BL20A0500 Sähkönjakelutekniikka. Suunnitteluperusteet Jarmo Partanen

Transkriptio

1

2 BL20A0500 Sähkönjakelutekniikka Suunnitteluperusteet Jarmo Partanen

3 Suunnittelun tavoite Tavoitteena kustannusten minimointi pitkällä aikavälillä. T 0 T K inv( t) Kk äy( t) Kkesk( t) Kkun ( t) t1 K inv ( t) K käy ( t) K kesk ( t) K kun ( t) dt K inv K käy K kesk K kun Investointikustannukset Käyttökustannukset; häviöt, henkilöstö, varastot, kalusto Keskeytyskustannukset Kunnossapitokustannukset Reunaehtojen puitteissa!!

4 Reunaehtoja ja vaatimuksia Tekniset rajoitukset terminen kestoisuus oikosulkukestoisuus jännitteen laatu; jännitteenalenema käyttövarmuus Turvallisuus vikavirtasuojauksen toimivuus sähköturvallisuusmääräykset, rakennemääräykset työturvallisuus Suunnitelmallisuus/jaksotus henkilöstön ja kaluston tasainen käyttö

5 Suunnittelun osa-alueet Verkostostrategian määrittäminen käytettävä tekniikka laskentaparametrit ja muut suunnittelun lähtötiedot Pitkän aikavälin kehittämissuunnittelu Verkostosuunnittelu, investointisuunnittelu Maastosuunnittelu Rakennesuunnittelu Työsuunnittelu

6 Suunnitteluprosessi Omistajapolitiikka Toimintaympäristön kehitys Verkostostrategia Toimintaperiaatteet Kuormitusennusteet Yleissuunnittelu Käytettävä tekniikka Regulaatio Laskentaparametrit Kehittämisen pääsuuntaviivat Alueverkko, sähköasemat, runkojohdot, automaatio ja niiden alustava ajoitus Investointisuunnittelu Vuotuiset investointiohjelmat

7 Verkostosuunnittelun tavoitteet ja luonne Vastaukset kysymyksiin MISSÄ MIKSI MITEN MILLOIN verkostoinvestointeja on tehtävä? Kun verkko on lähes valmis, korvausinvestointien merkitys korostuu. Pitkällä aikavälillä vaihtoehtoisia verkon kehittämismahdollisuuksia on erittäin paljon. Keskeisten kehitysvaihtoehtojen määritys ja vertailu

8 Keskijännite- ja pienjänniteverkkojen suunnittelufilosofiat Pienjänniteverkko: yksittäinen pj-verkko voidaan suunnitella yleensä omana kokonaisuutenaan ja verkko pyritään rakentamaan kerralla valmiiksi ajan suhteen staattinen suunnittelutehtävä, kuormitusten suhteen paljon epävarmuutta Alue- ja keskijänniteverkko: verkkoa kehitetään kokonaisuutena ja jatkuvana prosessina ajan suhteen dynaaminen suunnittelutehtävä, kuormitukset kohtuullisesti ennustettavissa

9 Tavoiteverkkomalli Periaate tavoitevuoden horizon year kuormitukset suunnitellaan tavoitevuoden tilanteeseen paras verkko selvitetään paras investointiohjelma, jolla nykyverkosta päästään tavoiteverkkoon Ominaisuuksia keskeiset päätökset tehdään kaukana epävarmassa tulevaisuudessa esiintyvien lähtötietojen pohjalta - riski vääriin päätöksiin vaikea korjata vääriä päätöksiä historia ei ole rasitteena soveltuu lähinnä täysin uusien alueiden sähköistyssuunnitteluun sekä pienjänniteverkkojen suunnitteluun ( kerralla kuntoon )

10 Ajan suhteen dynaaminen suunnittelumalli Periaate lähtökohtana nykyverkko tavoitteena kehittää verkkoa vuosi vuodelta siten, että tarkasteluaikajakson kokonaiskustannukset minimoituvat pyrkimättä jonkin ajanhetken optimiverkkoon Ominaisuuksia optimointitehtävänä matemaattisesti erittäin vaikea ajan suhteen dynaaminen optimointi päätöksissä lähitulevaisuuden toimenpiteillä suurempi painoarvo kuin kaukana tulevaisuudessa olevilla toimenpiteillä jos korko p > 0 % jos reaalikorko on suuri (p > 10 %) malli voi johtaa liiaksi väliaikaisinvestointien käyttöön - lopulta umpikuja optimoi investoinnin ajankohdan ja tuoton Soveltuu olemassa olevan sähkönjakelujärjestelmän kehittämiseen

11 Suunnitteluprosessi Omistajapolitiikka Toimintaympäristön kehitys Verkostostrategia Toimintaperiaatteet Kuormitusennusteet Yleissuunnittelu Käytettävä tekniikka Regulaatio Laskentaparametrit Kehittämisen pääsuuntaviivat Alueverkko, sähköasemat, runkojohdot, automaatio ja niiden alustava ajoitus Investointisuunnittelu Vuotuiset investointiohjelmat

