Roudan vaikutus sähkönjakelun ilmajohtoverkkojen vikaantumiseen ja sähköverkkoliiketoimintaan

Abstract

Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin roudan vaikutusta ilmajohtoverkkojen vikaantumiseen ja sen vaikutuksia sähköverkkoliiketoimintaan. Lisäksi hankkeessa tehtiin alustava arvio lumikuormien liiketoimintavaikutuksesta. Routa vähentää merkittävästi puiden aiheuttamaa vikaantumisriskiä, koska jäätynyt maa ankkuroi puita ja estää niitä kaatumasta voimakkaiden tuulien aikana. Ilmastonmuutoksen myötä lämpenevät talvet kuitenkin vähentävät routapäivien määrää, mikä voi lisätä vikaantumisriskiä. Ilmastonmuutos vaikuttaa Suomessa roudan lisäksi myös puuston lumikuormiin, joiden on ennustettu kasvavavan merkittävästi Pohjois- ja Itä-Suomessa. Nämä muutokset johtavat lisääntyneisiin sähkönjakeluverkon vikamääriin ja vikaantumiskustannuksiin sähköverkkoyhtiöille. Ilmastonmuutoksen vaikutuksen arvioimiseksi sähkönjakeluverkkojen vikaantumiseen hankkeessa kerättiin laaja tutkimusaineisto verkkoyhtiöiden toimittamasta keskeytysaineistosta ja avoimista lähteistä saatavilla olevista ympäristö- ja säätiedoista sekä Ilmastonmuutosskenaarioista. Vikaantumiseen vaikuttavien ilmiöiden mallintamiseen hyödynnettiin geospatiaalista analyysiä, monimuuttuja lineaari-regressiomallinnusta ja koneoppimismenetelmiä. Tutkimuksen tulosten mukaan maan ollessa roudassa tuulesta aiheutuvien vikojen määrä on noin -65% – -85%, jolloin routapäivien vähetessä tulevaisuudessa todennäköisyys yksittäisille vakaville suurhäiriöille lisääntyy. Roudan vähenemisen vaikutus viankorjaus- ja keskeytyskustannuksiin on hankkeen tulosten mukaan kuitenkin maltillinen pitkällä aikavälillä, vuonna 2050 kustannukset kasvaisivat noin 2–8 % nykyisestä. Vaikutukset pysyvät maltillisina, koska routapäivien vähenemä on pieni suhteessa koko vuoden päiviin ja tuulivioista aiheutuvien kustannusten pienestä määrästä suhteessa liikevaihtoon pitkällä aikavälillä. Lumikuormien lisääntymisen vaikutus vikaantumiseen on mahdollisesti merkittävä, lisätutkimusta kuitenkin vaaditaan lumikuormien muutoksen ja vikaantumisen välisen yhteyden selvittämiseksi. Myrskyvarmuusinvestointien edetessä koko Suomessa, roudan vähenemisen vaikutus pienenee entisestään. Kuitenkin kerrannaisvaikutukset, kuten kostea maaperä ja voimakkaammat myrskytuulet syys- sekä talvikaudella voivat lisätä vikamääriä mallinnettuja tuloksia enemmän.

This study examined the effect of soil frost on the failure of overhead power lines and its effects on the electricity network business. In addition, the project made a preliminary assessment of the impact of crown snow loads on distribution networks. Soil frost significantly reduces the risk of tree failure because the frozen ground anchors the trees and prevents them from falling during strong winds. However, warming winters due to climate change will reduce the number of frost days, which can increase the risk of failure. In Finland, climate change affects not only frost but also snow loads on trees, which have been predicted to increase significantly in Northern and Eastern Finland. These changes lead to increased failure rates in the power distribution network and failure costs for distribution network companies. In order to assess the impact of climate change on the failure of electricity distribution networks, the project collected extensive research data from outage databases collected by network companies and environmental and weather data as well as climate change scenarios available from open sources. Geospatial analysis, multivariate linear regression modeling and machine learning methods were used to model the phenomena affecting the overhead line fault risks. According to the results of the study, when the soil is frozen, the number of defects caused by wind approximately -65% – -85% lower compared to non-frozen soil conditions. As the number of frost days decreases in the future, the probability of individual serious major failures will in-crease. However, according to the results of the project, the effect of the reduction of soil frost on the costs caused by faults is moderate in the long term, in 2050 the costs would increase by approximately 2–8% from the current level. The effects will remain moderate, because the reduction in frost days is small in relation to the days of the whole year and due to the small amount of costs caused by wind faults in relation to the total turnover of the distribution network companies in the long term. The effect of increasing snow loads on the fault risk is potentially significant, however, further research is required to clarify the connection between the change in snow loads and failure. As storm safety investments progress throughout Finland, the impact of the reduction in soil frost will decrease further. However, the combined effects of multiple phenomena, such as moist soil and stronger storm winds in the autumn and winter season, can increase the number of failures more than the modeled results.