1000 V sähkönjakelujärjestelmän teknistaloudellisen kannattavuuden tarkastelu

Tässä työssä tutkitaan 1000 V pienjännitejakelun taloudellista kannattavuutta. Tutkimus perustuu teoreettiseen tarkasteluun, jossa noudatetaan yleisiä verkostosuunnittelun periaatteita. EU-lainsäädäntö mahdollistaa 1000 V pienjänniteportaan sijoittamisen nykyisen keskijänniteverkon ja pienjänniteverkon väliin lisäten kolmannen jakelujänniteportaan nykyään käytettävien 20 kV ja 0,4 kV väliin. Jakeluverkkojen kehittämiseksi on etsittävä ratkaisu, joka on taloudellinen sekä asiakkaiden että verkonhaltijoiden kannalta. Tällaiset ratkaisut pienentävät verkon käytön kokonaiskustannuksia ja parantavat sähkön laatua. Lisättäessä jakeluverkkoon kolmas jänniteporras, keskijänniteverkon johtopituus lyhenee ja varsinkin lyhyiden haarajohtojen määrä vähenee. Tämä vähentää keskijänniteverkossa esiintyvien keskeytysten määrää ja pienentää keskeytyskustannuksia. Kilovoltin järjestelmä on kannattava korvattaessa sillä osa keskijänniteverkkoa, tai estettäessä perinteisellä järjestelmällä tarvittava muuntopiirin jakaminen. Osana varsinaista pienjänniteverkkoa ei kilovoltinjärjestelmä ole kannattava. Tässä työssä kolmijänniteportaista jakeluverkkoa tutkitaan teoreettisilla verkkosuunnitelmilla, joita tehdään muutamille perusverkkotopologioille. Taloudellista kannattavuutta tutkitaan vertaamalla perinteistä kaksijänniteportaista ja kolmijänniteportaista verkkoratkaisua kustannusten suhteen teknisten reunaehtojen puitteissa. 1000 V pienjännitejakelu vaatii uudenlaisia verkostokomponentteja. Näistä on erityisesti käsitelty 1/0,4 kV pienjännitemuuntajaa. Muuntajasuunnittelun lähtökohtana on 1000 V verkon käyttäminen keskijänniteverkon jatkeena maasta erotettuna verkkona.

Taajama-alueen sähkönjakeluverkon kehittämissuunnitelma

This work analyses the medium voltage network in central built-up area of Savonlinna city, evaluates the future standards of the electricity distribution network and presents methods for the network renovation. Main challenge is to find a working topology and network solutions for the transitional phase of the renovation progress. The network renovation methods are verified with an example solution for an existing suburban area of Savonlinna City, wherein the medium voltage and small voltage distribution networks are renovated.

Sähkönjakelun luotettavuusindeksit ja laskenta

Tässä kandidaatintyössä on käsitelty sähkönjakelun luotettavuusanalysointia, laskentaa sekä luotettavuusindeksejä. Työssä on esitelty luotettavuusanalysoinnin perusperiaatteet ja keskitytty sähkönjakelun luotettavuuden tarkasteluun analyyttisin menetelmin ja yksinkertaisin esimerkein. Lisäksi on esitelty yleisimmät käytössä olevat luotettavuusindeksit. Luotettavuusanalysoinnilla on kasvava merkitys verkkoliiketoiminnan, sen sääntelyn sekä verkoston suunnittelun ja kehittämisen kannalta nyky-yhteiskunnassa, jossa vaaditaan yhä luotettavampaa ja keskeytyksettömämpää sähkönjakelua. Suomessa sähkönjakeluverkon säteittäisen käyttöperiaatteen myötä luotettavuuslaskentaan tarvittavat yhtälöt yksinkertaistuvat muutamaan perusyhtälöön. Tällöin jo yksinkertaisilla laskutoimituksilla voidaan huomioida keskeytyskustannusten vaikutus verkoston optimoinnissa sekä hyödyntää luotettavuusindeksejä verkkoyhtiöiden sääntelymallissa laatukannustimena. Luotettavuusanalysoinnin ja sen osana suoritettavan laskennan tuloksena saatavien luotettavuutta eri tavoin kuvaavien indeksien laaja kirjo ja niiden kirjava soveltaminen eri maissa vaikeuttavat indeksien perusteella tehtävää keskinäistä vertailua. Suomessa viranomainen julkaisee tilastoitavat ja tarkasteltavat indeksit, jotka palvelevat näin ollen viranomaisen sääntelyn tarpeita kotimaisella tasolla sekä toimivat verkoston kehittämisen tukena.

