Sähköverkkoliiketoiminta & sähkökauppa 26.3.2015
JUHA Sähköverkkoliiketoiminta & sähkökauppa Verkkovisio 2030 (2005) + Roadmap 2015 (2006) ja niiden hyödyntäminen Sähköverkkoliiketoiminnan ja energiamarkkinoiden nykytilakatsaus
Verkkovisio 2030 Yhdessä koottu teknologiavisio (maaseudun ja kaupunkien jakeluverkot, alueverkot) Roadmap 2015 Yhdessä koottu tiekartta (teknologia, sähkömarkkinat, palvelutoiminta)
Verkkovisio 2030 - Haja-asutusalue KJ-verkon runkojohto pääosin 20 kv:n maakaapelia tienvarressa (mikäli mahdollista) (laatuluokka A) Jakeluverkon hallintajärjestel mä Energiamarkkin at 110/20 kv 110 kv 20/0.4 kv CHP-voimala Kauppa, terveysasema ja koulu (laatuluokka A) Haarajohdot omia suojausalueita Tiedonsiirto Saarekekäyttöön pystyvä microgrid Tuulivoimal a 20/0.4 kv 20 kv 20/0.4 kv AMM Energiavarast o DC/ AC AMM Pienvesivoimal a 20/0.4 kv 20 kv 20/1.0 kv AC/ DC Teollisuus (laatuluokka A) 1.4 kv (DC) DC/ AC DC/ AC AMM Asiakkaat (laatuluokka B) AMM Microgrid 1.0 kv (AC)/ 1.4 kv (DC) Energiavarasto 1.4 kv (DC)/ 400 V (AC) (akku) DC/ AC AMM Asiakas (karja-/maatila) (laatuluokka A) AMM AMM Asiakas (karja-/maatila) (laatuluokka A) Biokaasu AC/ DC/ AC Kevyt katkaisija 20 kv ilmajohto 20 kv ilmajohto 20/0.4 kv AMM 400 V Asiakas (laatuluokka B) UPS AMM Asiakas (laatuluokka A) Biokaasu Polttokenno DC/ AC 400 V Mikroturbiini (CHP) Varavoimakone 20/0.4 kv Asiakas (laatuluokka B) AMM AMM Asiakas (laatuluokka A) Energiavarasto AMM Aurinkokennot DC/ AC DC/ AC Microgridin katkaisija 20/0.4 kv 20/1.0 kv 1.0/0.4 kv 1000 V maakaapeli 400 V AMM Asiakas (laatuluokka A) Pieni saarekeverkko Omatuotanto Asiakas (kaukana sähköverkosta) Energiavarasto (akku) Microgrid-verkon hallintajärjestelmä 110/20 kv
Road map 2015 tulosraportti, Esa Pekkola, 2007
Road Map 2015, ST-poolin seminaari 2007, Esa Pekkola
SGEM; Research Themes, 2009
RoadMap of SGEM Objectives for Smart Grids and Energy Market Efficient use of electricity Enabler for active customer participation in the electricity market Uninterrupted use of electricity Development and operation of electricity system and market in Smart Grid environment Actions and activities on the road to the vision Market oriented demand response actions Easy and flexible grid and market connection for DG Market models & customer behaviour Estimation models for dynamic loads & generation Self-healing networks & microgrids Weather proof networks Apply of new technologies Standardisation System level planning methods for grids, market actions and ICT-systems Methodology for operation of grids and in market Information for decision makers & other stakeholders International benchmarking. RoadMap * In 2011 large questionnaire survey with over 100 respondents was made to update the Smart Grids Roadmap for the SGEM program. * The questionnaire took into account the Nordic Market as well as Continental European Market perspective, and it was divided into four perspectives: Technology, Electricity Market, End-user and Smart Grid development
RoadMap * In 2011 large questionnaire survey with over 100 respondents was made to update the Smart Grids Roadmap for the SGEM program. * The questionnaire took into account the Nordic Market as well as Continental European Market perspective, and it was divided into four perspectives: Technology, Electricity Market, End-user and Smart Grid development
Electricity Market, objectives Competitive ness Sustainab ility Technical requirement; keep power balance in every second Production = consumption
Renewables, security of supply and efficiency Electricity Market + CO2-price Efficient operation of system Sustainability Security?? Renewable based production and subsidies?
Solar power in Germany Installed capacity 37 760 MW (31.1.2015) http://www.sma.de/en/news-information/pv-electricity-produced-in-germany.html Power to the people Feed-in tariff (nowadays reduced) Price of PV-cells, more than 60 % reduction per 5 years Wind power in Germany; 33 GW, 47 TWh/a (2013)
Impact of subsidied renewables on market price of electricity Money This price will be paid by?? demand Lessons to learn from Germany Balance responsibility in all levels of production Investment support instead of feed in tariff Taxes are better than extra in price of electricity in transition CO2 based production is required Real cost price supply Lower market price, problematic for many producers RES is always first in the market quantity 13
Renewables, security of supply and efficiency Electricity Market + CO2-price Efficient operation of system Sustainability Security?? Renewable based production and subsidies?
