Strategic planning of major disturbance proof network

In the 2000’s Finland suffered from storms that caused long outages in electricity distribution, longest up to two weeks. These major disturbances increased the importance of supply security. In 2013 new Electricity Market Act was announced. It defined maximum duration for outages, 6 h for city plan areas and 36 h for other areas. The aim for this work is to determine required major disturbance proof level for a study area and find tools for prioritizing overhead lines for cabling renovation to improve supply security. Three prioritization methods were chosen to be studied: A: prioritization line sections by customer outage costs they cause, B: maximizing customers major disturbance proof network and C: minimizing excavation costs in medium voltage network. Profitability calculations showed that prioritization method A was the most profitable and C had the weakest profitability. The prioritization method C drove renovation into unreasonable locations in the study area in reliability point of view. Therefore universal rule prioritization methods couldn’t be made from the prioritization methods. This led to the conclusion that every renewing area need to be evaluated in a case by case basis.

Sähkönmyyntiyhtiön riskienhallinnan kehittäminen

Sähkönmyyntiyhtiön liiketoimintaan liittyy muiden yritysten toiminnan tavoin erilaisia riskejä. Riskit jaetaan operationaalisiin ja markkinariskeihin. Operationaalisia riskejä ovat esimerkiksi erilaiset henkilöstöön, tietojärjestelmiin tai operatiiviseen toimintaan liittyvät riskit. Sähkönmyyntiyhtiön liiketoimintaan kohdistuu myös erilaisia markkinariskejä, joihin tyypillisesti liittyy sekä voiton että tappion mahdollisuus. Sähkönmyyntiyhtiön liiketoimintaan liittyviä markkinariskejä ovat esimerkiksi volyymiriski, profiiliriski, hintariski ja johdannaisriski. Työssä käydään läpi myös muita markkinariskejä sekä pohditaan riskien suojautumiskeinoja. Markkinariskejä voidaan hallita useiden eri keinojen avulla. Tavallisimpia näistä ovat esimerkiksi johdannaisten ja peak- sekä profiilituotteiden hankkiminen, joiden avulla hallitaan markkinahintojen muutosten vaikutuksia liiketoiminnan tulokseen. Lisäksi yritys voi käyttää riskienhallintakeinoina monipuolista jälkilaskentaa sekä raportointia liiketoiminnan keskeisiltä osilta. Erityisesti riskienhallintakeinona käytetään erilaisia riskimittareita, joista Profit at Risk-riskimittarin katsottiin soveltuvan parhaiten sähkönmyyntiyhtiön riskienhallinnan tueksi. Riskienhallinnan kehityksen näkökulmasta yrityksen on syytä miettiä sopimusten hinnoitteluaan sekä suojausstrategiaansa.

Siirtohinnoittelun kehittäminen etäluettavilta mittareilta saatavan datan avulla sähkönjakeluyhtiö Mäntsälän Sähkö Oy:lle

Sähkönsiirtomaksuilla katetaan luonnollisena alueellisena monopolina toimivan paikallisen sähkönjakeluyhtiön toiminta. Koska sähköverkkoyhtiöt toimivat monopoliasemassa, niiden toimintaa valvoo Energiavirasto. Energiavirasto valvoo pääasiassa verkkoyhtiöiden liikevaihtoa ja toiminnan tehokkuutta. Verkkoyhtiöiden toimintaa säätää Suomessa sähkömarkkinalaki. Verkkoyhtiöiden kustannusrakenne on hyvin sidottu verkoston kustannuksiin. Koska sähköverkoston kustannukset ovat pitkän käyttöiän ja suurien alkuinvestointien vuoksi vuosittain kiinteät ja merkittävän suuret, olisi verkkoyhtiön kannalta tärkeää, että vuosittaiset tulot eivät suuresti vaihtelisi. Nykyisellä hinnoittelumallilla kuitenkin verkkoyhtiöiden tulot jäävät hyvin riippuvaisiksi talven kylmyydestä. Nykyisin Suomessa yleisesti käytettävässä siirtohinnoittelun hinnoittelumallissa ei huomioida myöskään sitä, että verkkoyhtiön kustannukset ovat enemmän riippuvaisia verkossa siirretyistä tehoista kuin energioista. Siirtohinnoittelun kannalta on tapahtunut ja on tapahtumassa merkittäviä muutoksia. Etäluettavien sähkönkulutusmittarien käyttöönoton myötä asiakkaiden kulutuksesta saadaan huomattavasti entistä enemmän tietoa, mikä auttaa kustannusvastaavien hintojen määrittämisessä. Samaan aikaan asiakkaiden sähkön käyttö voi muuttua huomattavasti varsinkin sähköautojen ja lämpöpumppujen yleistymisen myötä. Tämän työn tarkoituksena on luoda Mäntsälän Sähkö Oy:lle sähkönsiirtohinnoittelun kustannuksia vastaavien hintojen määrittämiseksi laskentasovellus sekä selvittää tulevaisuuden siirtohinnoittelun toteuttamismahdollisuuksia. Lyhyen aikavälin suunnittelussa keskitytään kustannusvastaavien hintojen määrittämiseen keskihintaperiaatteen avulla ja pidemmän aikavälin suunnittelussa asiakkaiden huipputehoihin perustuvan hinnoittelun toteuttamisen vaikutuksiin sekä verkkoyhtiön että asiakkaan näkökulmasta.

