Tuuli tuottaa ja verkko yhdistää mille uralle päädytäänkään? Verkkopäivä 20.8.2009 Jussi Jyrinsalo

Tuuli tuottaa ja verkko yhdistää mille uralle päädytäänkään? Verkkopäivä 20.8.2009 Jussi Jyrinsalo

Tuuli tuottaa ja verkko yhdistää Tuotanto- ja kulutusskenaariot verkkosuunnittelussa VTT:n kanssa tehdyt skenaariot Eurooppalainen verkkosuunnitteluyhteistyö Sähkönsiirtotekniikan kehitystrendejä

Mihin skenaarioita tarvitaan? poliittisten linjausten konkretisointi siirtotarpeiksi ja verkon vahvistustarpeiksi verkkosuunnittelun avoimuuden lisääminen T&K-toiminnan tulevien tarpeiden määrittely D 400 kv rakenteen kantaverkko 400 kv rakenteilla kantaverkon perusratkaisut G E skenaariot ovat vaihtoehtoisia kehityskulkuja, joiden tulee olla keskenään riittävän erilaisia tavoitteena on löytää eri skenaarioille yhteisiä verkkoratkaisuja, joiden pohjalta verkkoa voidaan kehittää vaiheittain ja täsmentää suunnitelmia ajan myötä B F C A

Estonia-Finland & Lithuania-Poland Lithuania-Poland Lithuania-Poland & Sweden-Baltics All interconnections Estonia-Finland Sweden-Baltics Estonia-Finland & Sweden-Baltics M / year [MW] Average Annual power flow Finland -> Estonia Skenaarioista suunnitelmiksi 1500 1000 500 0 No new interconnectors Build as first Build as third Skenaariotarinat -500-1000 -1500 4% 16% 28% 40% 52% 64% 76% 88% 100% Kulutus- ja tuotantotaseet Siirtotarpeet ja herkkyystarkastelut transientisti epästabiili dynaamisesti epästabiili Vahvistustarpeet, ml. verkko-osien uusimiset 100 Net benefit of new interconnections t Teknologiavaihtoehdot ja kannattavuustarkastelut 80 60 40 20 Verkkovisio ja kehittämissuunnitelma 0

Tuuli tuottaa ja verkko yhdistää Tuotanto- ja kulutusskenaariot verkkosuunnittelussa VTT:n kanssa tehdyt skenaariot Eurooppalainen verkkosuunnitteluyhteistyö Sähkönsiirtotekniikan kehitystrendejä

Yleisiä lähtökohtia vuodelle 2030 EU 20-20-20 -tavoitteiden toteutuminen energiatehokkuuden paraneminen rajoittaa kulutuksen kasvua päästöoikeuksien hinnan nousu vaikuttaa tuotantorakenteeseen uusiutuvien, erityisesti tuulivoiman, osuus kasvaa sähköntuotannossa EU:n tavoitteena yhteiset eurooppalaiset sähkömarkkinat siirtokapasiteetti Pohjoismaiden ja Manner-Euroopan välillä kasvaa merkittävästi ja jopa kaksinkertaistunee vuoteen 2020 mennessä Sähkön tuotannon rakenne Pohjoismaissa muuttuu merkittäviä tuulivoiman lisäystavoitteita, yhteensä jopa noin 80 TWh vuoteen 2025 mennessä uusia ydinvoimalaitosyksiköitä suunnitteilla, minkä lisäksi vanhoja yksiköitä (Suomessa Loviisa 1) tullaan korvaamaan suuremmilla yksiköillä konventionaalisen lauhteen käyttö vähenee 20.8.2009 Jussi Jyrinsalo 6

Kolme eri skenaariota Kansallinen näkökulma SISU Kulutus 95 TWh Tuulivoimaa 6 TWh Yksi uusi ydinvoimayksikkö Vaihteleva sähköntuotanto, epätarkka vrk tuotantoennuste TUULI TUOTTAA VERKKO YHDISTÄÄ Kulutus 100 TWh Tuulivoimaa 12 TWh Ei uusia ydinvoimayksiköitä Kansainvälinen yhteistyö TASAINEN TUOTANTO SUURET YKSIKÖT Kulutus 107 TWh Tuulivoimaa 6 TWh Kaksi uutta ydinvoimayksikköä 20.8.2009 Jussi Jyrinsalo Tasainen sähköntuotanto, tarkka vrk tuotantoennuste 7

