Pohjoismaisen sähköjärjestelmän käyttövarmuus

Transkriptio

1 Pohjoismaisen sähköjärjestelmän käyttövarmuus Professori Jarmo Partanen Lappeenrannan teknillinen yliopisto 1

2 Skandinaavinen sähkömarkkina-alue Pohjoismaat on yksi yhteiskäyttöalue: energian riittävyys tehotasapaino; tuotanto = kulutus häiriöreservit mitoitusviat, N-1 2

3 Pohjoismaat - Sähkön tuotanto v % 8 TWh 82 % Lämpövoima 20 % 0,7 % 6 % 51 % 19 % 30 % 23 % Ydinvoima Vesivoima 55 % 99% 71 TWh 1,6 % 122 TWh 44 % 50 % 395 TWh 36 TWh 12 % 88 % 158 TWh Vesivoima Tuulivoima ja geoterminen Ydinvoima Lämpövoima 3

4 Sähköverkot 4

5 Sähköjärjestelmän käyttövarmuus Järjestelmävastaavien (Fingrid) vastuulla on sähköjärjestelmän tekninen toimivuus ja käyttövarmuus huolehtii taajuuden ylläpidosta tehotasapaino (tuotanto = kulutus) tuotantoreservit määrittelee ja ylläpitää käyttövarmuustason N-1 mitoitussääntö 5

6 Sähkönjärjestelmän käyttövarmuus Tuotantoreservit taajuudensäätöreservit Hz häiriöreservit hetkellinen häiriöreservi nopea häiriöreservi hidas häiriöreservi 6

7 Sähkönjärjestelmän käyttövarmuus Käyttöreservi Normaali käyttöreservi Häiriöreservi - taajuudensäätöreservi - nopea ennustereservi - hidas ennustereservi - hetkellinen häiriöreservi - nopea häiriöreservi - hidas häiriöreservi 7

8 Sähkönjärjestelmän käyttövarmuus 1. Normaali käyttöreservi käytetään normaaliin taajuudensäätöön ja ennustevirheiden korjaamiseen taajuudensäätöreservi: käytetään taajuudensäätöön alueella ± 0,1 Hz nopea ennustereservi: oltava aktivoitavissa 15 minuutissa kaasuturpiinit hidas ennustereservi: oltava aktivoitavissa 15 min-4 tunnissa 8

9 Sähkönjärjestelmän käyttövarmuus 2. Häiriöreservi käytetään tuotannon tai verkonosien lauetessa, tehonjaon muuttuessa, stabiilisuuden takia jne., aktivoituu kokonaisuudessaan, kun taajuus 49,5 Hz hetkellinen häiriöreservi: aktivoitavissa 30 sekunnissa, Suomessa noin 250 MW nopea häiriöreservi: aktivoitavissa 15 minuutissa Suomessa noin 1000 MW hidas häiriöreservi: aktivoitavissa 15 min-4 tunnissa 9

10 50 Hz Sähkönjärjestelmän käyttövarmuus Aika Taajuus Taajuus Liike-energia Taajuudesta riippuva kuorman pieneneminen Kuorma Nopea reservi (minuuttitasolla) Teho Hetkellinen reservi Hidas reservi (tuntitasolla) 0 Sekunteja Minuutteja Tunteja 10

11 Sähkönjärjestelmän käyttövarmuus Sähköjärjestelmän viat Mitoitussäännöt N-1 sääntö Yksittäinen vika ei saa aiheuttaa tuotannolle tai kulutukselle laajaa keskeytystä Harvinaisille vioille ja vikayhdistelmille sallitaan alueellisia vaikutuksia 11

12 Sähkönjärjestelmän käyttövarmuus KÄYTTÖTILANNE VIKATAPAUS TAVANOMAINEN HARVINAINEN TAVANOMAINEN Tavanomaiset viat Tavalliset erikoislaatuiset viat Muut erikoislaatuiset viat Paikallisia vaikutuksia Alueellisia vaikutuksia Suurhäiriö hyväksytään POIKKEUKSELLINEN Ehjä verkko Huolto N-1 vikatilanne 12