12 Sähköverkkoliiketoiminnan toimintaympäristön kehitys Yhteiskunnan ja asiakkaiden tarpeet Ilmastomuutos Sähkön käytön kehittyminen, energiatehokkuus, sähköautot, kysynnän jousto Hajautettu tuotanto ja energiavarastot Sähkömarkkinat ja aktiivinen sähköverkko Asiakasrajapinnan omistajuus; kuka hallitsee asiakasrajapintaa, verkkoyhtiö vai myyjä? Regulaatio Käyttövarmuusvaatimukset Verkon ikääntyminen Tekniikan kehittyminen Omistajaohjaus

13 Sähkön käyttö ja energiatehokkuus

14 Sähkön käyttö Suomessa vuonna 2050 Energiateollisuuden visio Sähkön käyttö TWh/a Suomessa vuonna 2007 ja Kotitaloudet Rakennusten lämmitys Rakennusten jäähdytys 0,2 2 Teollisuus Palvelut & julkinen 15, Liikenne 0, Häviöt 3 4 Yhteensä Sähkön käyttö lisääntyy pahaa vai hyvää??

15 Rakennusten lämmitys Skenaario lämmitysenergian käytöstä lämmitysmuodoittain Lämmitykseen käytettävän energian tarvetta pienentävät rakennusten eristyksen ja lämmitysjärjestelmien hyötysuhteiden parantuminen Lämmitysenergian käyttö [GWh] Muut Lämpöpumput Puu Kaukolämpö Sähkö Öljy Lähde: LUT; Sähkön ja kaukolämmön rooli energiatehokkuudessa ja energian säästössä

16 Kotitalouksien laitesähkö Kotitalouksien vuotuisessa laitesähkön kulutuksessa (n. 11 TWh) arvioidaan olevan n. 2,5 TWh:n tehostamispotentiaali Laitesähköstä saadaan 0 70 % hyödynnettyä rakennusten lämmityksessä Em. sähkön käytön tehostamisen on arvioitu lisäävän vuotuista lämmitystarvetta 1,6 TWh GWh/a Kotitalouksien laitesähkön kulutus vuonna 2020 (Lähde: Adato 2008) Kylmäsäilytyslaitteet Ruoanvalmistus Astianpesukone Pyykinpesu ja kuivaus Viihde-elektroniikka Tietotekniikkalaitteet Sähkökiuas LVI-laitteet Lattialämmitys Auton lämmitys Sisävalaistus Ulkovalaistus Muut BAU = Business-as-usual BAT = Best Available Technology BAU BAT Lähde: LUT; Sähkön ja kaukolämmön rooli energiatehokkuudessa ja energian säästössä

17 Energiatehokkuustoimenpiteiden vaikutus verkkoyhtiöihin

18 Energiatehokkuustoimenpiteiden vaikutus verkkoyhtiöihin energiatehokkuustoimet vaikuttavat verkkojen kautta siirrettäviin tehoihin energioihin (liikevaihtoon) lyhyellä aikavälillä verkkoyhtiö voi reagoida tariffirakenteita muuttamalla pitkällä aikavälillä verkkoyhtiö voi reagoida verkkorakenteita kehittämällä

19 ENETE-projekti; lämpöpumppujen vaikutus verkkoyhtiön energiaan ja liikevaihtoon Tuloksia: Vaikutus kokonaissähköenergiaan

20 ENETE-projekti; lämpöpumppujen vaikutus verkkoyhtiön energiaan ja liikevaihtoon Tuloksia: Vaikutus liikevaihtoon

21 Sähköautot

22 Sähköautot Terminologiaa HEV, hybridiauto PHEV, ladattava hybridi E-REV, REEV, pitkän matkan hybridi (sarjahybridi, polttomoottori -> sähkökone) EV, sähköauto (ei polttomoottoria) Hidas lataus, 1x16 A, 3x 16 A pienjänniteliityntä Pikalataus, kymmenien/satojen kilowattien latausteho Polttokennoauto; sähköauto, jonka polttoaineena vety tai maakaasu

23 Sähköautot Miksi sähköautot nyt? Akkuteknologian kehittyminen yksi kapasiteettituplaus tekee jo vallankumouksen Ylivoimainen energiatehokkuus Fossiilisten polttoaineiden niukkuus on ymmärretty

24 Sähköautot Sähköautot km/a, kwh/100 km -> 2-4 MWh/auto/a esim. jos 100 % peitto Etelä-Karjalassa sähköautoilla (henkilöautot) GWh/a