Tuuli tuottaa verkko yhdistää fokus: ilmastonmuutoksen hillintä - uusiutuva energia - vahva integraatio valtiot asettavat ilmastonmuutoksen hillinnän tärkeäksi tavoitteekseen ja sitä tukevat yhteiset päätökset tehdään entistä enemmän EU-tasolla uusiutuvaa sähköntuotantoa rakennetaan kaikkein kannattavimmille paikoille valtioiden rajoista riippumatta ja tehotasapainoa hallitaan yhteistyössä hiililauhdelaitosten kannattavuus alenee ja ne jäävät hitaaksi reserviksi sähkön kulutus kasvaa huipukkuuden myötä (mm. sähköautot ja lämpöpumput) säätötarve kasvaa tuotannon vaikean ennustettavuuden myötä, jolloin sähkön tuotannon ja kulutuksen säätökyky pitää ottaa maksimissaan käyttöön sekä vuorokauden sisäisten sähkömarkkinoiden on laajennuttava ja kehityttävä sähkön hinta on erittäin volatiili ja säätösähkön hinta nousee verkkosuunnittelu tehdään yhdessä eurooppalaisista lähtökohdista ja siirtoyhteyksiä naapurimaihin tarvitaan käyttövarmuuden säilyttämiseksi tuulivoiman maantieteellinen hajautuminen vaikuttaa kantaverkon sisäisiin vahvistustarpeisiin 8

Tasainen tuotanto suuret yksiköt fokus: ilmastonmuutoksen hillintä - ydinvoima - integraatio kansainvälinen ilmastopolitiikka edistyy, EU-valtiot rajoittavat päästöjään rakentamalla hiilivoimaa CCS-tekniikalla ja ydinvoimaa ydinvoimakapasiteetti kasvaa myös Ruotsissa ja Baltiassa, pohjoismaiset tuulivoimasuunnitelmat eivät toteudu täysimittaisesti talouskasvu on melko voimakasta ja sähkön kysyntä kasvaa voimajärjestelmän tehotasapainon hallitsemiseksi olisi tarve käyttää myös ydinvoimaa säätöön yksikkökokojen kasvaessa Fingridin tarve hankkia uutta häiriöreserviä kasvaa ydinvoimakapasiteetin lisärakentamisen ansiosta Suomesta viedään sähköä ja Itämeren alueen verkkosuunnittelun merkitys kasvaa rajayhteyksien lisäksi merkittäviä verkkoinvestointeja tarvitaan myös Suomen sisäisessä kantaverkossa 9

Sisu fokus: energiaturvallisuus - kansallinen energiapolitiikka - kotimarkkinoiden suojelu globalisaatio hidastuu ja kansalliset intressit korostuvat öljyn ja kaasun hinnat korkeita ja saatavuus ajoittain epävarmaa EU:n päästövähennystavoitteita siirretään, kansallinen energiaomavaraisuus nousee tärkeämmäksi tavoitteeksi kotimainen uusiutuva energia otetaan laajamittaisesti käyttöön erilaisten tukien avulla, mutta tuulivoimasuunnitelmat eivät toteudu täysimittaisesti säätävän tehon puuttuessa (tehotasapainon säätö hoidetaan kansallisesti) kulutuksen kasvu hidastuu ja tehotasapainon ylläpitämiseksi joudutaan käyttämään myös kulutuksen pakkojoustoja kansallinen sähkömarkkina ja erilaiset tuet nostavat sähkön markkinahintaa Suomessa, samalla Fingridin tehtävät lisääntyvät ja viranomaisrooli kasvaa verkko suunnitellaan kansallisista lähtökohdista, mutta rajayhteyksien tarpeisiin vaikuttavat kuitenkin myös naapurimaiden energiaratkaisut 10

