Hajautetun pien- ja mikrotuotannon vaikutus jakeluverkon mitoitukseen

Abstract

Hajautetun mikro- ja pientuotannon liittäminen jakeluverkkoon on ollut huomattavassa kasvussa viime vuosina. Ilmastonmuutos ja päästöjen vähentäminen on ajanut monet kuluttajat pohtimaan omia kulutustottumuksiaan ja energian käyttöään, jonka takia oman pientuotannon hankinta on yleistynyt. Myös hankintahinnat ja laitteistojen parempi saatavuus on lisännyt hankintoja. Kehitys muuttaa jakeluverkkoyhtiöiden toimintaympäristöä, sillä pienjänniteverkot on perinteisesti suunniteltu tilanteeseen, jossa sähköntuotanto on ollut vähäistä ja teho on siirtynyt pääosin yksisuuntaisesti verkosta asiakkaille.

Tässä kandidaatintutkielmassa tarkastellaan hajautetun pientuotannon vaikutuksia jakeluverkon mitoitukseen. Tavoitteena on selvittää, miten pientuotannon yleistyminen muuttaa jakeluverkon suunnittelun lähtökohtia ja mitoitusperiaatteita. Teoriaosuudessa käsitellään Suomen sähköjärjestelmän rakennetta ja toimintaa, vertaillaan keskitettyä ja hajautettua energiantuotantomallia, määritellään pientuotannon käsite sekä kuvataan pientuotannon muotoja ja kehitystä Suomessa. Lisäksi esitetään jakeluverkon mitoituksen perusteita. Tutkimusosuudessa tarkastellaan kirjallisuuteen ja aineistoon pohjautuen pientuotannon keskeisiä verkostovaikutuksia ja niiden merkitystä pienjänniteverkon mitoitukselle.

Tulosten perusteella hajautetun pientuotannon kasvu asettaa uusia vaatimuksia jakeluverkon mitoitukselle, eivätkä perinteiset, keskitettyyn tuotantoon perustuvat käytännöt enää kaikilta osin vastaa nykytilannetta. Mitoituksen kannalta merkittävin vaikutus liittyy jännitetason hallintaan. Pientuotannon yleistyessä kriittisin mitoitustilanne ei välttämättä ole huippukuormitustilanne, vaan tilanne, jossa paikallinen kuormitus on vähäistä ja tuotanto suurta. Tällöin jännitteennousu voi muodostua mitoitusta rajoittavaksi tekijäksi erityisesti haja-asutusalueilla ja pitkien johtolähtöjen päissä.

Komponenttitasolla rajoitteeksi voi joissain tapauksissa muodostua jakelumuuntajien kuormitettavuus, mutta Suomessa tämä on usein toissijaista, koska jakeluverkot on mitoitettu talven huippukuormien perusteella. Suojaukseen kohdistuvat vaikutukset ovat nykyisissä pienjänniteverkoissa yleensä rajallisia eivätkä tyypillisesti yksin määritä mitoitusta, mutta niiden merkitys voi korostua, jos pientuotanto keskittyy samalle lähdölle tai tuotantoteho kasvaa suureksi suhteessa kuormitukseen.

Tutkielman tuloksena todetaan, että pientuotannon verkostovaikutukset on huomioitava jakeluverkkoyhtiöiden suunnitteluperiaatteissa. Jännitteennousun hallinnassa ensisijaisena keinona korostuu loistehon säätö, koska se mahdollistaa jännitteen hallinnan ilman pätötehon rajoittamista ja siten ilman suoraa vaikutusta tuotannon kannattavuuteen. Mikäli säätömenetelmät eivät riitä vaatimusten täyttämiseen, verkon vahvistaminen muodostuu vaihtoehtoiseksi ratkaisuksi.