Utilization of AMI-Technology in a Multilayered Demand Response Service Environment

This thesis studied the performance of Advanced metering infrastructure systems in a challenging Demand Response environment. The aim was to find out what kind of challenges and bottlenecks could be met when utilizing AMI-systems in challenging Demand Response tasks. To find out the challenges and bottlenecks, a multilayered demand response service concept was formed. The service consists of seven different market layers which consist of Nordic electricity market and the reserve markets of Fingrid. In the simulations the AMI-systems were benchmarked against these seven market layers. It was found out, that the current generation AMI-systems were capable of delivering Demand Response on the most challenging market layers, when observed from time critical viewpoint. Additionally, it was found out, that to enable wide scale Demand Response there are three major challenges to be acknowledged. The challenges hindering the utilization of wide scale Demand Response were related to poor standardization of the systems in use, possible problems in data connectivity solutions and the current electricity market regulation model.

Vahdon keskustan sähkönjakeluverkon saneeraussuunnitelma

Vuoden 2013 sähkömarkkinalain uudistuksen myötä verkonhaltijoiden tulee varautua suurhäiriötilanteisiin aiempaa tehokkaammin. Lain toimitusvarmuusvaatimusten täyttäminen vaatii sähköverkkoyhtiöiltä entistä suurempia investointimääriä nopeassa aikataulussa. Caruna Oy investoi vuosittain noin 100 miljoonaa euroa säävarman verkon kehittämiseen ja rakentamiseen. Eltel Networks Oy toimii Carunan pääurakoitsijana useissa saneerausprojekteissa muun muassa Satakunnan ja Lounais-Suomen alueilla. Diplomityö tehtiin Eltel Networks Oy:lle ja tavoitteena oli laatia saneeraussuunnitelma Carunan Vahdon keskustan sähkönjakeluverkkoon sekä kehittää Eltelin suunnitteluprosessia Vahdon case-projektin avulla. Nykyverkon ongelmakohdiksi osoittautuivat käyttöikänsä päähän tulleet tai lähivuosina tulevat verkkokomponentit, verkon alhainen nykykäyttöarvo sekä korkeat keskeytyskustannukset. Suunnitellun verkon nykykäyttöarvo yli kaksinkertaistui nykyverkon arvosta, verkon keski-ikä pieneni seitsemällä vuodella ja keskeytyskustannukset pienenivät yli puolella. Case-projektin aikana suunnitteluprosessissa ilmeni useita kehityskohteita. Esimerkiksi kartta-aineistoja ja ilmakuvia kannattaisi hyödyntää monipuolisemmin suunnittelussa ja ohjemuutosten täytäntöönpanoajankohta tulisi määrittää ohjeen tärkeyden mukaan. Vierekkäisille suunnitteluprojekteille kannattaa hakea jatkossa esimerkiksi yhteiset ELY- ja AVI-luvat erillisten lupahakemusten sijaan, koska se vähentää suunnittelijoiden työmäärää ja nopeuttaa hakuprosessia. Suunnittelijoiden yhteistyötä kannattaa laajentaa niin lupahakemusten, sopimusten laadinnan kuin koko prosessin kattavaksi, koska yhteistyö vähentää virheiden määrää ja nopeuttaa suunnitteluprosessia. Yhteistyöllä suunnittelu voidaan toteuttaa nopeammin laadusta tinkimättä.