25 Sähköautojen vaikutus päästöihin ja verkkoinvestointeihin Tehokas tapa vähentää liikenteen CO2-päästöjä Erinomainen hyötysuhde, 10 kwh/100 km, puhdas polttoaine Suomessa vahva sähköverkko Voi ottaa vastaan merkittävän määrän sähköautoja ilman mittavia verkkoinvestointeja Latausjärjestelmä suurelta osin valmiina Lämmityspistorasiat ja tolpat Kuormien vuorottelujärjestelmä jo olemassa (sähkölämmitys, saunat, sähköautot) Kaupunkien keskustat haasteellisia alueita Älykkäällä latausjärjestelmällä varustetut sähköautot voivat jopa pienentää siirron yksikkömaksuja Energiamäärä kasvaa ilman lisäinvestointeja

26 Sähköautojen kuormituksen alueellinen ennustaminen

27 Sähköautojen latausprofiileja; esimerkkiverkko (kaupunki) Huipputeho [MW] EE Lataus yöaikaan klo 22 alkaen Lataus töihin tullessa ja kotiin mennessä Hajautettu yölataus Lähdön teho sähköautojen kanssa Nykyinen teho Älykäs lataus Keskijännitelähtö: - Huipputeho: 6.6 MW - Minimiteho: 4.0 MW - Sähköautojen määrä: Ajomatka: 57 km/auto,päivä - Kulutus: 0.2 kwh/km - Latausenergia: 11.5 kwh/auto,päivä 22.9 MWh/päivä/kaikki autot - Latausteho: 3.6 kw/auto - Verkon huipputeho muutos: MW (riippuu latausmenetelmästä) - Ladattava energia on sama kaikissa latausmenetelmissä Lassila, Kaipia, Haakana, Partanen, European Conference: Smart Grids and Mobility. Würzburg, Germany. June 16th - 17th,

28 Sähköautojen latausprofiileja; esimerkkiverkko (maaseutu) Lataus yöaikaan klo 22 alkaen Hajautettu yölataus Keskijännitelähtö: - Huipputeho: 1,25 MW - Minimiteho: 0,75 MW Peak power [MW] Lataus töihin tullessa ja kotiin mennessä Älykäs lataus - Sähköautojen määrä: Ajomatka: 57 km/auto,päivä - Kulutus: 0.2 kwh/km - Latausenergia: 11.5 kwh/auto,päivä 8.6 MWh/päivä/kaikki autot - Latausteho: 3.6 kw/auto - Verkon huipputeho muutos: MW (riippuu latausmenetelmästä) Ladattava energia on sama kaikissa latausmenetelmissä Lassila, Kaipia, Haakana, Partanen, European Conference: Smart Grids and Mobility. Würzburg, Germany. June 16th - 17th,

29 Verkkoyhtiön koko verkko sähköautojen vaikutus investointeihin Jälleenhankintahinta: 50 M ( 2.9 M /a, kun p = 5 % and t = 40 a) Vuosienergia: 200 GWh/a Verkon arvo siirrettyä energiayksikköä kohti 1.46 snt/kwh (nykyisin) Sähköautojen vaatima latausenergia + 46 GWh/a ( autoa, km/auto,a and 0.2 kwh/km) Latausmenetelmästä riippuen verkossa tarvittavat lisäinvestoinnit (muuntajat, johdot) ovat 0 20 M ( k /a). Uusi verkon arvo olisi snt/kwh riippuen sähköautojen lataustavasta Lassila, Kaipia, Haakana, Partanen, European Conference: Smart Grids and Mobility. Würzburg, Germany. June 16th - 17th,

30 Energiankulutus Suomessa vuonna % Energian loppukäyttö 120 % 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % BAU 2050 Visio Muut Kaukolämpö Sähkö o o o Energian kulutus vähentyy Sähkön osuus energian loppukäytöstä kasvaa nykyisestä 28 %:sta 42 %:iin o osa sähköstä tuotetaan käyttöpaikan läheisyydessä Kaukolämmön osuus pysyy samana (10 %), vaikka lämmöntarve rakennuksissa pienentyy

31 Suunnitteluprosessi Omistajapolitiikka Toimintaympäristön kehitys Verkostostrategia Toimintaperiaatteet Kuormitusennusteet Yleissuunnittelu Käytettävä tekniikka Regulaatio Laskentaparametrit Kehittämisen pääsuuntaviivat Alueverkko, sähköasemat, runkojohdot, automaatio ja niiden alustava ajoitus Investointisuunnittelu Vuotuiset investointiohjelmat

32 Verkostostrategia Millä tekniikalla ja suunnitteluperusteilla verkkoa kehitetään jakelujärjestelmässä käytettävät jännitetasot rakenteet ja komponentit suunnittelun reunaehdot: jännitteenalenema, vikavirtakestoisuudet talouslaskennan perusparametrit: häviöiden hinnat, korko, pitoajat keskeytyskustannuslaskennan parametrit mitoitustehojen perusteet: normaali tilanne, häiriötilanteet verkon käytettävyysvaatimukset: mitoitusviat suunnittelujakson pituus kuormitusennusteet

