Sähkövarastojen käyttö sähkönjakeluverkon pitkän aikavälin suunnittelussa
Vauhkonen, Santeri (2019)
Diplomityö
Vauhkonen, Santeri
2019
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019042513305
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019042513305
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä tarkastellaan sähkövarastojen vaikutusta sähkönjakeluverkon pitkän aikavälin suunnitteluun. Työssä tehtiin kirjallisuuskatsaukset jakeluverkkoon sopiviin sähkövarastoihin, sähkövarastoihin liittyvään lainsäädäntöön sekä sähkövarastojen käyttöön jakeluverkossa. Kirjallisuuskatsauksissa saatujen tietojen avulla tarkasteltiin sähkövarastojen vaikutusta sähkönjakeluverkon pitkän aikavälin suunnitteluun. Tämän lisäksi työssä kehitettiin laskentamalli sähkövaraston kannattavuuden tarkasteluun sähkön toimitusvarmuuden parantamiseksi.
Kirjallisuustutkimusten perusteella tämän hetkisistä sähkön varastointiteknologioista jakeluverkkoon sopivat parhaiten akut. Varsinkin litiumioniakkujen uskotaan yleistyvän jakeluverkon sovelluksissa niiden jakeluverkkoon sopivien ominaisuuksien ja nopeasti laskevan hinnan ansiosta. Sähkövarastojen yleistymisen yleistymistä hidastaa lainsäädäntö. Sähkömarkkinalain mukaan jakeluverkkoyhtiö ei saa omistaa sähkövarastoa muuta kuin poikkeustapauksissa. Sähkövarastolla on oltava ulkopuolinen, sähkömarkkinoilla toimiva omistaja. Sähkövarastoihin liittyvä lainsäädäntö tulee muuttumaan. Esimerkiksi sähkön varastointi muuttui alkuvuodesta 2019 verottomaksi joissakin tapauksissa. Jakeluverkkoyhtiöt voivat käyttää sähkövarastoja muiden muassa kuormituksen tasaamiseen, investointien lykkäämiseen, toimitusvarmuuden parantamiseen ja jännitteen säätöön. Myös sähkön käyttäjät voivat hyötyä sähkövarastoista esimerkiksi pientuotannon omakäyttöasteen parantamisessa tai kuormituksen tasaamisessa. Sähkövarastoja tullaan liittämään jakeluverkkoon sekä jakeluverkkoyhtiön että sähkön käyttäjien toimesta.
Sähkönjakeluverkon pitkän aikavälin suunnittelussa tarkastellaan verkon kehittämistarpeita kymmeniksi vuosiksi eteenpäin. Sähkövarastot tulevat yleistymään jakeluverkossa ja niiden verkostovaikutukset tulisi ottaa jo huomioon pitkän aikavälin suunnittelussa. Sähkövarastojen käyttö jakeluverkossa näyttäytyy sähkönjakeluliiketoiminnan valvontamallissa eri tavalla kuin perinteiset verkkoinvestoinnit. Jakeluverkkoyhtiöt eivät voi omistaa sähkövarastoja. Täten sähkövarastot eivät kasvata jakeluverkon jälleenhankinta-arvoa. Sen sijaan sähkövarastopalvelut ostetaan ulkopuolisilta tahoilta, joka nostaa operatiivisia kustannuksia. Sähkövarastot muokkaavat sähkön käyttäjien kuormitusta. Pitkän aikavälin suunnittelussa käytettäviä kuormitusmalleja on muokattava sähkövarastojen yleistyessä. Sähkövarastolla voidaan tasata kuormitusta. Täten jakeluverkkoyhtiöt voivat vähentää jakeluverkon häviöitä ja vaikuttaa investointien tarpeellisuuteen.
Työssä tehdyn laskennan perusteella sähkövarastolla on taloudellisesti kannattavaa vähentää asiakkaan kokemia keskeytyksiä nykyisillä sähkövarastojen hinnoilla. Erityisesti paljon lyhyitä keskeytyksiä kokevat verkonosat voivat olla potentiaalisia sähkövaraston sijoituskohteita. This master’s thesis studies the impact of electrical energy storage facilities on long-term design of the electricity distribution network. A literature review was done to analyze electricity energy storages suitable for the distribution network, to analyze electricity energy storage legislation and to study the applications of electrical energy storages in distribution network. The impact of electrical energy storages on the distribution network’s long-term design was studied with results from literature reviews. Moreover, a calculation model was developed to study the profitability of electrical energy storage in improving security of supply.
According to the literature reviews, batteries are the best suited of today’s storage technologies for the applications of the distribution network. It is believed that lithium ion batteries, in particular, will become common in distribution network applications due to their suitable characteristics and rapidly falling prices. Legislation is slowing down the rise of electricity energy storage facilities. Under the Electricity Market Act, distribution network operators can only own electricity energy storage facilities in exceptional cases. Electrical energy storages must be owned by an external actor that operates in the electricity market. Legislation related to electrical energy storage is going to change. For example, storing electricity will be made a tax-free activity in some cases in early 2019. Distribution network operators can use electrical energy storage for load leveling, investment deferral, improving security of supply, and voltage control, among other things. Electricity end users can also benefit from electrical energy storage, for example through their use in improving self-consumption rate or load leveling. Both distribution network operators and electricity end users will connect electricity storages to the network.