Keravan Energia Oy:n ja Etelä-Suomen Energia Oy:n sähköverkkojen yleissuunnitelma

Työn tavoitteena on ollut laatia Keravan Energia Oy:n ja Etelä-Suomen Energia Oy:n keskijänniteverkkoja koskeva yleissuunnitelma. Tutkimustyön painopiste on ollut verkkojen nykytilan selvityksen ohella ajankohtaisissa verkkojärjestelykysymyksissä. Kuormitusennusteiden laadinnan pohjana on ollut kunnista saatavat väestö- ja työpaikkaennusteet. Verkkojen vahvistusta koskevat toimenpide-ehdotukset sijoittuvat vahvoille kasvualueille Etelä-Sipooseen ja Alikeravalle. Eräs keskeisimmistä tehtävistä on ollut Etelä-Suomen Energia Oy:n verkkoon sijoittuvan Östersundomin alueen sähkönjakelun kehittäminen. Työssä on tarkasteltu ja vertailtu uuden sähköaseman rakentamista keskijänniteverkon saneeraamisvaihtoehtoon. Alueen kuormituksen nopea kasvu edellyttää verkoston kehittämissuunnitelmien pikaista toimeenpanoa jo seuraavien 1-2 vuoden kuluessa. Toinen merkittävistä verkostohankkeista sijoittuu Keravan Energia Oy:n sähköverkkoon. Työssä on selvitetty 110 kV:n verkon uudelleenjärjestelyjen vaikutuksia nykyisen keskijänniteverkon rakenteeseen. Savion ja Alikeravan asemien korvaaminen uudella asemalla aiheuttaisi asemainvestoinnin lisäksi noin kahden miljoonan markan lisäinvestoinnin kaapeliyhteyksien rakentamista varten sekä lähes miljoonan markan lisähäviökustannukset tarkasteluajalta.

Luotettavuuspohjaisen verkostoanalysointijärjestelmän kehittäminen

Sähköverkon luotettavuuden tarkastelu sähköverkkoyhtiöissä on hyvin ajankohtaista tällä hetkellä. Siihen löytyvät hyvät kannusteet sähköverkkoliiketoimintaa säätelevästä regulaatiomallista sekä nykyisestä ikääntyvästä sähköverkosta. Se on monin paikoin lähellä käyttöikänsä loppua, ja sitä rakennettaessa ei välttämättä ole kiinnitetty kovin suurta huomiota luotettavuustarkasteluun. Kandidaatintyönä on kehitetty analysointijärjestelmä, jonka avulla pystytään tarkastelemaan sähköverkon pitkän aikavälin suunnittelua ottamalla huomioon myös sähköverkon keskeytyksistä aiheutuvat kustannukset. Analysoinnissa käytettävä järjestelmä toimii Microsoftin Excel taulukkolaskennassa. Analysointijärjestelmän avulla saadaan mallinnettua keskeytyskustannusten vaikutuksia erilaisiin investointiohjelmiin ja voidaan helposti vertailla useiden verkostorakeiden tuomia hyötyjä ja niistä aiheutuvia kustannuksia.