33 Jännitetasot 110/20/0.4 kv jakelujärjestelmä käytössä Suomessa Jonkin verran 10 kv verkkoja kaupungeissa ja 45 kv johtoja maaseudulla siirtojännitteenä Jännitetason valinta on harvoin esille tuleva kysymys Tyypillisiä kysymyksiä luovutaanko 10 kv keskijännitteestä luovutaanko 45 kv jännitteestä nostetaanko 20 kv keskijännitettä, esim. 30 kv käytetäänkö 1 kv pienjännitettä

34 Jännitetasot Pigeon-johdon siirtokyky eri jännitetasoilla. Jännitetaso kv a b c MW km % 6,2 12,4 18,6 2, , a) Terminen kuormitettavuus b) Suurin mahdollinen siirtoetäisyys pistekuormalle 3 MW, cos = 0,9, kun sallittu jännitteenalenema on 4 % c) Pituusyksikköä kohti syntyvät häviöt samalla kuormituksella, kun merkitään 10 kv johdolla syntyviä häviöitä 100 %:lla

35 Jännitetason nostamisen seurauksia, esim. 20 kv -> 30 kv Lisää siirtokapasiteettia, pienempi kuormitusvirta Pienemmät häviöt Pienemmät jännitteenalenemat Vähemmän sähköasemia Suuremmat maasulkuvirrat keskijänniteverkossa (johtopituus/päämuuntaja kasvaa) Käyttövarmuus heikkenee, enemmän johtokm/katkaisija Kalliimmat verkkokomponentit

36 Tähtipisteen maadoittaminen, maasulkuvirran kompensointi Saavutetaanko maadoitusjännitevaatimukset maasta erotetussa verkossa Onko taloudellista vähentää avojohtojen jälleenkytkentöjä kompensointia käyttämällä Käytetäänkö keskitettyä vai hajautettua kompensointia Millä tavoin tilanne muuttuu verkon kehittymisen myötä, kun kaapeloinnin osuus todennäköisesti tulee kasvamaan

37 Käytettävät rakenteet, yksikkökoot ja hinnat Sähköasematyypit päämuuntajien määrä kiskostotyyppi Päämuuntajakoot korvattavuus, maasulkuvirrat Avojohtojen, PAS-johtojen ja kaapeleiden käyttö käyttöalueet, ympäristökysymykset poikkipintasarja; montako vaihtoehtoa? johdinvaihtojen tyypit Hinnoittelu yksikköhinnat käyttöikä

38 Suunnittelussa käytettävät tekniset reunaehdot Jännitteenalenema keskijänniteverkossa kyseessä jako pj- ja kj-verkon kesken, alaraja 207 V ei tiukkaa reunaehtoa, esim. 6 % sähköasema- ja lähtökohtainen tarkastelu tarvittaessa pienjänniteverkko mukaan tarkasteluihin Häiriötilanteissa sallittava suurin jännitteenalenema Oikosulkukestoisuus, periaatteessa tiukka raja, mutta muistettava laskennan epätarkkuudet Keskeytysten maksimimäärä ja kesto, tarvitaanko reunaehtoja? U U n / % sähköasema kv jakelumuuntaja asiakas 0,4 kv

39 Käyttövarmuusanalyysien perusteita

40 Käyttövarmuusanalyysit 1. Tilastollinen käyttövarmuus, keskeytyskustannukset. lasketaan luotettavuuslaskennan menetelmin vaatii hyvät lähtötiedot 2. Yksittäisten vakavien vikatapausten analysointi, esimerkiksi sähköasemaviat 3. Harvoin esiintyvät suurhäiriöt, varautumissuunnitelmat 4. Toimitusvarmuuskriteeristö

41 Keskeytyskustannusparametrit tilastollisessa analyysissä Vikataajuudet verkko (avojohdot, kaapelit, PAS-johdot), jakelumuuntajat vikakeskeytykset, työkeskeytykset, jälleenkytkennät alueittain; sähköasemittain, lähdöittäin Vikojen erotus- ja korjausajat etenkin todellinen ero käsin ohjauksen ja kauko-ohjauksen välillä tärkeä Keskeytysteho = keskiteho Keskeytyksestä aiheutuneen haitan arvo (KAH-hinnat) asiakasryhmittäin toimittamatta jääneen sähkön hinta yhtiölle aiheutuvat kustannukset

42 KAH-hinnat keskeytyskustannusten laskennassa Vikakeskeytys Työkeskeytys PJK AJK Asiakasryhmä /kw /kwh /kw /kwh /kw /kw Kotitalous 0,36 4,29 0,19 2,21 0,11 0,48 Maatalous 0,45 9,38 0,23 4,8 0,2 0,62 Julkinen 1,89 15,08 1,33 7,35 1,49 2,34 Palvelu 2,65 29,89 0,22 22,82 1,31 2,44 Teollisuus 3,52 24,45 1,38 11,47 2,19 2,87 Painotettu keskiarvo 1,1 11 0,5 6,8 0,55 1,1 Esimerkki: 1 tunnin vika keskijännitejohdolla, jossa 500 asiakasta, teho 1500 kw Keskeytyskustannus 1,1* *1500 =

