The Evolution and Active Management of the Future Electricity Distribution Networks Providing Ancillary Services

Ilmastotavoitteiden vuoksi energiamurros, energiasektorin voimakas kehittyminen, harppaus uuteen tuotantotapaan ja järjestelmään tapahtuu sosioteknisessä, -ekonomisessa ja -ekologisessa viitekehyksessä, jonka myötä sähköjärjestelmä kehittyy kohti älysähköverkkoa (Smart Grid), tulevaisuuden energiajärjestelmän keskeistä infrastruktuuria. Tämän väitöskirjan painopisteenä on sähkönjakelujärjestelmän sosiaalistekninen kehittymispolku kohti älysähköverkkoa, missä ihmiset, koneet, laitteet ja toimintajärjestelmät ovat toisistaan riippuvaisia ja niiden keskinäinen vuorovaikutus kasvaa. Älysähköverkkojen kehittämisen ydin on uusiutuvan energiantuotannon osuuden, hajautetun energiantuotannon ja varastoinnin lisääminen sekä näiden hyödyntäminen energiajärjestelmän toiminnassa. Hajautettujen energiaresurssien (tuotanto, varasto, kuorma) hallinnalla tavoitellaan sähköjärjestelmän joustavuuden ja luotettavuuden lisäämistä sekä paikallisen energiaomavaraisuuden kasvua. Sähköjärjestelmän joustavuutta edistetään hajautettujen energiaresurssien tarjoamilla lisäpalveluilla. Hajautettujen energiaresurssien integrointi ja toiminta sähkönjakeluverkossa tuo haasteita verkon kehittämiselle, koska siihen osallistuu useita erilaisia sidosryhmiä ja toimijoita, joiden tarpeet on täytyttävä. Keskeistä tulevaisuuden sähkönjakeluverkon kehittymisessä on megatrendien, trendien sekä kehittyvien teknisten ja regulatiivisten näkökulmien sekä taloudellisten hyötyodotusten lisäksi toimijoiden dynaamisten ja erilaistuvien roolien tunnistaminen ja analysointi. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan energiamurroksen viitekehyksiä, tulevaisuuden energiajärjestelmän visioita sekä energiamurroksen onnistumisen edellytyksiä sähkönjakeluverkkojen kehittämisessä. Keskeisiksi konsepteiksi nostetaan aktiivinen sähkönjakeluverkko ja mikroverkko. Tulevaisuuden sähkönjakeluverkkojen hallinnassa todetaan siirtoverkko- sekä jakeluverkkotason lisäpalvelujen mahdollistamisen olevan keskeisiä. Konseptien kehittämisen ja realisoinnin jouduttamisessa osoitetaan hardware-in-the-loop (HIL) -testauksen olevan avainasemassa. Väitöskirjan tuloksena on sähkönjakeluverkkojen kehittymisen sosiaalistekninen ja nelivaiheinen tiekartta, joka kuvaa tavoiteskenaarion eli älysähköverkkovision kehittymispolun.