Energiamurroksen vaikutukset sähkölämmitteisten pientaloalueiden muuntopiireihin
Lataukset58
Pysyvä osoite
Kuvaus
Opinnäytetyö kokotekstinä PDF-muodossa.
Tässä diplomityössä tarkastellaan energiamurroksen vaikutuksia sähkölämmitteisen pientaloalueen muuntopiireihin. Energiamurroksella tarkoitetaan energiasektorin muutosta kohti hajautettua energiantuotantoa ja hiilineutraalia energiajärjestelmää. Ilmiö näkyy erityisesti rakennusten sähkölämmityksen ja liikenteen sähköistymisenä, mikä lisää sähkön kulutusta pientaloissa. Sähkönkulutuksen kasvaessa myös sen ajoittuminen muuttuu, sillä kuormia voidaan ohjata esimerkiksi sähkön spot-hinnan perusteella. Joustavuuden ja automaatiokehityksen myötä kuormien tehot voivat ajoittua samoille hetkille, mikä kasvattaa huipputehoja jakeluverkossa.
Tutkimuksen tavoitteena on arvioida, kuinka energiamurros voi enimmillään vaikuttaa huipputehoihin liittymä- ja jakelumuuntajatasolla sekä millaisia vaikutuksia kuormituksen ajallisella muutoksella on pienjänniteverkkoon. Tarkastelun keskiössä on tehoprofiilien muutokset ja niiden vaikutus verkon kapasiteetin riittävyyteen.
Teoriaosuudessa käsitellään energiamurroksen keskeisiä ilmiöitä sekä niiden vaikutuksia muuttuvaan sähköjärjestelmään ja sähkönkulutukseen. Lisäksi tarkastellaan sähkömarkkinoiden kehitystä ja energiamurroksen seurauksena kehittyneitä ratkaisuja, jotka lisäävät kuormien joustavuutta. Lopuksi käsitellään jakeluverkon mitoitusperiaatteita ja kysyntäjouston roolia jakeluverkon näkökulmasta. Tämän jälkeen työssä keskitytään skenaariopohjaiseen mallinnukseen, jossa tarkastellaan erilaisten kuormitustilanteiden vaikutuksia pienjänniteverkkoon. Mallinnus perustuu tuntikohtaiseen mittausdataan, jota täydennetään ulkolämpötila- ja sähkön spot-hintatiedoilla. Kuormituksen muutoksia mallinnetaan korjauskertoimien avulla, ja vaikutuksia arvioidaan muuntopiiritasolla. Työssä analysoidaan erityisesti joustavien kuormien ajallisen ajoittumisen merkitystä sekä niiden vaikutusta huipputehoihin ja verkon kuormitettavuuteen.
Tutkimuksen tulosten perusteella energiamurros asettaa merkittäviä haasteita jakeluverkon mitoitukselle ja käytölle. Sähkölämmitys yhdessä sähköauton latauksen kanssa kasvattaa huipputehoja ja aiheuttaa ylikuormittumista jakeluverkossa. Kuormitusasteet ja jännitteenalenemat kasvavat sekä liittymä-, runkojohto- että jakelumuuntajatasolla paikoin ylittäen verkon mitoituksen raja-arvot. Pelkkä verkon kapasiteetin kasvattaminen ei ole riittävä ratkaisu kasvavien tehotarpeiden ratkaisemisessa, vaan keskeiseksi tekijäksi nousee huipputehojen hallintakeinot, joiden avulla voidaan tasata huipputehoja ja varmistaa verkon toimintavarmuus muuttuvassa toimintaympäristössä.
This thesis investigates the impacts of the energy transition on distribution transformer circuits in an electrically heated detached house area. The energy transition refers to the transformation of the energy sector towards distributed energy production and a carbon-neutral energy system. This phenomenon is particularly reflected in the electrification of building heating and transport, which increases electricity consumption in detached houses. As electricity consumption in creases, its temporal distribution also changes, as loads can be controlled, for example, based on electricity prices. With flexibility and automation, load demand may concentrate at the same time periods, thereby increasing peak loads in the distribution network.
The objective of this study is to assess how the energy transition can maximally affect peak loads at the connection point and distribution transformer levels, as well as the effects of temporal changes in load demand on the low-voltage network. The analysis focuses on changes in load profiles and their implications for network capacity adequacy.
The theory section discusses the key phenomena of the energy transition and their impacts on the evolving power system and electricity consumption. In addition, it examines the development of electricity markets and solutions emerging from the energy transition that increase load flexibility. Finally, the dimensioning principles of the distribution network and the role of demand response are discussed from the distribution network perspective. This is followed by scenario-based modelling, where the effects of different loading conditions on the low-voltage net work are analysed. The modelling is based on hourly measurement data combined with temperature and spot-price data. Changes in load demand are modelled using correction factors, and their impacts are assessed at the transformer feeder level. Attention is given to the temporal shifting of flexible loads and its effects on peak loads and network utilization.
Based on the results, the energy transition poses significant challenges to the dimensioning and operation of distribution network. Electric heating combined with electric vehicle charging in creases peak loads and may cause overloading in the network. Loading levels and voltage drops increase at the connection point, feeder, and distribution transformer levels, in some cases exceeding dimensioning limits. Increasing network capacity alone is not a sufficient solution to growing power needs. Instead, peak load management measures play a key role in balancing load demand and ensuring reliable network operation in a changing operating environment.