Yhteenveto skenaarioiden keskeisistä haasteista Fingridille Tehotasapainon hallinta vaikeutuu samalla kun yhä suurempaa osaa tuotannosta ei voi säätää kulutuksen mukaan Norjan ja Ruotsin vesivoiman säädettävyydelle on kysyntää myös muualla Euroopassa Kysyntäjouston ja tuotantoennusteiden kehittäminen tärkeää Siirtotarpeet ja/tai niiden ajallinen vaihtelu kasvavat Rajajohdot ja ylikansallinen verkkosuunnittelu nousevat entistä tärkeämpään rooliin Markkinoiden toimivuuden varmistaminen haastavaa Fingridin rooli tehon riittävyyden takaajana: paljonko hidasta reserviä tulee hallinnoitavaksi ja joudutaanko käyttämään myös kulutuksen pakkojoustoja? Lähde: TVO Lähde: Fortum Lähde: Kemijoki Oy

Tuuli tuottaa ja verkko yhdistää Tuotanto- ja kulutusskenaariot verkkosuunnittelussa VTT:n kanssa tehdyt skenaariot Eurooppalainen verkkosuunnitteluyhteistyö Sähkönsiirtotekniikan kehitystrendejä

Ylikansallinen verkkosuunnittelu Pohjoismainen Nordel-yhteistyö synnytti kolme yhteistä verkkosuunnitelmaa: 2002: Pullonkaulojen analysointi 2004: Viiden priorisoidun vahvistuksen nimeäminen 2008: Suunnitelman laajentaminen kattamaan yhteydet ulos Nordel-alueelta ja kolmen uuden vahvistuksen nimeäminen Baltian verkkosuunnitelma 2009: yhteistyössä Nordelin, Baltian ja Puolan verkkoyhtiöiden kesken Itämeren alueen markkinasimulointimalli ja analyysit vuodelle 2025 koskien kolmea siirtoyhteyttä ulos Baltiasta

20.8.2009 Yhteistyön laajeneminen Euroopan tasolle ENTSO-E = Eurooppalainen TSO-yhteistyö jatkuva suunnitteluyhteistyö mm. Itämeren ja Pohjanmeren alueella kymmenvuotiset verkkosuunnitelmat, ensimmäinen vuonna 2010 yhteiset skenaariot ja näkemykset verkon kehittämiseen yhteiset T&K-suunnitelmat ja -ohjelmat Jussi Jyrinsalo R o I N I U K F R E S P T C H I T A U S I A L G R F Y R O M R O H U C Z S K P L D E B E N L D K N O S E F I E S T L LV T B G C r o M E B A R S L U C Y

Tuuli tuottaa ja verkko yhdistää Tuotanto- ja kulutusskenaariot verkkosuunnittelussa VTT:n kanssa tehdyt skenaariot Eurooppalainen verkkosuunnitteluyhteistyö Sähkönsiirtotekniikan kehitystrendejä

Kaapelien ja tasasähkön käyttö suurvoimansiirtoon Muovikaapelit ovat löytäneet tiensä myös 400 kv ratkaisuihin, mutta toistaiseksi niitä löytyy maailmalta yhteensä vain noin 250 km verran. Suurjännitteisen vaihtosähkökaapelin pituutta rajoittaa sen varausloisteho, jolloin ne soveltuvat joidenkin kilometrien pituisiin yhteyksiin. Tasasähkön käyttö mahdollistaa myös pitkät kaapeliyhteydet, mutta tällöin tarvitaan konvertteriasemat kumpaankin päähän johtoa. Uudet jännitelähdekonvertterit tarjoavat lisää mahdollisuuksia hyödyntää tasasähkötekniikkaa. Korkea hinta, suuret häviöt ja järjestelmän vaikea hallittavuus ovat toistaiseksi esteenä tekniikan laajemmalle käytölle. Siirtotekniikan kehittyminen tarjoaa uusia mahdollisuuksia, mutta avojohdot säilyvät vielä pitkään järjestelmän runkona ja perusratkaisuna!