Impacts of capacity remunerative mechanisms on cross-border trade

The European ambitious targets to increase the share of renewable generation pose a challenge to the generation adequacy. Many European member states are concerned that energy-only markets alone might not be able to deliver sufficient capacity required to meet the future electricity demand and back up shortfalls of energy from renewable energy sources (RES) during periods of low wind and sun. Many EU members consider to re-design their energy-only markets and establish different forms of capacity remunerative mechanisms (CRMs) to maintain the security of supply. There is a certain concern that market design changes at the level of EU member countries might conflict with the European goal of a single market. As soon as many European markets are highly interconnected, uncoordinated CRMs might create negative crossborder effects and hinder the achievement of the Internal Electricity Market in Europe. The pros and cons of capacity markets are well examined at the national level. However, the cross-border effects of capacity markets within the European market aiming at higher integration have received less attention. This doctoral dissertation examines the cross-border effects of unilateral implementation of CRMs applying both theoretical and case study analyses. The results show that capacity remunerative mechanisms (CRMs) may cause negative cross-border effects, especially if they are implemented unilaterally.

Palvelumallin kehittäminen sähköverkkoyhtiön kohtuullisen tuoton ja siirtohinnoittelun analysointiin

Uuden sähkömarkkinalain myötä sähkönjakeluverkonhaltijoille tuli velvoite parantaa verkkonsa toimitusvarmuutta tasolle, jossa verkon vikaantuminen myrskyn tai lumikuorman seurauksena ei aiheuta asemakaava-alueella asiakkaalle yli 6 tuntia kestävää keskeytystä eikä muilla alueilla yli 36 tuntia kestävää keskeytystä. 1.9.2013 voimaan astuneessa laissa toimitusvarmuuden parantamisen aikaraamiksi on määritetty 15 vuotta. Verkkoyhtiöt voivat päättää verkon saneerausstrategiasta itsenäisesti, mutta toimitusvarmuusvaatimuksiin vastaaminen vaatii monelta yhtiöltä laajamittaista verkon kaapelointia ja investointivolyymien kasvattamista. Verkon investoinneilla on vaikutuksensa verkkoyhtiöiden taloudellisessa valvonnassa, joka puolestaan on Energiaviraston vastuulla. Valvonnan kohteina ovat siirtohinnoittelun kohtuullisuus, toiminnan tehokkuus ja sähkön laatu. ElMil Oy:lle kehitetyn palvelumallin tarkoituksena on siten mallintaa investointien vaikutusta sähköverkkoliiketoiminnan valvontamallin näkökulmasta. Palvelumallissa laaditaan ennalta määritettyjen investointikohteiden ympärille optimaalinen investointiohjelma kohteiden kannattavuuden perusteella. Ohjelman perusteella voidaan puolestaan estimoida investointien vaikutusta verkosta saatavaan kohtuulliseen tuottoon ja mallintaa tämän pohjalta siirtohinnan korotuspotentiaalia. Muodostettaessa optimaalista investointiohjelmaa voidaan työssä kehitetyn laskentatyökalun avulla varioida erilaisia skenaarioita ja tehdä vaihtelevia painotuksia investointivolyymeissa vuositasolla. Laskenta seuraa myös tulorahoituksen riittävyyttä, joten investointiohjelman optimoinnilla voidaan hakea vähäisintä lisärahoitusta vaativa ratkaisu, jolloin voidaan minimoida toimitusvarmuusinvestointien aiheuttamaa vieraan pääoman kasvattamista. Osana palvelumallia päivitetään viranomaisraportointiin liittyvä toimitusvarmuuden kehittämissuunnitelma.