Haja-asutusalueen keskijänniteverkon kaapeloinnin ja automaation suunnittelumetodiikka

Tässä diplomityössä tutkitaan erilaisia keskijänniteverkon kehittämismenetelmiä sekä suunnittelua haja-asutusalueelle. Suunnittelumetodiikan perustana on vertailla sähköverkon käyttövarmuuden tunnuslukujen sekä kokonaiskustannusten kehittymistä erilaisilla investointiratkaisuilla. Lähemmässä tarkastelussa ovat erilaiset kaapelointimenetelmät sekä automaatiolaitteet kuten maastoon sijoitettavat katkaisijat sekä kauko-ohjattavat erottimet. Kehittämisratkaisujen vertailemiseksi sähköverkosta muodostetaan laskentaa varten malli, jonka avulla on mahdollista tarkastella mm. käyttövarmuuden tunnuslukujen sekä verkon kustannusten kehittymistä. Verkon kustannuksissa otetaan huomioon investointikustannukset, käyttö- ja kunnossapitokustannukset, viankorjauskustannukset sekä keskeytyskustannukset. Keskeytysten laskentaa varten toteutetaan erilliset laskentalohkot, jotta keskeytyskustannukset saadaan mallinnettua tarkasti. Kaapelointistrategia-analyysissä vertaillaan kaapeloinnin erilaisia toteuttamisperiaatteita. Erilaisia tutkittavia kaapelointimenetelmiä ovat vyörytysmenetelmä, vikaherkimpien kohteiden uusinta, vanhimpien kohteiden uusinta, täydellinen kaapelointi sekä optimiverkostoratkaisu, jossa on hyödynnetty keskijännitejohtojen kaapeloinnin lisäksi mm. automaatioratkaisuja ja 1000 V tekniikkaa. Kaapelointimenetelmiä vertailtaessa on havaittu, että vikaherkimmistä kohteista aloitettava saneeraus tuottaa parhaimman tuloksen, jos optimiratkaisua ei oteta huomioon.

Maasulkuvirtojen kehitys ja kompensointi Haminan Energia Oy:n keskijänniteverkossa

Tässä työssä tutkitaan maasulkuvirtoja sekä niiden vaikutusta ja kehitystä Haminan Ener-gia Oy:n keskijänniteverkossa. Lisäksi tarkastellaan erilaisia mahdollisuuksia rajoittaa maasulkuvirtojen suuruuksia. Tutkimusalueena käytetään koko Haminan Energia Oy:n keskijänniteverkkoaluetta. Maasulkuvirtojen suuruuden ja vaikutusten tutkimiseksi suori-tetaan erilaisin lähtökriteerein maasulkujen vikavirtalaskennat verkkotietojärjestelmällä. Verkon kehittymisen analysoimiseksi selvitetään sen ikätietoja, kaava-alueiden muutok-sia sekä päämuuntaja- ja varasyöttökapasiteetteja. Analyysien pohjalta saatujen tulosten perusteella työssä laaditaan arvio maasulkuvirtojen kehityksestä tulevaisuudessa. Maasulkuvirtojen kompensoimiseksi päädytään rakenta-maan uusi päämuuntaja Laurilan sähköasemalle sekä parantamaan eräiden muuntamoiden ja erottimien maadoituksia. Nämä parannusehdotukset toteuttamalla pystytään sähkötur-vallisuusmääräykset täyttämään maasulkujen osalta pitkälle tulevaisuuteen sekä vähentä-mään asiakkaiden kokemia keskeytyksiä. Lisäksi työssä tehdään ohjeistus Haminan Energia Oy:lle maasulkuvirtojen laskentaa varten.

Mittausvirtoihin liittyvä standardointi- ja kooditusehdotus uusilla energiamarkkinoilla

