatimusten täyttämiseksi ja pienjännitekomponenteille liian suuren kuormitustason vuoksi.
Joustomenetelminä työssä tarkastellaan kysynnänjoustoa vaihtoehtona varasyöttöyhteyksien vahvistamiselle, sähköenergiavarastoilla hankittavaa toimitusvarmuusjoustoa ja loistehotaseiden hallintaa suuntaajakytkettyjen sähköenergiavarastojen avulla. Kyseisiä menetelmiä tarkastellaan joustopalveluna. Työssä tarkastellaan kyseisien palveluiden kustannussäästöpotentiaalia ja kannattavuuden rajakustannuksia. Lisäksi työssä tarkastellaan pienjännitetehonsiirto- ja keskijänniteliittymien taakse kytkettyjen kompensointilaitteiden loistehokapasiteettia ja niiden mahdollisen irti kytkemisen vaikutuksia verkkoyhtiön kantaverkkoon liityntäpisteiden loistehotaseiden hallintaan.
Työn tuloksien perusteella voidaan vastata määräyksen asettamiin vaatimuksiin elinkaarikustannus- ja joustopalvelutarkastelun osalta. Tämän lisäksi työssä määritetään muun muassa kehittämismenetelmäkohtaiset keskimääräiset vikaantumistaajuudet yhtiön vikatilastojen perusteella ja muodostetaan päättelykaaviot elinkaarikustannustarkastelun perusteella kustannustehokkaimman kehittämismenetelmän valintaa varten.
The life cycle costs of development methods were analyzed in three zones: sparsely populated areas, urban planning areas and island locations. Sparsely populated areas and island locations were studied with all development methods stipulated in the regulation. In urban planning areas, the focus was exclusively on medium-voltage network underground cable installation method due to regions requirement of higher security of supply and excessive load levels for low-voltage components.
Regarding flexible grid resources, this work investigates demand response as an alternative to reinforcing backup supply connections, explores the use of electrical energy storage for reliability enhancement, and examines reactive power balance control via bidirectionally connected storage facilities. These methods were assessed as services, as an emphasis on evaluating their cost-saving potential and profitability thresholds. Additionally, the study examines reactive power compensation devices connected behind low-voltage power transmission and medium-voltage connection points, along with the potential impact of disconnecting them on reactive power balance at the distribution and transmission systems connection points.
Based on the results of this research, the regulatory requirements for life cycle cost assessments and flexible gird resources as a service can be met. Furthermore, the study establishes development-method-specific average failure rates derived from the company’s fault statistics and forms reasoning diagrams for selecting the most cost-effective development method based on the life cycle cost assessments.