20 kV ilmajohtoverkon maakaapeloinnin vaikutus maasulkusuojaukseen ja loistehotaseeseen

Sähkömarkkinalakimuutokset ovat ohjanneet useita verkkoyhtiötä muuttamaan investoin-tistrategioitaan. Kiristyneet toimitusvarmuusvaatimukset edellyttävät useilta verkkoyh-tiöiltä aiempaa suurempaa panostusta jakeluverkon kehittämiseksi. Toimitusvarmuusvaa-timusten täyttäminen edellyttää myös merkittäviä muutoksia verkkoyhtiöiden käyttämiin verkostotekniikoihin. Suurhäiriöille alttiita ilmajohtoja muutetaan verkkoyhtiöissä totuttua nopeammalla aikataululla maakaapeleiksi tiukentuneiden toimitusvarmuusvaatimusten täyttämiseksi. PKS Sähkönsiirto Oy:n 20 kV sähköverkko on ollut suurimmalta osalta avojohtoverkkoa jossa toimitusvarmuus ei ole nykyisellään muuttuneen sähkömarkkinalain asettamalla ta-solla. Tämä on johtanut verkostostrategian luomiseen, jossa yhtenä toimena toimitusvar-muuden lisäämiseksi vaaditulle tasolle on avojohtolinjojen korvaaminen maakaapeleilla. Maakaapelointien nopea rakennusaikataulu tuo monia haasteita verkkoyhtiöille. Maakaa-pelointien korkea maasulkuvirran ja loistehon tuotto verrattuna avojohtoverkkoon tulee huomioida yhtiössä verkkoa rakennettaessa. Tässä diplomityössä selvitetään PKS Sähkönsiirto Oy:n verkostostrategian mukaisten maakaapelointien vaikutuksia sähköverkolle. Työssä on arvioitu tavoiteverkon mukaisten maakaapeleiden aiheuttamaa maasulkuvirran ja loistehon tuoton tasoa. Tulosten perusteel-la on tehty johtopäätökset mihin verkkoyhtiön on kiinnitettävä huomioita kaapelointeja suunnitellessa ja toteuttaessa.

Ilmajohtoverkon viankorjaus maakaapelointiteknologiaa hyödyntäen

Elenia Oy linjasi vuonna 2009 suunnittelustrategiassaan, että koko sen verkkoalueella käytetään ainoana rakennustapana maakaapelointia. Lisäksi vuoden 2013 sähkömarkkinalain sähkönjakeluverkkoyhtiöiltä edellyttämät toimitusvarmuuskriteerit ovat lisänneet säävarman verkon rakentamista merkittävästi. Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia ilmajohtoverkon viankorjauksen soveltumista maakaapeloinnilla tehtäväksi. Tarkastelu toteutetaan taloudellisuuden ja käytännön toteutuksen näkökulmista. Taloudellisessa tarkastelussa vertaillaan ilmajohtorakentamisen ja maakaapeloinnin elinkaarikustannuksia viankorjauksen yhteydessä. Käytännön toteutuksen osalta esitetään tilanteet, joissa viankorjaus on järkevä suorittaa maakaapeloimalla. Käyttämällä laskennassa Energiaviraston yksikköhintoja, jäävät viankorjaukselle soveltuvat verkko-osuudet elinkaarikustannustarkastelun valossa vähäisiksi. Tehokas investoiminen, auraustekniikan hyödyntäminen, regulaatiomallin kannustimet ja kaapelointiratkaisujen hintakehitys voidaan kuitenkin todeta merkittäviksi vaikuttajiksi maakaapeloinnin yleistymisessä toimintatavaksi ilmajohtoverkon viankorjauksessa.