Tuulivoiman liittäminen kantaverkkoon Suurin osa tuulivoimapotentiaalista sijoittuu nauhamaisesti rannikolle Perusratkaisuna ovat tällöin kantaverkkoon liittyvät säteittäiset vaihtosähkökaapelit Vaihtosähkökaapeleiden silmukoiminen haastavaa, sillä mitoituksen tulisi riittää myös tulevaisuudessa erilaisten siirto- ja vikatapausten hallintaan Tasasähkökaapeleiden silmukointi lienee mahdollista tulevaisuudessa, mutta ei vielä vuoteen 2020 mennessä, jolloin tuulivoimaa pitäisi olla jo 2000 MW

Kriegers Flak tasasähkötekniikan pilottiprojekti Söderåsen Gørløsegård Barsebäck Hurva Herslev Hovegård Sege Kruseberg Erillisratkaisut Kingstrup Fraugde Storebælt Rislev Bjæverskov Radsted Rødsand Kontek Baltic I Kriegers Flak Yhdistetty ratkaisu Kriegers Flak yht. 1600 MW tuulivoimaa Audorf Kiel Baltic Line Lüdershagen Rostock Bentwisch Lubmin Lübeck Herrenwyk Siems Güstrow Siedenbrünzow Haasteita: usean tahon pitkäjänteinen sitoutuminen, erilaiset markkinasäännöt ja regulaatio, maaverkkojen vahvistustarpeet, tasasähkötekniikan kehittäminen ja standardointi, verkon luotettavuus, jatkuvasti muuttuvan siirtokapasiteetin tarjonta markkinoille, taseiden hallinta...

Supergrid nykyisen voimajärjestelmän päälle uusi superverkko? Silmukoituja tasasähköverkkoja on ehdotettu järjestelmän rungoksi Merellä teknologia lienee sovellettavissa, mutta maanpäällisiin verkkoihin se ei tuone mullistusta Verkkojen kehittämisen keskeisenä ongelmana ovat pitkäkestoiset lupaprosessit niin tasa- kuin vaihtosähkölläkin, monessa maassa verkkoja on jo lähes mahdotonta kehittää Paras ratkaisu on yhdistelmä "uutta ja vanhaa" tekniikkaa Lisäksi tarvitaan uusia keinoja sähkön tuotannon ja kulutuksen tasapainottamiseen, pelkät johdot eivät tätä tee Tasasähkötekniikka on jo laajalti käytössä - esimerkiksi Suomen ja Ruotsin välillä on rakenteilla uusi HVDC-merikaapeliyhteys ja toinen suunnitteilla Suomen ja Viron välille => superverkko on jo syntymässä!

Itämeren alueen "superverkko"

Mitä on SmartGrids? Hierarkisesta voimajärjestelmästä (järjestelmä hallitaan ylätasolta) siirrytään vuorovaikutteiseen järjestelmään, jossa tuotantoa, kulutusta ja siirtoja säädetään eri tasoilla. Joustavuus ja sähkönkäyttäjän rooli kasvaa. Vaatii kehittyneen verkkoautomaation ja -suojauksen lisäksi tuekseen uusia ICTratkaisuja, sähkönvarastointitekniikoita ja markkinamekanismeja. Muutokset ovat suurimpia jakeluverkkotasolla.

Lähde: Don Von Dollenin esitys, IntelliGrid/GridWise Modern Grid R&D Coordination 2005 EPRI

Älykäs siirtoverkko Siirtokyvyn ja käyttövarmuuden lisääminen: voimalaitosten säädöt HVDC-säädöt sarjakondensaattorit SVC-laitteet Kangasalan SVC Suomen ja Ruotsin välistä siirtokykyä on lisätty tilanteesta riippuen 50-100% lähinnä säätöjä ja suojauksia asettelemalla! Seuraava askel: Synkronoidut järjestelmätason säädöt ja suojaukset (Wide Area Monitoring and Control)

Skenaariot tuovat haasteita, joihin vastataan Tulevaisuusskenaarioista löytyy runsaasti sähkön siirtämiseen sekä tuotannon ja kulutuksen tasapainottamiseen liittyviä haasteita. Haasteisiin voidaan vastata yhteistyöllä: - verkkosuunnitteluun lisää osapuolia ja vuorovaikutusta - regulaation ja sähkömarkkinoiden kehittäminen - pientuotannon ja -kulutuksen käyttö järjestelmän hallintaan - uuden teknologian kehittäminen ja sen hallittu soveltaminen. Päädytään mille vaan uralle, 80-vuotias kantaverkko ei vieläkään ehdi eläkkeelle ja uurastuksen ohessa on koko ajan opiskeltava uuttakin! 20.8.2009 Jussi Jyrinsalo

Valot päällä valtakunnassa