Sähkömarkkinaosapuolet ovat havainneet lukuisia puutteita ja haasteita tietojärjestelmien tiedonvaihtoon liittyvissä kysymyksissä. Tässä työssä käsitellään tiedonvaihdon ongelmaa mittausvirtojen kannalta. Tiedonvaihdon lisääntyminen ja sanomien monipuolistuminen on johtanut siihen, että läheskään kaikki tarpeelliset sanomat eivät ole standardoitu, ja jo luoduissa tai ehdotetuissa standardeissa on huomattavia eroavaisuuksia mm. eri maiden välillä. Tässä työssä kuvataan nykyinen automaattisen mittarinlukujärjestelmän ja jakeluverkkoyhtiön mittaustietovaraston välinen tiedonvaihtoratkaisu ja siihen liittyvät mittaustietovirrat. Työssä esitellään myös älykkäiden mittarien tuomia hyötyjä ja pohditaan uusien mittausten tuomia mahdollisuuksia. Lisäksi pohditaan nykyisten tietovirtojen koodituskäytäntöjen toimivuutta ja niiden puutteita ja ongelmia. Työssä laaditaan esimerkki standardi mittausvirtakonfiguraation mallintamiseksi sähkömarkkinoilla. Työn painopiste on energiamittaustietojen tietovirroissa lähtien laskutuksen tarpeista. Tavoitteena on automaattisten mittarinhallintaprojektien tuomien älykkäiden mittarien uusien mittausten aiheuttaman ja mahdollistaman tietovirran standardointi. Työssä pohditaan, kuinka tietovirta saadaan eheästi siirtymään mittauspalveluntarjoajan ja jakeluverkkoyhtiön järjestelmien välillä sekä miten uudet tiedonkäyttötarpeet tulisi koodittaa. Uudet sanomastandardiehdotukset esitetään XML-mallein, ja lopuksi pohditaan mallien toimivuutta ja niihin tarvittavia jatkokehitystarpeita.

Sähkönjakeluverkon käyttövarmuuden kehittäminen

Diplomityössä tutkitaan sähkönjakelun käyttövarmuutta parantavia investointeja ja menetelmiä. Lopputuloksena saadaan selville mitkä ratkaisut soveltuvat teknistaloudellisesti parhaiten Imatran Seudun Sähkön jakeluverkkoon. Menetelmien kannattavuutta on tutkittu ensisijaisesti keskeytyskustannussäästöjen näkökulmasta. Sähkönjakeluverkon käyttövarmuus on tullut nykyisessä yhteiskunnassa yhä tärkeämmäksi tekijäksi. Kaikki keskijänniteverkosta aiheutuneet keskeytykset on alettu ottaa tammikuusta 2008 lähtien huomioon verkkoliiketoiminnan kohtuullisen tuoton laskennassa. Toisaalta Suomen jakeluverkot ovat vanhoja, eikä niitä ole suunniteltu käyttövarmuuden kannalta. Tilannetta voidaan parantaa mm. lisäämällä verkkoon automaatiota sekä ottamalla käyttövarmuus huomioon saneerauksia suunniteltaessa. Sähkönjakeluverkon käyttövarmuuden parantaminen on pitkän aikavälin prosessi. Tutkittujen investointien kannattavuuksista on tehty herkkyysanalyysi, joka ottaa huomioon korkotason ja KAH-arvojen vaihtelut. Investointien todellista vaikutusta käyttövarmuuteen voidaan seurata vertaamalla tulevia vikatilastoja tässä työssä tehtyyn nykytilatutkimukseen.

Pienvesivoiman elvytys, käyttöönotto ja kannattavuus

Uusiutuvan energian tuottamisen lisääminen on edellytys saavuttaaksemme EU:n asettamat tavoitteet. Tämän takia on syytä tutkia kaikki mahdollisuudet uusiutuvan energian tuottamisen lisäämiseksi jopa aivan pienimmistä laitoksista lähtien. Tämän työn tarkoituksena on tutkia pienvesivoiman taloudellisuutta ja kannattavuutta energiantuotannossa. Työssä suoritetaan myös kustannuslaskenta, jossa pohditaan käytöstä poistetun laitoksen palauttamista takaisin sähkön tuotantoon. Samalla käydään läpi teknisiä, taloudellisia ja lakisääteisiä kysymyksiä, joita pienvoiman verkkoonliittäminen aiheuttaa. Tämä työ on eräänlainen käsikirja pienvesivoimasta. Pienvesivoiman liittäminen jakeluverkkoon on sinällään suojausteknisesti yksinkertaista, mutta kaikkien eri taloudellisten ja lakiteknisten tekijöiden huomioonottaminen on puolestaan haastavaa. Laitosten käyttö ja kunnossapito eivät sinällään vaadi sähköteknistä osaamista, kunhan turvallisuusseikat otetaan visusti huomioon. Työssä havaittiin, että pienvesivoima ei pienissä laitoksissa riitä kattamaan suuria työvoimakustannuksia, joita syntyy, kun yritysten henkilökunta ottaa osaa laitoksen toimintaan. Toisaalta pienvesivoima on erinomainen tapa tuottaa sähköä yksityiselle ihmiselle, mikäli hän on itse valmis operoimaan laitosta eikä laske omalle työlleen suuria kustannuksia. Edellytyksenä on, että omalta maa‐alueelta löytyy pienikin puro suhteellisen läheltä jakeluverkkoa.