Renewables, security of supply and efficiency Electricity Market + CO2-price Efficient operation of system Sustainability Security Shorter operation times, different running ranking, worse economics More renewable based production, improved sustainability Renewable based production and subsidies More uncontrollable renewable based production having high output variation, new challenges in intermittency, lack of controllable production, lack of inertia
Renewables, security of supply and efficiency Electricity Market + CO2-price Efficient operation of system Sustainability Security of supply Shorter operation times, different running ranking, worse economics How to solve the problem? More renewable based production, excellent sustainability X Renewable based production and subsidies Role of DSO? More uncontrollable renewable based production having high output variation, new challenges in intermittency, lack of controllable production, lack of inertia When? How? Profitability? Acceptability? Storages Demand response Controllable production Role of retailer? Capacity Market? Transmission & distribution grids Payments of readiness to produce electricity or reduce consumption
Smart Grid & Customer Gateway; Demand response Market players; TSO, DSO, supplier, aggregator Information systems Grid Active monitoring, optimisation and control of energy use and power flows Action signals based on optimization against different targets of system players Energy storage Actions at the customer gateway, flexible demand Loads; controllable, non-controllable Generation Solar, wind, fuel cell, biogas
Sähkön käytön muutostrendit verkon kannalta Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
Maalämpöpumppujen vaikutukset kuormitukseen - jakelumuuntajat Ei-sähkölämmitteiset omakotitalot vaihtavat maalämpöön Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
Sähkön käytön muutostrendit verkon kannalta (kiuas)vuorottelu puuttuu lämpöpumppukohteissa, lisäksi lämpöpumpuissa usein smart grid valmius, mutta sitä ei ole otettu käyttöön. Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
Sähkön käyttö ja verkossa siirrettävä teho ja energia Teho E. A. sähkönkäyttökojeiden ( esim. LED-lamput) energiatehokkuus B. sähkönkäyttökojeiden määrä K. A. D1. C. Haasteellinen verkkoyhtiölle I. B. D3. D2. F. Energia C. energiansäästö elämän asenteena D 1. lämpöpumput sähkölämmityskohteessa D 2. lämpöpumput muissa kuin sähkölämmityskohteissa D 3. sähkön käyttö muulla tavoin lämmityksessä E. sähköautot ; ohjaamaton lataus F. sähköautot ; älykäs lataus Myönteisiä H. vaikutuksia verkkoyhtiölle G. asiakkaan energiavarastot J. G. H. kuorman ohjaus myyjän/aggregaattorin toimesta I. kuorman ohjaus asiakkaan toimesta J. kuorman ohjaus verkkoyhtiön toimesta K. asiakkaiden oma sähkön Electricity Energy Environment Mechanical tuotanto Engineering Lähde: Partanen et al. Jakeluverkkoyhtiöiden tariffirakenteiden kehitysmahdollisuudet
Sähköverkkoliiketoiminta: Regulaatio Yleinen sähkönjakelun valvonnan kehittyminen Suomessa regulaatiomallin päivitys (2016-2023) Malli pyritään määrittämään kerralla 8 vuodelle Pitoaikojen valinta Avataan nykyiset pitoajat, jolloin mahdollista sovittaa vastaamaan todellisia pitoaikoja Komponenttien yksikköhintaluetteloon tulossa uusia komponentteja Todennäköisesti pieniä muutoksia eri kannustinmenetelmissä mm. Tehokkuuskannustimessa muutoksia (StoNED mallin muuttujissa muutoksia, KAH voi nostaa sallittua kopexia) Laatukannustimeen muutoksia (referenssitason laskenta, kannustimen vaikutus kasvaa) Sallitun tuoton laskenta WACC mallilla (vuotuiset päivitykset laskentaparametreihin) Innovaatiokannustin (vähennysoikeuteen muutoksia, 1 % liikevaihdosta, mahdollisuus käyttää suurempi osuus yksittäisenä vuonna) Toimitusvarmuuskannustimen täysimääräinen hyödyntäminen