Pk-yrityksen aurinkovoimalainvestointiin vaikuttavat tekijät

Tutkielman tavoitteena on selvittää pienten ja keskisuurten yritysten aurinkovoimalainvestointiin liittyviä tekijöitä sekä erityispiirteitä. Tutkielmassa pk-yritykset on rajattu alueellisesti Etelä-Suomeen ja tekijöitä tarkastellaan investoinnin sekä päätöksenteon näkökulmasta. Keskeisenä asiana tutkielmassa on aurinkosähkömarkkinoiden nykytila sekä mahdollisuudet. Osatavoitteena on tutkia aurinkosähkön hyödyntämistä ja käyttöönottoa Suomessa sekä luoda aurinkosähkön mahdollisuuksista selkeämpi kokonaiskuva. Tutkielman tutkimusmenetelmänä käytetään laadullista tutkimusta. Tutkielma koostuu teoreettisesta katsauksesta sekä empiirisestä osuudesta. Teoreettinen osuus tarkastelee investointeja ja rahoitusvaihtoehtoja. Empiirinen osuus pitää sisällään kolmen kohdeyrityksen haastattelut. Haastattelut toteutettiin marraskuussa 2015 aurinkosähkömarkkinoilla toimiville ratkaisuntarjoajille. Haastatteluiden avulla kartoitettiin alalla toteutettujen aurinkovoimalainvestointien taustatekijöitä ja erityispiirteitä. Tutkimustuloksina havaittiin selkeitä aurinkovoimalainvestointiin vaikuttavia tekijöitä sekä muutamia erityispiirteitä. Taloudellista kannattavuutta voidaan pitää investointien lähtökohtana. Tähän vaikuttaa uusiutuvan energian investointeihin saatavilla oleva energiatuki, jolla on merkittävä vaikutus pk-yrityksen päätöksentekoon. Lisäksi ekologinen sähkön tuotanto sekä omavaraisuus nousivat haastatteluissa esiin. Johtopäätöksinä voidaan todeta aurinkosähkön sisältävän useita tekijöitä ja erityispiirteitä, joita investoijien sekä ratkaisuntarjoajien tulee ottaa huomioon. Aurinkosähkömarkkinoiden suurta potentiaalia voidaan hyödyntää tehokkaammin kehittämällä alan tiedonjakoa esille nousseiden tekijöiden ja erityispiirteiden osalta.

Energiatoimialan allianssien kehitys Euroopassa vuosina 1990-2009

Tämän kandidaatintutkielman aiheena on selvittää ja analysoida energiatoimialan allianssien kehitystä Euroopassa vuosien 1990–2009 aikana. Euroopan energia- ja sähkömarkkinat muuttuivat 1980-luvun lopulla, jolloin kansallisia monopoleja puret-tiin ja energia- ja sähkötoimialalle haluttiin luoda kilpailulliset markkinat. Tarkoituksena on tutkia, onko energiatoimialalla muodostettu alliansseja noususuhdanteisesti vuosien 1990–2009 aikana. Tutkimusaineiston avulla on pyritty selvittämään, millaisia alliansseja energiatoimialalla on solmittu, mitkä motiivit ovat vaikuttaneet allianssin muodostamiseen, mitkä kriteerit ovat vaikuttaneet allianssipartnerin valintaan ja mihin toimialaan allianssipartnerit kuuluvat. Tässä tutkimuksessa allianssit on rajattu koskemaan yhteisyrityksiä ja strategisia alliansseja. Motiiveja allianssien muodostamiseen on käsitelty kolmen eri teorian pohjalta, jotka ovat resurssiperusteinen teoria, transaktiokustannusteoria ja strategisten ja sosiaalisten aspektien teoria. Allianssikumppanin valintaan vaikuttavia tekijöitä on käsitelty tehtävä- ja partnerisuuntautuneita kriteereitä koskevan teorian pohjalta. Tutkimuksen empiirisessä osassa on käytetty SDC Platinum-tietokantaa, josta on saatu kaikki Euroopassa muodostetut energia-alan allianssit vuosina 1990–2009. SDC Platinum-tietokannasta saatavaa aineistoa on kuvailtu ja analysoitu laadullisin menetelmin.

Tuulivoimaliiketoimintaan liittyviä epävarmuustekijöitä

Diplomityön tavoitteena oli selvittää tuulivoimatuotannon epäsymmetrisyyden vaikutuksia liiketoiminnalle. Tarkastelun kohteena oli tuotetun energian sekä tuulivoimatuotannosta maksettavan korvauksen keskinäinen epäsymmetria. Työssä asiaa tarkasteltiin esimerkki tuulivoimalaitoksen avulla. Tarkastelujaksoksi työssä rajattiin ajanjakso 2014 tammikuusta vuoden 2015 kesäkuuhun. Tämän lisäksi työssä perehdyttiin tuotetun sähkön hinnan suojausstrategioihin, tuotannon häviötekijöihin sekä tasesähkön aiheuttamien kustannusten kehitykseen. Työn tulosten perusteella tuulivoimaliiketoiminta tulee kokemaan epävakauden lisääntymistä. Tuulivoimatuotannon epävarmuus johtuu heikosta pitkän aikavälin ennustettavuudesta, joka koostuu aikaisemmin mainituista tuotannon ja sähkön markkinahinnan välisestä epäsymmetrisyydestä. Työssä käsitellään tuulivoimatuotannon ajallista vaihtelua, joka ilmentää hyvin tuulivoimatuotannon perimmäistä olemusta. Työn lopputuloksena saatiin kuvaus tuotantojen ajallisesta jakautuneisuudesta, joiden pohjalta yritys voi suunnitella suojausstrategioita työssä esiteltyjen johdannaistuotteiden avulla. Edellisten loppupäätelmien lisäksi työssä perehdyttiin häviöiden sekä tasesähkökustannusten taloudellisiin vaikutuksiin sekä kehityssuuntiin tulevaisuudessa.

