Kehittyneiden verkostoratkaisujen elinkaarikustannukset ja käyttö verkkoyhtiössä
Pölönen, Juha (2022)
Diplomityö
Pölönen, Juha
2022
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022083056777
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022083056777
Tiivistelmä
Sähkömarkkinalain muutoksen myötä jakeluverkkoyhtiöiden on osoitettava investointien kustannustehokkuus vuoden 2022 kehittämissuunnitelmasta lähtien. Vuoden 2024 kehittämissuunnitelmasta eteenpäin vaaditaan myös kehittyneiden verkostoratkaisujen elinkaarikustannusvertailua.
Työssä tarkastellaan kehittyneiden verkostoratkaisujen elinkaarikustannuksia ja toimitusvarmuutta haja-asutusalueella, sekä verrataan niitä perinteisiin verkkotekniikoihin. Työssä käydään läpi kehittyneiden verkostoratkaisujen ominaisuuksia ja pilotteja, joissa verkkoyhtiö on ollut mukana.
Kehittyneiden verkostoratkaisujen tarkastelu on rajattu keskijänniteverkon haaroille. Elinkaarikustannusvertailussa haja-asutusalueen haaralle ei ole yhtä taloudellisinta tapaa rakentaa verkkoa, vaan se riippuu monesta tekijästä. Suurimmat vaikutukset ovat haaran teholla, pituudella, kaivuolosuhteilla, runkoverkon teknisellä ratkaisulla sekä tarkasteltavien tekniikoiden vikataajuudella ja viankorjausajalla. Työssä on käytetty verkkoyhtiön tilastoihin perustuvia arvoja niiltä osin kuin niitä on ollut käytettävissä. Muilta osin on käytetty kirjallisuuteen perustuvia arvoja.
Haja-asutusalueella alle 50 kW kuormilla edullisimmat vaihtoehdot ovat 1 kV -maakaapeli, LVDC ja KJ-ilmajohto. Kuormien noustessa KJ-maakaapeli ja akkuvaihtoehdot ovat edullisimpia vaihtoehtoja. Akkuvaihtoehto on kustannustehokkaimmillaan haaran ollessa pitkä ja johtolähdön ollessa vikaherkkää. Ilmajohtoratkaisut ovat kustannustehokkaimmat ratkaisut, kun kaivuolosuhteet ovat muuta kuin haja-asutusalueelle tyypillistä helppoa olosuhdetta. KJ-ilmajohtoratkaisu on myös kustannustehokkain ratkaisu lyhyillä haaroilla.
Joustopalveluiden kehittäminen ja käyttöön ottaminen mahdollistaa ratkaisuja sopeutumisessa hajautettuun ja vaihtelevaan energiantuotantoon. Verkkoyhtiön rooli on tarjota kuluttajille tekninen alusta sähkömarkkinoille osallistumiseen, jotta asiakkaat voivat käydä kauppaa joustavuudella ja omalla hajautetulla tuotannollaan. Verkkoyhtiö voi saada joustopalveluista taloudellista hyötyä investointien pitkittämisessä, verkon mitoittamisesta pienemmälle teholle sekä osana mikroverkkoja.
Selvityksen perusteella akkuvaihtoehtoa voi suositella verkostoratkaisumenetelmäksi perinteisten tekniikoiden rinnalle. LVDC-tekniikalla on suurempia epävarmuustekijöitä kuin akkuvaihtoehdolla, jotka vaativat selvittämistä ennen kuin se voi olla perinteisten tekniikoiden rinnalla investointivaihtoehtona. 1 kV -maakaapeli sopii investointimenetelmäksi, jos haaran kuormitus pysyy samassa tai laskee tulevaisuudessa. Tämän työn elinkaarikustannusvertailussa menestyneillä kehittyneillä verkostoratkaisumenetelmillä saavutetaan vaadittava toimitusvarmuustaso. With the amendment to the Electricity Market Act, distribution network companies must prove the cost-effectiveness of investments starting from the 2022 development plan. The 2024 development plan also requires a life cycle cost comparison of modern network solutions.
This thesis examines life-cycle costs of network solutions and the factors affecting security of supply when the considered branch is in a sparsely populated area. The thesis reviews features of modern network solutions and pilots in which the network company has been involved.
In the life cycle cost comparison, there is no single most economical way to build a network for a branch in a sparsely populated area. The biggest impact on cost effectiveness is caused by power and length of the branch, digging conditions, technical solution of the main network, failure frequency of the network technology and repair time of the power failure. Values of failure frequency and repair time of the power failure are based on network company data and literature.
For loads below 50 kW, the cheapest options are 1 kV ground cable, LVDC and MV-overhead line. When loads increase, MV-underground cable and BESS are the cheapest options. BESS is the most cost-effective when the branch is long, and the feeder to the branch is fault sensitive. Overhead network solutions are the most cost-effective solutions when digging conditions are inconvenient in the area. MV-overhead line is also the most cost-effective solution with short branches.
In the future, flexible services will enable solutions for adapting the electricity grid to distributed and variable energy production. The role of the network company is to provide a technical platform for consumers to participate in the electricity market. The network company can get financial benefits from flexible services due to prolonging investments, cutting load peaks which allows sizing down the transmission capacity or using flexibility services as part of micro-grids.