Nikkilän ja Savion sähkönjakeluverkkojen kunnossapito- ja saneeraussuunnitelma

Keravan Energian ja Etelä-Suomen Energian sähkönjakeluverkot sijaitsevat kasvavalla alueella Etelä-Suomessa ja varsinkin Etelä-Suomen Energian alueelle Sipooseen on ennustettu suurta väestönkasvua. Sipoossa sähköverkko on pääasiassa avojohtovoittoista maaseutuverkkoa kun taas Keravalla sähköverkko on kaapeloitua kaupunkiverkkoa. Väkiluvun ja sähkön kulutuksen kasvu tuovat omat vaatimuksensa sähkönjakeluverkolle varsinkin Sipoon Nikkilässä. Diplomityössä selvitetään Etelä-Suomen Energia Oy:n ja Keravan Energia Oy:n keskijänniteverkkojen nykytila Nikkilän ja Savion alueilla sekä alueiden kasvuennusteet ja uusien asuinalueiden tehontarpeet vuonna 2025. Näiden pohjalta laaditaan keskijänniteverkkojen rakentamiseen ja mahdollisimman tehokkaaseen käyttöön johtava suunnitelma seuraavien viiden vuoden aikana tehtäville saneerauksille.

Sähköasemainvestointihankkeen määrittely

Tämän työn tavoitteena oli tehdä perusteltu esitys kahden suunnitellun sähköaseman toiminnan aloittamisen ajankohdasta sekä rakentamisen kestosta lupamenettelyineen. Työssä oli pyrkimys perustella asemien maantieteellinen sijainti, toteutustapa, rakenne sekä sähköasemien syöttöön tarvittavien 110 kV johtojen alustava rakenne ja reitti. Työssä on tarkasteltu uuden sähköaseman verkosto- ja kustannusvaikutuksia, sähköasemarakenteita ja niiden valintaa, sähköasemainvestointihankkeen vaiheita ja rakennuttamisprosessin läpivientiin tarvittavaa aikaa. Verkoston nykytilaa, käyttövarmuutta ja selviytymistä kuormituksen kasvusta on tarkasteltu sähköasemien toiminnan aloittamisen ajankohtien määrittämiseksi. Työn keskeisin painopiste oli sähköasemien rakentamisajankohdan määrittäminen. Sähköasemien toiminnan aloittamisen ajankohdan määrääväksi tekijäksi muodostuivat sähköasemien korvaustilanteet. Nykytilassa Valkealan haja-asutusalueen sähkönjakelua ei voida taata yksittäisen sähköaseman korvaustilanteessa, minkä takia sähköasemahankkeen valmistelu on aloitettava välittömästi. Kouvolan ydinkeskustan alueen maakaapeliverkon tehonsiirtokyky ja päämuuntajien reservitehokapasiteetti korvaustilanteissa riittävät vielä 5-10 vuotta riippuen suuresti alueen kuormituksen kasvusta.