43 Yksittäiset vakavat vikatilanteet Mitoitusviat Lyhyt- ja pitkäaikaiset viat kj-runkojohdon vioittuminen,100 % korvaus päämuuntajan vioittuminen,100 % korvaus kiskoston vioittuminen, x % korvaus koko sähköaseman vioittuminen, x % 110 kv verkon vioittuminen, y % (useita sähköasemia) Riittääkö N-1 tapauksen (yksi vika) tarkastelu Mitkä ovat mahdollisuudet tilapäiskytkentöihin pitkäaikaisissa vioissa Riskianalyysi kaikille kriittisille kohteille (sähköasemat)

44 Yksittäiset vakavat vikatilanteet Huipputehon toimitusmäärä häiriötilanteissa Häiriötilanteiden aikaiset varatehovaatimukset keskeinen verkon kehittämistä ohjaava tekijä Onko varauduttava aina ja kaikissa tilanteissa 100 % huipputehon toimitukseen Riskinottomahdollisuudet - suuri säästö, pieni todennäköisyys toimituskatkoksia asiakkaiden kyky joustaa poikkeustilanteissa

45 Suurhäiriöt Gudrun storm in January 2005 in south Sweden households without electricity ( after two weeks) Amount of three-year logging in whole country in one night From forest owner to landowner in one night

46 Kesän 2010 suurhäiriöt, Parikkalan Valon tiedote Tiedote klo 9: ASTA- JA VEERA-MYRSKYJEN AIHEUTTAMAT SÄHKÖKATKOT 20 kv-runkolinjat ovat kunnossa lukuunottamatta Punasvaaran aluetta, jossa korjaukset tehdään loppuviikosta. Tällä viikolla keskitymme täysipainoisesti pienjännitevikojen korjaamiseen johto/talous kerrallaan Korjaustyöt etenevät jatkossa seuraavasti : maatilat, liikeyritykset ja viranomaiset, vakinaiset asuinkiinteistöt ja lopuksi vapaa-ajan kiinteistöt. Ennen sähköjen kytkemistä voidaan joutua uusimaan rikkoutuneita pylväitä sekä tarkistamaan kiinteistöön menevät sähköjohdot, jotta sähkön toimitus olisi turvallista. Korjaustöiden aikana voi esiintyä sähkökatkoja. Pienjännitevikoja korjataan tänään seuraavilla alueilla : Simpele, Torsanpää, Marjamäki, Kontunen, Melkoniemi, Kaljusenkylä, Pitkäjärvi, Kaljula, Kalpiala, Torsansalo, Korhosenkylä ja Rannankylä. Saukonsaari, Puhakka, Pietolansaari, Vuoriniemi, Kurkiniemi-alueilla korjaustyöt käynnistyvät tiistaina

47 Astamyrskyn jälkiä Kohde 5 Kohde 4 Kohde 3 Kohde 2 Kohde

48 Kohde 1: Pylväsmuuntamo tienläheisyydessä

49 Kohde 2: Johto pikkutien reunassa

50 Kohde 3: Valtatien reuna

51 Kohde 4: Kylätien laidassa uudehko PAS-johto

52 Kohde 5: Pikkutien reunassa uudehko PAS-linja

53 Toimitusvarmuuskriteeristö - tavoitteet Määrittää tavoitetasot verkoston suunnittelukriteeristö seuraaville tunnusluvuille asiakkaan vuoden aikana kokemien vikakeskeytysten kokonaiskesto, h/a asiakkaan kokemien lyhyiden keskeytysten lukumäärät, kpl/a

54 Toimitusvarmuuskriteeristö - periaatteita/lähtökohtia toimitusvarmuuskriteerit ovat ensisijaisesti verkkoyhtiön suunnittelukriteeri, jonka pohjalta verkkoyhtiöt voivat halutessaan laatia omat asiakaslupauksensa verkkoyhtiö päättää itse omat tavoitearvonsa johdonmukaisuus viranomaisten valvontajärjestelmien kanssa, ei päällekkäinen tai ristiriitainen koskee jakeluverkoissa (sähköasemat, kj-verkko, pj-verkko) tapahtuneiden vikojen aiheuttamia keskeytyksiä 3 vuoden aikajaksolla sallitaan ylitys yhtenä vuonna aluejaottelu; city, taajama, maaseutu verkkoyhtiö päättää kunkin liityntäpisteen alueluokittelun käyttäen pohjatietona CLC-aineiston määrittelyjä siirtymäaika , tavoitearvot koskevat vuotta