Based on the Master’s Thesis, BESS can be recommended as a network solution method alongside traditional technologies. LVDC technology has greater uncertainties than BESS, which requires more research and development before it can stand alongside traditional technologies as an investment option. 1 kV -underground cable is suitable as an investment method if the load on the branch will remain the same or decrease in the future. In this Thesis advanced network solution methods that are cost effective in the life cycle cost comparison achieve the required level of security of supply.
Työssä tarkastellaan kehittyneiden verkostoratkaisujen elinkaarikustannuksia ja toimitusvarmuutta haja-asutusalueella, sekä verrataan niitä perinteisiin verkkotekniikoihin. Työssä käydään läpi kehittyneiden verkostoratkaisujen ominaisuuksia ja pilotteja, joissa verkkoyhtiö on ollut mukana.
Kehittyneiden verkostoratkaisujen tarkastelu on rajattu keskijänniteverkon haaroille. Elinkaarikustannusvertailussa haja-asutusalueen haaralle ei ole yhtä taloudellisinta tapaa rakentaa verkkoa, vaan se riippuu monesta tekijästä. Suurimmat vaikutukset ovat haaran teholla, pituudella, kaivuolosuhteilla, runkoverkon teknisellä ratkaisulla sekä tarkasteltavien tekniikoiden vikataajuudella ja viankorjausajalla. Työssä on käytetty verkkoyhtiön tilastoihin perustuvia arvoja niiltä osin kuin niitä on ollut käytettävissä. Muilta osin on käytetty kirjallisuuteen perustuvia arvoja.
Haja-asutusalueella alle 50 kW kuormilla edullisimmat vaihtoehdot ovat 1 kV -maakaapeli, LVDC ja KJ-ilmajohto. Kuormien noustessa KJ-maakaapeli ja akkuvaihtoehdot ovat edullisimpia vaihtoehtoja. Akkuvaihtoehto on kustannustehokkaimmillaan haaran ollessa pitkä ja johtolähdön ollessa vikaherkkää. Ilmajohtoratkaisut ovat kustannustehokkaimmat ratkaisut, kun kaivuolosuhteet ovat muuta kuin haja-asutusalueelle tyypillistä helppoa olosuhdetta. KJ-ilmajohtoratkaisu on myös kustannustehokkain ratkaisu lyhyillä haaroilla.
Joustopalveluiden kehittäminen ja käyttöön ottaminen mahdollistaa ratkaisuja sopeutumisessa hajautettuun ja vaihtelevaan energiantuotantoon. Verkkoyhtiön rooli on tarjota kuluttajille tekninen alusta sähkömarkkinoille osallistumiseen, jotta asiakkaat voivat käydä kauppaa joustavuudella ja omalla hajautetulla tuotannollaan. Verkkoyhtiö voi saada joustopalveluista taloudellista hyötyä investointien pitkittämisessä, verkon mitoittamisesta pienemmälle teholle sekä osana mikroverkkoja.
Selvityksen perusteella akkuvaihtoehtoa voi suositella verkostoratkaisumenetelmäksi perinteisten tekniikoiden rinnalle. LVDC-tekniikalla on suurempia epävarmuustekijöitä kuin akkuvaihtoehdolla, jotka vaativat selvittämistä ennen kuin se voi olla perinteisten tekniikoiden rinnalla investointivaihtoehtona. 1 kV -maakaapeli sopii investointimenetelmäksi, jos haaran kuormitus pysyy samassa tai laskee tulevaisuudessa. Tämän työn elinkaarikustannusvertailussa menestyneillä kehittyneillä verkostoratkaisumenetelmillä saavutetaan vaadittava toimitusvarmuustaso.
This thesis examines life-cycle costs of network solutions and the factors affecting security of supply when the considered branch is in a sparsely populated area. The thesis reviews features of modern network solutions and pilots in which the network company has been involved.
In the life cycle cost comparison, there is no single most economical way to build a network for a branch in a sparsely populated area. The biggest impact on cost effectiveness is caused by power and length of the branch, digging conditions, technical solution of the main network, failure frequency of the network technology and repair time of the power failure. Values of failure frequency and repair time of the power failure are based on network company data and literature.
For loads below 50 kW, the cheapest options are 1 kV ground cable, LVDC and MV-overhead line. When loads increase, MV-underground cable and BESS are the cheapest options. BESS is the most cost-effective when the branch is long, and the feeder to the branch is fault sensitive. Overhead network solutions are the most cost-effective solutions when digging conditions are inconvenient in the area. MV-overhead line is also the most cost-effective solution with short branches.
In the future, flexible services will enable solutions for adapting the electricity grid to distributed and variable energy production. The role of the network company is to provide a technical platform for consumers to participate in the electricity market. The network company can get financial benefits from flexible services due to prolonging investments, cutting load peaks which allows sizing down the transmission capacity or using flexibility services as part of micro-grids.
Based on the Master’s Thesis, BESS can be recommended as a network solution method alongside traditional technologies. LVDC technology has greater uncertainties than BESS, which requires more research and development before it can stand alongside traditional technologies as an investment option. 1 kV -underground cable is suitable as an investment method if the load on the branch will remain the same or decrease in the future. In this Thesis advanced network solution methods that are cost effective in the life cycle cost comparison achieve the required level of security of supply.