13 Käyttövarmuus Stabiilisuuden merkitys Suomen kantaverkossa 2 Siirto P1 [MW] 1500 Huomiotila Normaalitila Siirto P1 on pohjois-etelä suuntainen siirto Suomen verkossa. AC-vienti Pohjois- Suomen kautta tapahtuva siirto Ruotsiin Huomiotila 1500 AC-vienti Ruotsiin [MW] 3 1 jännitestabiilisuus 2 transienttistabiilisuus, tahtikäytön menetys 3 dynaaminen stabiilisuus, vaimentumattomat heilahtelut, Hz 13

14 14

15 15

16 16

17 Sähkönjakeluverkot 17

18 Sähkönjakeluverkot ja käyttövarmuus Sähkönjakeluverkkojen merkitys suuri! taloudellisuus (hinta); n. 50 % sähkön verottomasta hinnasta tulee jakeluverkoista luotettavuus; > 90 % keskeytyshaitoista tulee sähkönjakeluverkoista (80 % kj-verkosta) jännitteen laatu; jännitteen laatu määräytyy pääosin jakeluverkon ominaisuuksien perusteella turvallisuus; verkot laajasti muun yhteiskuntatekniikan keskellä 18

19 Sähkön laatu Sähkön toimituksen laatu Jännitteen laatu Sähkön laatu Verkon käyttövarmuus, tuotannon varmuus Sähkön toimittamiseen liittyvien palvelujen laatu; informaatio asiakkaille 19

20 Mielikki-myrsky vikojen aiheuttaja useimmiten johdon päälle kaatunut puu (Kainuu metsäinen alue) 20

21 Mielikki-myrsky Helikopterista oli paljon hyötyä mm. vikojen paikantamiseen 21

22 Keskeytysajat Keskeytyksistä asiakkaille aiheutunut sähkötön aika (h/a) h /a 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 taajama maaseutu

23 Keskeytysajat Standardit ja ohjeistot standardit ja erilaiset ohjeistot eivät määrittele reunaehtoja keskeytysten pituudelle ja määrälle sähkömarkkinalaissa on vakiokorvaussäännöstö verkkoyhtiöiden tehokkuusmittaus ohjaa keskeytysaikojen vähentämiseen 23

24 Keskeytysajat, vakiokorvaukset Korvaukset pitkistä toimituskeskeytyksistä, Sähkömarkkinalaki 27 f, päivitys Sähkönkäyttäjällä on oikeus korvaukseen, jonka suuruus on vuotuisesta verkkopalvelumaksusta 10 prosenttia, kun keskeytysaika on > 12 h ja < 24 h 25 prosenttia, kun keskeytysaika on > 24 h ja < 72 h 50 prosenttia, kun keskeytysaika on > 72 h ja < 120 h 100 prosenttia, kun keskeytysaika on > 120 h korvaus on enintään

25 200 km 110 kv johtoja Sähkönjakeluverkko ja suurhäiriöt 18 kpl 110/20 kv sähköasemia Esimerkkisähköyhtiö 6700 km 20 kv johtoja (230 km kaapelia) 8000 km 0.4 kv johtoja 6200 kpl 20/0.4 kv jakelumuuntajaa asiakasta Verkon jälleenhankinta-arvo on Suurhäiriöissä samanaikaisesti verkossa voi olla satoja/tuhansia vikoja. 25

26 Sähkönjakeluverkkoyhtiöiden tehokkuusmittaus Energiamarkkinavirasto on valinnut seuraavat tekijät sekä vastaavat taustamuuttujat kuvaamaan verkkoliiketoimintojen tehokkuutta. Operatiiviset kulut Sähkön laatu TEHOKKUUS Verkostopituus Asiakkaiden lukumäärä Siirretty energia 26

27 Sähkönjakeluverkkoyhtiöiden tehokkuusmittaus Sähkön laatu vaikuttaa tehokkuuteen ja sitä kautta yhtiölle sallittavaan tuottoon. Laatu kuvataan alkuvaiheessa kokonaiskeskeytysajalla. Jatkossa myös keskeytysten määrät tullevat analyysiin mukaan. Operatiiviset kulut Sähkön laatu TEHOKKUUS Verkostopituus Asiakkaiden lukumäärä Siirretty energia 27