Investigation of the applicability of LVDC microgrids in utility distribution in Russia

The research towards efficient, reliable and environmental-friendly power supply solutions is producing growing interest to the “Smart Grid” approach for the development of the electricity networks and managing the increasing energy consumption. One of the novel approaches is an LVDC microgrid. The purpose of the research is to analyze the possibilities for the implementation of LVDC microgrids in public distribution networks in Russia. The research contains the analysis of the modern Russian electric power industry, electricity market, electricity distribution business, regulatory framework and standardization, related to the implementation of LVDC microgrid concept. For the purpose of the economic feasibility estimation, a theoretical case study for comparing low voltage AC and medium voltage AC with LVDC microgrid solutions for a small settlement in Russia is presented. The results of the market and regulatory framework analysis along with the economic comparison of AC and DC solutions show that implementation of the LVDC microgrid concept in Russia is possible and can be economically feasible. From the electric power industry and regulatory framework point of view, there are no serious obstacles for the LVDC microgrids in Russian distribution networks. However, the most suitable use cases at the moment are expected to be found in the electrification of remote settlements, which are isolated from the Unified Energy System of Russia.

Cascade hydropower capacity increase profitability analysis with optimisation modelling

The electricity market and climate are both undergoing a change. The changes impact hydropower and provoke an interest for hydropower capacity increases. In this thesis a new methodology was developed utilising short-term hydropower optimisation and planning software for better capacity increase profitability analysis accuracy. In the methodology income increases are calculated in month long periods while varying average discharge and electricity price volatility. The monthly incomes are used for constructing year scenarios, and from different types of year scenarios a long-term profitability analysis can be made. Average price development is included utilising a multiplier. The method was applied on Oulujoki hydropower plants. It was found that the capacity additions that were analysed for Oulujoki were not profitable. However, the methodology was found versatile and useful. The result showed that short periods of peaking prices play major role in the profitability of capacity increases. Adding more discharge capacity to hydropower plants that initially bypassed water more often showed the best improvements both in income and power generation profile flexibility.

Change of Electricity Distribution Industry: Drivers and Opening Business Opportunities

As a result of the recent regulatory amendments and other development trends in the electricity distribution business, the sector is currently witnessing radical restructuring that will eventually impact the business logics of the sector. This report represents upcoming changes in the electricity distribution industry and concentrates on the factors that are expected to be the most fundamental ones. Electricity network companies nowadays struggle with legislative and regulatory requirements that focus on both the operational efficiency and the reliability of electricity distribution networks. The forces that have an impact on the distribution network companies can be put into three main categories that define the transformation at a general level. Those are: (1) a requirement for a more functional marketplace for energy, (2) environmental aspects (combating climate change etc.), and (3) a strongly emphasized requirement for the security of energy supply. The first point arises from the legislators’ attempt to increase competition in electricity retail markets, the second one concerns both environmental protection and human safety issues, and the third one indicates societies’ reduced willingness to accept interruptions in electricity supply. In the future, regulation of electricity distribution business may lower the threshold for building more weather-resistant networks, which in turn means increased underground cabling. This development pattern is reinforced by tightening safety and environmental regulations that ultimately make the overhead lines expensive to build and maintain. The changes will require new approaches particularly in network planning, construction, and maintenance. The concept for planning, constructing, and maintaining cable networks is necessary because the interdependencies between network operations are strong, in other words, the nature of the operation requires a linkage to other operations.