Aktiivinen jännitteensäätö hajautetussa sähköntuotannossa

Hajautetun tuotannon määrä kasvaa jakeluverkossa tulevaisuudessa ja siksi jakeluverkon toiminta tulee muuttumaan aktiivisempaan suuntaan. Nykyisin tuotannon aiheuttamaa jännitteennousua rajoitetaan yleensä passiivisilla menetelmillä kuten vahvistamalla verkkoa. Tuotantolaitos ei tällöin osallistu jakeluverkon jännitteensäätöön. Tämä saattaa nostaa kapasiteetiltaan suurehkon tuotannon liittymiskustannukset niin korkeiksi, ettei tuotantolaitosta kannata rakentaa. Aktiivisella jännitteensäädöllä tuotantokapasiteettia voitaisiin merkittävästi kasvattaa nykyisissä jakeluverkoissa. Aktiivinen jännitteensäätö voi perustua joko paikalliseen säätöön, jolloin esim. tuotantolaitosta säädetään paikallisen jännitteen perusteella tai koordinoituun säätöön, jolloin verkon komponentteja säädetään kokonaisuutena. Työssä tutustutaan hajautettuun tuotantoon ja sen vaikutuksiin jakeluverkon jännitetasoissa sekä jännitteensäädössä. Työssä edetään passiivisesta jännitteensäädöstä aktiiviseen jännitteensäätöön. Aktiivisessa jännitteensäädössä tutustutaan muutamaan kirjallisuudessa esitettyyn algoritmiin ja käytännön toteutukseen. Työssä keskitytään vain verkon jännitetasoon, eikä muita jännitteen laadun ominaisuuksia oteta huomioon.

Sähkönjakeluverkon primäärikomponenttien elinkaarianalyysi

Tässä työssä on tarkasteltu sähkönjakeluverkon primäärikomponenttien elinkaaria niiden energiankulutuksen näkökulmasta. Työssä kerrotaan elinkaarianalyysin käyttämisestä tutkimusmenetelmänä erityisesti sähkönjakeluverkkojen tarkastelussa. Tarkasteltaviksi komponenteiksi on valittu 110 kV/20 kV sähköasemalta päämuuntajat ja keskijännitepuolen kojeistot, keskijännitejohtolähdön maakaapeli ja ilmajohtorakenteet sekä jake-lumuuntajat, pienjännitemaakaapelit ja -avojohdot. Työssä esitetään yksinkertainen menetelmä komponenttien elinkaarien aikana kuluvan energiamäärän ja siitä aiheutuvien CO2-päästöjen arviointiin. Lisäksi esitetään tuloksia tehdyistä esimerkkitarkasteluista ja analyysin lähtötietojen määrittämisestä. Työn tarkoitus on auttaa verkkoyhtiöitä arvioimaan komponentti-investointien kannattavuutta energiatehokkuuden näkökulmasta. Energiahäviöt ovat usein verkkoyhtiön suurin asiakas ja päästökaupan myötä myös CO2-päästöillä on hintansa. Energiatehokkaiden ratkaisujen käyttäminen on tullut entistä tärkeämmäksi komponentteja uusittaessa.

Jakelulogistiikan kustannustehokkuuden kehittäminen

Tämän diplomityön päätavoite on selvittää keinoja Woikoski Oy:n jakelulogistiikan kustannustehokkuuden kehittämiseksi. Päätavoite voidaan jakaa osatavoitteisiin, joita ovat varastonohjauksen kehittäminen ja jakelun kuljetustoimintojen tehostaminen. Varastoinnin nykytilaa arvioitiin ABC-analyysin avulla. Saatujen tulosten pohjalta määritettiin luokkakohtaiset varastonohjaussäännöt ja kiertonopeustavoitteet, jotka yhdessä muodostavat yritykselle varastopolitiikan. Havaitut ongelmat kulminoituivat jatkuvan varastoseurannan puuttumiseen, suuriin varastotasoihin sekä kysynnänhallinnan puutteisiin. Toimenpidesuosituksina yrityksen tulee investoida tehokkaaseen varastonhallintajärjestelmään sekä aloittaa systemaattinen kysynnän ennustaminen. Kuljetuksiin liittyviksi toimenpiteiksi ehdotetaan runko- ja jakelukuljetusten reittien sekä jakelualueiden optimointia ja tuloksena saadun jakelumallin käyttöönottoa. Nykyistä jakelurahtien hinnoittelua suositellaan tarkennettavaksi siten, että jakelukustannuksia ja toimitusmääriä eritellään nykyistä tarkemmin ja asiakkaille kohdistetaan rahtikustannuksia todenmukaisin perustein. Lisäksi logistiikkatoimintaa tulee yhtenäistää eri toimipaikkojen kesken ja toimintojen mittaamista on tehostettava organisaatiossa.