55 Toimitusvarmuuskriteeristö Toimitusvarmuuden tavoitetaso cityssä Kokonaiskeskeytysaika: Lyhyiden keskeytysten (< 3 min) määrä: Enintään 1 tunti vuodessa Ei lyhyitä katkoja Toimitusvarmuuden tavoitetaso taajamissa Kokonaiskeskeytysaika: Enintään 3 tuntia vuodessa Lyhyiden keskeytysten (< 3 min) määrä: Enintään 10 kpl vuodessa Toimitusvarmuuden tavoitetaso maaseudulla Kokonaiskeskeytysaika: Enintään 6 tuntia vuodessa Lyhyiden keskeytysten (< 3 min) määrä: Enintään 60 kpl vuodessa

56 Toimitusvarmuus Sähkömarkkinalaki, Sähkömarkkinalain mukaan jakeluverkko on suunniteltava, rakennettava ja ylläpidettävä siten, että jakeluverkon vikaantuminen myrskyn tai lumikuorman seurauksena ei aiheuta asemakaavaalueella asiakkaalle yli 6 tuntia kestävää sähkönjakelun keskeytystä eikä muulla alueella asiakkaalle yli 36 tuntia kestävää sähkönjakelun keskeytystä. Jakeluverkonhaltijan on täytettävä vaatimukset vastuualueellaan 15 vuoden kuluttua lain voimaantulosta eli viimeistään mennessä. Vaatimusten täytäntöönpano olisi toteutettava siten, että vaatimukset täyttyisivät viimeistään mennessä vähintään [50] prosentilla jakeluverkonhaltijan asiakkaista ja viimeistään mennessä vähintään [75] prosentilla asiakkaista. Edellä oleva tavoite on suunnittelukriteeri. Jakeluverkonhaltijoiden on toimitettava suunnitelmat EMV:lle, joka hyväksyy suunnitelmat ja valvoo niiden toteuttamista. Keskeisiä kysymyksiä; millaiseen myrskyyn tulee varautua, millainen verkkorakenne on suurhäiriövarma (kaaopeli, ilmajohto avoimella paikalla)

57 Laskentaparametrien määritys

58 Korko Reaalikorko (inflaatio huomioiden) Pitkän aikavälin riskittömän sijoituksen reaalituotto riskittömän rahan hinta Korolla merkittävä vaikutus taloudellisin perustein tapahtuvaan suunnitteluun

59 Korko Korkea korko käyttökustannusten merkitys vähenee suuret käyttökustannukset kaukana tulevaisuudessa tapahtuvien investointien merkitys kokonaiskustannuksissa vähenee väliaikaisinvestointeja Matala korko edellä mainitut asiat toisinpäin enemmän suuria perusinvestointeja Onko erilaisilla investoinneilla eri korko? Onko riski-investointeja?

60 Suunnittelun tavoitteet ja perusteet - esimerkki Tarkastellaan kahta keskijänniteverkon (20 kv) johtolähtöä, jotka syöttävät kulutuskeskittymiä A, B ja C. Kuvassa on esitetty vain kyseisten johtolähtöjen runkojohdot. Mainitut kulutuskeskittymät on kuvattu kukin yhdellä kulutuspisteellä, joiden kuormitukset alkutilanteessa ovat: A : 2,1 MVA, B : 5,3 MVA, C : 1,8 MVA Raven 18,5 km A 110/20 kv 16 MVA Pigeon 4,5 km uusi Sähköasema Raven 8,3 km B Kuormitusten oletetaan kasvavan 3 % vuodessa. Tämän seurauksena jännitteenalenemaraja (6 %) ylittyy molemmilla lähdöillä viimeistään tarkasteluajanjakson kolmantena vuotena. Verkon jännitetilannetta voidaan parantaa joko johdinvaihdoin tai rakentamalla uusi sähköasema. Uusi sähköasema syöttää kulutuspistettä C sekä valtaosaa kulutuspisteen A kuormituksesta. C

61 Suunnittelun tavoitteet ja perusteet - esimerkki Verkon vahvistamiseksi on olemassa seuraavat vaihtoehdot: 1. Vahvistetaan verkkoa johdinvaihdoin aina tarvittaessa. Johdinvaihtoja tarvitaan tarkasteluaikana (20 vuotta) kaikkiaan noin 0,57 M arvosta. Kun kaikki runkojohdot vahvistetaan poikkipintaan Al 132, voidaan sähköaseman rakentaminen lykätä lähes tarkasteluajanjakson loppuun. Sähköaseman kustannukset ovat 1,16 M. 2. Vahvistetaan verkkoa johdinvaihdoin, kunnes kaikkien runkojohtojen johtimet on vaihdettu kerran (aina seuraavaksi suurempaan poikkipintaan). Johdinvaihtojen kokonaiskustannukset ovat tällöin 0,27 M. Sähköasema on tässä vaihtoehdossa rakennettava jo 14 vuoden kuluttua. 3. Rakennetaan sähköasema jo tarkasteluajanjakson toisena vuonna, jolloin ei tarvita lainkaan johdinvaihtoja. Tavoitteena on minimoida tarkasteluajanjaksolta diskontatut kokonaiskustannukset

