Metsäteollisuuden sähköverkon kompensoinnin ja yliaaltosuodatuksen optimointi

Abstract

Metsäteollisuuden laitoksilla sähkönjakelun toimintavarmuus on tärkeä osa tuotantoprosessia. Sähkönjakelun toimintavarmuuden osalta korostuu käytettävän tekniikan luotettavuus ja sähkön tekninen laatu. Heikko sähkön tekninen laatu näyttäytyy yleisimmin erilaisina jännitepoikkeamina, kuten yliaaltoina perustaajuiseen jännitteeseen nähden. Heikko sähkön laatu saattaa johtaa laiterikkoihin, jotka pahimmillaan aiheuttavat tuotannon keskeytyessä taloudellisia haittoja. Sähkön laatuun pystytään vaikuttamaan erilaisilla loistehon kompensointilaitteistoilla. Tarvittavan loistehon kompensoinnin määrä on riippuvainen sähkötehon suuruudesta, jonka vuoksi isoja sähkötehoja sisältävissä metsäteollisuuden laitoksissa esiintyy tarve kompensointilaitteistoihin liittyviin investointeihin.

Tässä työssä tarkasteltiin sähkön laatua parantavien kompensointilaitteistojen investointien kannattavuutta metsäteollisuuden laitoksen sähkönjakelun erityispiirteet huomioiden. Tarkastelu suoritettiin olemassa olevan metsäteollisuuden laitoksen sähkönjakeluverkkoon case-tarkastelun avulla. Case-tarkasteluun valituille laitteistoille määritettiin elinkaarikustannukset, jonka lisäksi niiden vaikutusta sähköverkkoon tarkasteltiin erilaisten sijoitteluperiaatteiden osalta. Tarkastelun perusteella kompensointilaitteistot ovat teknistaloudellisesti kannattavinta sijoittaa keskijännitteelle. Keskijännitekompensoinnilla pystytään tuottamaan loistehoa sekä tavanomaisten yliaaltotaajuuksien suodatusta pienjännitettä kannattavammin. Laitteistojen sijoittamista pienjännitteelle keskijännitteen ohella tulee harkita kohdennetun sähkön laatuun vaikuttamisen tarpeen, kuten yliaaltosuodatuksen tai häviöiden optimoinnin suhteen.

In forest industry plants, operational reliability of electricity distribution is an important part of the production process. Regarding to security of the electricity distribution supply, the technology reliability and the technical quality of the electricity are emphasized. The weak quality of electricity is commonly shown as various voltage deviations, such as harmonics compared to the fundamental frequency voltage. Weak electricity quality may lead to equipment breakdowns, which at worst cause financial harm when production is interrupted. The quality of electricity can be influenced with reactive power compensation equipment’s.

The required amount of reactive power compensation depends on the magnitude of the electric power. For that reason, in large power forest industry plants there is a need for implement investments to the reactive power compensation equipment's. This master's thesis examines the profitability of investing in compensation devices that improve the quality of electricity, considering the forest industry´s special features. The study was performed on the electricity distribution network of an existing plant by using a case inspection method. Life cycle costs were determined for case review selected compensation equipment´s and their impact on the electricity network was examined in terms of different placement principles. Based on the review, compensation equipment´s are most profitable to place in medium voltage. Placing equipment´s to medium voltage, it is possible to produce reactive power and filter the most common harmonics the most profitably. The placement of equipment at low voltage along with medium voltage should be considered in relation to the need to influence targeted to the quality of electricity, such as harmonics filtering or optimization of losses.