Suurhäiriösietoisen kj-verkon osuus Major-disturbance-proof rate in MV network Sähköverkkoliiketoiminta: Lainsäädäntö Toimitusvarmuus Lain asettamat vaatimukset toimitusvarmuuden kehittämiselle (Suomi ja Ruotsi) Jakeluverkkojen kehittämiselle toimintaa ohjaava reunaehto suuressa osassa haja-asutusalueella toimivista jakeluverkkoyhtiöistä Tulossa merkittäviä muutoksia sähkönjakeluverkkoihin seuraavan 15 vuoden aikana, mm. Kaapelointia sekä kj- että pj-verkoissa Topologisia muutoksia Verkostoautomaatio lisääntyy Nykyinen 2028 vuoteen ulottuva aikataulu haasteellinen verkkoyhtiöille Ei mahdollista toteuttaa ilman merkittävää velkarahan osuutta Aikataulun pidennys helpottaa ongelmaa 100% 90% 80% R equired M D P level in easiest case Suurin sallittu keskeytys-aika 36 h R equired M D P level in case o f mo re difficult o peratio nal enviro nment 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 70% 60% 50% 40% 30% 5,00 0,00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 Liikevaihto investoinnit Tuotto Velka Tasapoisto Kassavirta Kuva. Taloudellisten tunnuslukujen kehittyminen, kun investoinnit ovat vuosina 0-15 a kaksinkertaiset alkuhetken tasapoistoihin verrattuna ja alkuhetken tasapoistojen tasolla vuosina 16-40. Rahoitus hoidetaan tasapoistoilla ja vieraalla pääomalla. 20% 10% Tavoite A: Ei odotettavissa pahoja myrskyjä Tavoite B: Vakavat myrskytuhot todennäköisiä Tavoite C: Erittäin suuret myrskytuhot mahdollisia 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Suurhäiriösietoisen pj-verkon osuus Major-disturbance-proof rate in LV network
Uudet teknologiat Kysynnän jousto, markkinakelpoisuus, 0 -.. a LVDC tekniikka, 2-5 a Kaapelointitekniikan kehittyminen, 0 10 a Energiavarastot ja niiden hyödyntäminen, 5-10 a Sähköautojen vaikutukset sähkönjakeluun, 5-10 a Hajautettu tuotanto, 1-5 a, 5-10 a Lähde: LUT
Kysynnän jousto eri toimijoiden kannalta Ohjattavat kuormat Pientuotanto Energiavarastot Hajautetut energiaresurssit ja kysyntäjousto Asiakas Jakeluverkko Myyjä Siirtoverkko Energiakustannusten minimointi Huipputehon rajoitus Spot-markkinat Tasehallinta Säätösähkömarkkinat Reservimarkkinat Elspot Taajuusohjattu käyttöreservi Elbas Taajuusohjattu häiriöreservi Taajuuden palautusreservi Nopea häiriöreservi
Markkinapohjaisen ohjauksen vaikutukset KJ-johtolähtöjen kuormituksiin Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
Kysyntäjouston hyödyntäminen sähkönmyyntiliiketoiminnassa
Kysyntäjoustoresurssin taloudellinen potentiaali eri markkinapaikoilla (case sähkölämmitysten ohjaus) Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
LVDC site illustrated on the map ±750 VDC underground cable Local communications network CEI 3 Connected to + DC Rectifying substation CEI 2 Connected to + DC DMS system CEI 1 Connected to DC Pasi Nuutinen et Al., Research Site for Low-Voltage Direct Current Distribution in Utility Network - Structure, Functions and Operation, IEEE Transactions on Smart Grids, Special issue of smart DC distribution 70 kva rectifying substation, supplied with double-tier transformer from 20 kv MV network 1.7 km long underground cabled bipolar ±750 V DC network, unearthed (IT) Three 16 kva customer-end inverters (CEIs) supplying end-users 29
4.12.2013 30
Unit cost /km or /pcs Kehittyvät kaapelointitekniikat Maakaapeloinnin kustannusten trendi on laskeva vs. ilmajohtokustannusten nouseva 40 000 35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 OHL: Pole mounted substation (+3.6 %/a) 0 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Lähde: Energiavirasto Year
Energiavarastot Energiavarastot ja niiden hyödyntäminen Millä aikavälillä on tulossa? Liiketoimintamalli Mahdollisuudet mm. Huipputehon leikkauksessa (verkkoyhtiö, asiakas) Keskeytysten hallinnassa (verkkoyhtiö) Uusiutuvan energian tuotannon tasapainottamisessa sekä järjestelmä- että loppukäyttäjätasolla (asiakas, sähköntuottaja) Taajuussäädössä Tasehallinnassa (myyjä) Nykyisellään energiavaraston omistaminen suoraan verkkoyhtiön toimesta kiellettyä Tarve muutokselle mahdollisuus energiavarastojen omistamiseen ja operointiin Haasteena tasehallinta; Kenen energiaa siirretään missäkin vaiheessa Verkkoyhtiön tekemät ohjaukset aiheuttavat tasevirhettä myyjän taseeseen Pohdinta lähitulevaisuudessa