62 Suunnittelun tavoitteet ja perusteet - esimerkki K / k p / % Esimerkin eri vaihtoehtojen kokonaiskustannusten nykyarvot laskentakoron funktiona

63 Investointien käyttöaika - takaisinmaksuaika Investointien käyttöajalla merkittävä vaikutus mitoitukseen Lyhyt käyttöaika (< 5 a) investointien annuiteetti eli vuotuiserä suuri käyttökustannusten merkitys lähes merkityksetön Verkon perusinvestoinneilla pitkä todellinen käyttöaika (20 40 a) Verkon väliaikaisinvestoinnit lyhyt käyttöaika (2 10 a) Verkon riski-investoinnit lyhyt käyttöaika (2 10 a) Automaatti-investoinnit lyhyt käyttöaika (2 5 a)

64 Investointien käyttöaika - takaisinmaksuaika Eri verkostokomponenttiryhmien teknistaloudellisia pitoaikoja. Komponenttiryhmä Pitoaika [a] Pylväsmuuntamot Puistomuuntamot, kiinteistömuuntamot ja satelliittimuuntamot Muuntajat kv ilmajohdot ,4 kv ilmajohdot kv johtoerottimet, 20 kv kauko-ohjatut erotinasemat kv maakaapelit (asennus) ,4 kv maakaapelit (asennus) Jakokaapit ja jonovarokekytkimet kv puupylväsjohto ja 110 kv puupylväsjohdot, yksi virtapiiri ja 110 kv teräsristikkopylväsjohdot ja 110 kv maakaapelit Käytönvalvontajärjestelmä 5-10 Verkko- ja asiakastietojärjestelmä 5-10 Energiamittauslaitteet Sähköasemat 110/20 kv muuntajat /20 kv sähköasemat Sähköasemat 110 kv kentät Sähköasemat 20 kv kojeistot

65 Suunnittelun aikajänne Mikä on sopiva suunnittelujakson pituus? tarkka investointisuunnitelma 2 5 vuotta eteenpäin investointien käyttöikä kymmeniä vuosia suurta teknistä murrosta ei näköpiirissä kuormitusten ennustaminen kauas tulevaisuuteen vaikeaa investoinnit vaikuttavat vahvasti toisiinsa investointiketjut tyypillinen suunnittelujakso vuotta Suunnittelun jaksotus (kuormitusennusteet) ensimmäinen jakso 3 5 vuotta

66 Häviöiden arvostus Häviöt ovat todellinen kuluerä verkkotoiminnolle häviöt on itse ostettava. Häviöt hankitaan markkinoilta - sähkökaupan toimintaperiaatteiden mukaan hintakehitys epävarma haettava pitkän aikavälin arvostus, ei hetkellistä päivän spot-hintaa

67 Häviöiden arvostus Periaatteessa useita hintakomponentteja teho, loisteho, energia häviöllä erilainen hinta eri aikoina Useita erilaisia käyttökohteita ja hintoja muuntajan tyhjäkäyntihäviöt sähköasema keskijänniteverkon runkojohdot jakelumuuntajat Pienjännitejohdot Häviöteho aiheuttaa lisähäviöitä siirtotiellään

68 Kuormitusten laskenta - riskitaso Kuormitusten huipputeho on keskeisin mitoitukseen vaikuttava suure. Huipputehon määritys on siis tärkeä toiminto, mutta siihen liittyy aina paljon epävarmuutta. Suunnittelussa kiinnostaa tiettyä ylitystodennäköisyyttä a vastaava maksimiteho Pmax, joka voidaan laskea, kun tiedetään keskiteho ja hajonta P max P z a jos a = 1 %, on za = 2,3 (normaalijakaumasta) a = 5 %, on za = 1,6 a = 50 %, on za =

69 Kuormitusten laskenta - riskitaso Kuormitusmalleihin liittyvä hajonta on suuri ja merkittävä, yleensä useita kymmeniä prosentteja keskitehosta. Keskijänniteverkon tehojen laskennassa hajonnan merkitys on melko vähäinen. Asiakkaita on aina paljon, jolloin hajonta suhteessa keskitehoon pienenee. Tällöin riskitason valinnalla ei ole merkittävää vaikutusta mitoitustehoon, sopiva valinta on esimerkiksi 95 % ylitystodennäköisyys - za = 1,6 Mitoituslämpötilan valinnalla on keskeinen vaikutus tehoihin (4 %/aste) Mikä valitaan mitoituslämpötilaksi? -30C, -40C?