When a distribution network is being designed for the long term, the need for network improvements is studied with the coming decades in mind. Electrical electricity storage facilities will become more common in distribution networks and their effect on the network should be considered in long-term design. The use of electricity energy storages for network applications appears different in the regulation model to how it appears in traditional network investments. Distribution network operators cannot own electricity energy storages. Therefore, electricity energy storages do not increase the replacement value of the distribution network. Instead, electrical energy storage services are bought from external actors, which increases operational expenses. Electrical energy storages change electricity end users’ consumption. Load diagrams used in long-term design should be remodeled as electricity energy storage facilities become more common. Electricity energy storages can be used for load leveling. Thus, distribution network operators can reduce distribution losses and have an impact on the necessity for new investments.
According to the calculations made in this thesis with present cost of electrical energy storages, it is profitable to reduce interruptions experienced by customers. Electrical energy storages can have potential especially in parts of the distribution grid that experience plenty of short interruptions.
Kirjallisuustutkimusten perusteella tämän hetkisistä sähkön varastointiteknologioista jakeluverkkoon sopivat parhaiten akut. Varsinkin litiumioniakkujen uskotaan yleistyvän jakeluverkon sovelluksissa niiden jakeluverkkoon sopivien ominaisuuksien ja nopeasti laskevan hinnan ansiosta. Sähkövarastojen yleistymisen yleistymistä hidastaa lainsäädäntö. Sähkömarkkinalain mukaan jakeluverkkoyhtiö ei saa omistaa sähkövarastoa muuta kuin poikkeustapauksissa. Sähkövarastolla on oltava ulkopuolinen, sähkömarkkinoilla toimiva omistaja. Sähkövarastoihin liittyvä lainsäädäntö tulee muuttumaan. Esimerkiksi sähkön varastointi muuttui alkuvuodesta 2019 verottomaksi joissakin tapauksissa. Jakeluverkkoyhtiöt voivat käyttää sähkövarastoja muiden muassa kuormituksen tasaamiseen, investointien lykkäämiseen, toimitusvarmuuden parantamiseen ja jännitteen säätöön. Myös sähkön käyttäjät voivat hyötyä sähkövarastoista esimerkiksi pientuotannon omakäyttöasteen parantamisessa tai kuormituksen tasaamisessa. Sähkövarastoja tullaan liittämään jakeluverkkoon sekä jakeluverkkoyhtiön että sähkön käyttäjien toimesta.
Sähkönjakeluverkon pitkän aikavälin suunnittelussa tarkastellaan verkon kehittämistarpeita kymmeniksi vuosiksi eteenpäin. Sähkövarastot tulevat yleistymään jakeluverkossa ja niiden verkostovaikutukset tulisi ottaa jo huomioon pitkän aikavälin suunnittelussa. Sähkövarastojen käyttö jakeluverkossa näyttäytyy sähkönjakeluliiketoiminnan valvontamallissa eri tavalla kuin perinteiset verkkoinvestoinnit. Jakeluverkkoyhtiöt eivät voi omistaa sähkövarastoja. Täten sähkövarastot eivät kasvata jakeluverkon jälleenhankinta-arvoa. Sen sijaan sähkövarastopalvelut ostetaan ulkopuolisilta tahoilta, joka nostaa operatiivisia kustannuksia. Sähkövarastot muokkaavat sähkön käyttäjien kuormitusta. Pitkän aikavälin suunnittelussa käytettäviä kuormitusmalleja on muokattava sähkövarastojen yleistyessä. Sähkövarastolla voidaan tasata kuormitusta. Täten jakeluverkkoyhtiöt voivat vähentää jakeluverkon häviöitä ja vaikuttaa investointien tarpeellisuuteen.
Työssä tehdyn laskennan perusteella sähkövarastolla on taloudellisesti kannattavaa vähentää asiakkaan kokemia keskeytyksiä nykyisillä sähkövarastojen hinnoilla. Erityisesti paljon lyhyitä keskeytyksiä kokevat verkonosat voivat olla potentiaalisia sähkövaraston sijoituskohteita.
According to the literature reviews, batteries are the best suited of today’s storage technologies for the applications of the distribution network. It is believed that lithium ion batteries, in particular, will become common in distribution network applications due to their suitable characteristics and rapidly falling prices. Legislation is slowing down the rise of electricity energy storage facilities. Under the Electricity Market Act, distribution network operators can only own electricity energy storage facilities in exceptional cases. Electrical energy storages must be owned by an external actor that operates in the electricity market. Legislation related to electrical energy storage is going to change. For example, storing electricity will be made a tax-free activity in some cases in early 2019. Distribution network operators can use electrical energy storage for load leveling, investment deferral, improving security of supply, and voltage control, among other things. Electricity end users can also benefit from electrical energy storage, for example through their use in improving self-consumption rate or load leveling. Both distribution network operators and electricity end users will connect electricity storages to the network.
When a distribution network is being designed for the long term, the need for network improvements is studied with the coming decades in mind. Electrical electricity storage facilities will become more common in distribution networks and their effect on the network should be considered in long-term design. The use of electricity energy storages for network applications appears different in the regulation model to how it appears in traditional network investments. Distribution network operators cannot own electricity energy storages. Therefore, electricity energy storages do not increase the replacement value of the distribution network. Instead, electrical energy storage services are bought from external actors, which increases operational expenses. Electrical energy storages change electricity end users’ consumption. Load diagrams used in long-term design should be remodeled as electricity energy storage facilities become more common. Electricity energy storages can be used for load leveling. Thus, distribution network operators can reduce distribution losses and have an impact on the necessity for new investments.
According to the calculations made in this thesis with present cost of electrical energy storages, it is profitable to reduce interruptions experienced by customers. Electrical energy storages can have potential especially in parts of the distribution grid that experience plenty of short interruptions.