Energiavarastot Akkujen hintakehitysarvio, oppimiskäyrä; -20 % per kapasiteetin tuplaus 1 000 000 MWh on 500 milj. 20 kwh akkua a 2000
Aurinkopaneeleiden vaikutukset kesäajan kuormitukseen - jakelumuuntajat Kaikki sähkölämmitteiset omakotitalot (25 % kaikista asiakkaista) hankkivat 5 kw p aurinkopaneelin => pientuotannon muodostuminen mitoittavaksi tekijäksi jakeluverkossa Suomessa on epätodennäköistä. Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
Verkkoyhtiön tariffimalli Monia ohjureita tehopohjaiseen hinnoitteluun (kapasiteetti) Kysynnän muutokset tehon ja energian suhteen Kysynnän jouston toteutus kansantaloudellisesti parhaalla tavalla Hajautetun tuotannon mahdolliset verkkovaikutukset AMR & tuntimittaukset tarjoavat hyvän perustan hinnoittelun toteuttamiselle Kuormien ohjaus & paikallisvarastot tarjoavat sähkönkäyttäjälle työkalut kapasiteetin hallintaan (palveluntuottaja tai oma automaatio)
Pohjoismainen vähittäismarkkina ja asiakasrajapinta Pohjoismainen ministerineuvosto 2005: julkilausuma visiosta rajattomasta pohjoismaisesta sähkömarkkinasta ml. yhteinen vähittäismarkkina Aikataulu: alun perin 2010, siirretty myöhemmin 2015 NordREG 2009: Ei tarvetta muuttaa nykyisiä käytäntöjä asiakasrajapinnassa. NordREG 2010: Asiakasrajapinnan tulisi perustua myyjävetoiseen malliin. Pohjoismainen ministerineuvosto, marraskuu 2014: Tavoite ollut liian kunnianhimoinen. Sähkömarkkinaryhmä katsoo, että täysin yhteisiä loppukäyttäjämarkkinoita ei ole tarvetta pitää yleistavoitteena Sähkömarkkinaryhmä suosittaa, että hankkeessa ei siirryttäisi syvällisempään selvitys- ja suositusvaiheeseen vaan että NordREG jatkaisi pohjoismaisten sähkömarkkinoiden kehittämistä myös muilla alueilla.
Kilpailu? Asiakasrajapinta Myyjien määrä Helppous asiakkaalle Yhden luukun mallin hyödyt Helppous ja yksinkertaisuus asiakkaan kannalta Yhden luukun mallin riskit Myyjä: tehtävien lisääntyminen, asiakkaan vakavaraisuuteen liittyvät riskit tuplaantuvat -> keskittyvätkö pienet perinteiseen alueeseen/pysyvätkö markkinalla? Verkkoyhtiö: tiedotus omista tuotteista ja palveluista, myyjän vakavaraisuuteen liittyvät riskit Tanska: päätös pakollisesta yhden laskun mallista kesällä 2012, toteutus 1.10.2014-> 1.10.2015 -> 1.3.2016 ->? Ruotsi: Energimarknadsinspektionen ehdottanut pakolliseen yhteislaskutukseen siirtymistä NVE:n ehdotus: läpilaskutus käyttöön 1.1.2016 (yhteislaskutus vapaaehtoista myyjille, jos verkko tarjoaa mahdollisuutta yhdelle -> on tarjottava kaikille) Mikä on Suomen linja ja kuinka pitkälle markkinoiden sääntöjen harmonisointi toteutuu?
Verkkoyhtiön rooli asiakasrajapinnassa ja vähittäismarkkinoilla Verkkoyhtiöt, joilla ei omaa sähkönmyyntiorganisaatiota (toimitusvelvollinen sähkönmyyntiyhtiö boldattuna) Caruna (Fortum markets) Caruna Espoo (Fortum markets) Elenia (Vattenfall) Haukiputaan Sähköosuuskunta, Kemin Energia, Keminmaan Energia, Raahen Energia, Rantakairan Sähkö, Tenergia, Tornion Energia (Oulun Sähkönmyynti) Enontekiön Sähkö, Koillis-Lapin Sähkö, Muonion Sähköosuuskunta, Pellon Sähkö, Rovakaira, Rovaniemen Verkko, Tornionlaakson Sähkö, Tunturiverkko (Energiapolar) Karhuvoima (Loiste Sähkönmyynti) Rauman Energia, Vakka-Suomen Voima (Lännen Omavoima) Osuus kokonaisasiakasmäärästä 37 %, kokonaisliittymämäärästä 45 %
FLEXe - ohjelma
FLEXe - ohjelma
Smart Grid & Customer Gateway at Lappeenranta University of Technology
Winner of the International Sustainable Campus Network (ISCN) Excellence Award, 2013 Creating the future with green technology and business Lappeenranta University of Technology (LUT)