70 Suunnitteluperusteet, ympäristönäkökohtia Maisemansuojelu Kyllästetyt pylväät CCA- ja CC-kyllästeet ongelmajätettä kreosootti sallittu (vielä hetken?) Muuntajaöljyt pohjavesiongelma Kasvihuonekaasu SF 6 Melu kellarimuuntamot Magneettikentät

71 Suunnitteluperusteet, ympäristönäkökohtia Maisemansuojelua rotkoa ei ylitetä syvimmältä kohdalta maanteiden ylitystä vältetään korkeissa paikoissa pitkiä johtonäkymiä vältetään pinnanmuodostuksen tarjoama tausta käytetään hyväksi. avojohdot sijoitetaan harjanteiden ja puiden taakse

72 Suunnitteluperusteet, ympäristönäkökohtia Kasvihuonekaasu SF 6 kasvihuonevaikutus yhteensä noin + 33 o C vesihöyry, hiilidioksidi, otsoni, metaani, typpioksiduuli, freonit, tärkeimmät vaikuttajat rikkiheksafluoridi SF 6 Suomessa 70 tn sähkölaitteistoissa; vuotoa noin 200 kg/a kertainen kasvihuonevaikutus CO 2 :en verrattuna käyttöön voi tulla uusia rajoituksia

73 Suunnitteluperusteet, ympäristönäkökohtia Magneettikentät magneettivuontiheys riippuu virrasta ja etäisyydestä yksittäinen johdin: 3-v-johto: r 2 pistemäinen: r 3 50 Hz magneettikentälle väestön suositusarvo on 100 µt, suosituksena tätä pienemmät arvot jakeluverkoissa vuontiheys 0,01 10 µt muuntamot, pj-keskukset esim. kiinteistömuuntamoissa kentänvoimakkuudet otettava huomioon

74 Suunnitteluperusteet, standardisointi Mikä on standardi? standardi on toistuvaan tapaukseen tarkoitettu yhdenmukainen ratkaisu esimerkkejä: paperikoot (A4, A5), sulakkeet (25 A gg-tyyppi) standardilla pyritään varmistamaan turvallisuus ja yhteensopivuus

75 Suunnitteluperusteet, standardisointi Mihin standardeja tarvitaan? yhteensopivuuden turvaamiseen turvallisuuden hallintaan laadun hallintaan viestinnän helpottamiseen lainsäädännön yksinkertaistamiseen suunnittelun helpottamiseen kansainvälisen kaupan helpottamiseen säästöjen aikaansaamiseen puolueettoman sertifioinnin ja testaamisen mahdollistamiseen

76 Suunnitteluperusteet, standardisointi Standardisoimisorganisaatio Yleinen Televiestintä Maailma ISO ITU Eurooppa CEN ETSI Suomi Sähkötekniikka Viestintävirasto

77 Suunnitteluperusteet, standardisointi International Electrotechnical Commission IEC perustyö tehdään täällä standardien lisäksi IEC julkaisee teknisiä raportteja (TR) ja julkisia eritelmiä (PAS) IEC:n jäsenenä on 62 kehittynyttä maata eri maanosista

78 Suunnitteluperusteet, standardisointi Direktiivit direktiiveillä esitetään EU:ssa vaatimukset, jotka kukin maa ottaa käyttöön lainsäädännössään uuden menettelyn (new approach) direktiiveissä annetaan vain olennaiset turvallisuusvaatimukset ei yksityiskohtia

79 Suunnitteluperusteet, standardisointi Sähköalan suomalaisten standardien valmistelu lähes kaikki uudet suomalaiset standardit perustuvat CENELECin tai IEC:n standardeihin standardeista vain pieni osa julkaistaan suomenkielisenä kansallisten standardien käytöstä luovutaan ja otetaan tilalle kansainväliset ja eurooppalaiset

80 Suunnitteluprosessi Omistajapolitiikka Toimintaympäristön kehitys Verkostostrategia Toimintaperiaatteet Kuormitusennusteet Yleissuunnittelu Käytettävä tekniikka Regulaatio Laskentaparametrit Kehittämisen pääsuuntaviivat Alueverkko, sähköasemat, runkojohdot, automaatio ja niiden alustava ajoitus Investointisuunnittelu Vuotuiset investointiohjelmat

81 Suunnitteluperusteet, kuormitusennusteet Asiakasryhmien ominaiskulutukset kotitalouskäyttö, MWh/asiakas,a maatilat, MWh/asiakas,a sähkölämmitys, MWh/asiakas,a uudet asunnot olemassa olevat asunnot kesäasunnot, MWh/asiakas,a palvelu, MWh/työpaikka,a,MWh/m²,a julkinen hallinto, _MWh/työpaikka,a,MWh/m²,a pk-teollisuus, _MWh/työpaikka,a,MWh/m²,a suuret pistekuormat, MVA Ominaiskulutusennusteet nykytaso ja historiakehitys _asiakastietojärjestelmän tietojen _avulla alueittain (kunnittain) kasvuennusteet valtakunnalisten _ennusteiden mukaisesti KTM, ym. Asiakasryhmien kehitysennusteet maakunnan ja kuntien _kehitysennusteista oma kokemus ja harkinta