Pienjänniteverkon hallinnan tavoitetila kaupunkiverkkoyhtiössä

Abstract

Energiamurroksen myötä jakeluverkkoon tulee liittymään huomattavia määriä hajautettua pientuotantoa ja uusia kuormia, kuten sähköautojen latauspisteitä ja sähköisiä lämpöpumppuja. Suuri osa näistä kohteista tulee liittymään suoraan pienjänniteverkkoon (pj-verkko). Sähköverkkoyhtiöiden operatiivisessa toiminnassa pj-verkon näkyvyys on yleisesti heikko ja energiamurros tuokin pj-verkon näkyvyyden ja operatiiviseen hallinnan parantamiseen erityistä kehitystarvetta. Tilanne on samantapainen myös Helen Sähköverkossa.

Pj-verkon näkyvyyden ja hallinnan nykytilan ja kehittämisen selvittämiseksi työssä teetettiin kyselytutkimus, joka lähetettiin 12 suomalaisen jakeluverkkoyhtiölle, joiden koko ja toimintaympäristö olisivat mahdollisimman verrattavissa Helen Sähköverkkoon. Kyselyn keskittyessä verkkoyhtiöiden näkemyksiin pj-verkon käytön ja tulevaisuuden suunnitelmien näkökulmasta, rajattiin vastaajat yhtiöiden käytönjohtajiin. Kyselyssä saatuja vastauksia peilattiin myös Helen Sähköverkon vastauksiin.

Tutkimuksen tuloksien mukaan pj-verkon keskeisimmiksi haasteiksi koetaan liikenteen sähköistyminen, lämmitysjärjestelmämuutokset, kuormituksen ja tuotannon vaihtelut sekä verkolta kerättävän reaaliaikaisen datan hallinta. Vaikka haasteita ei koeta tällä hetkellä kriittisiksi, tunnistetaan niiden tärkeys tulevaisuuden toiminnassa. Pj-verkon näkyvyyden ja hallinnan kehittämiseen nojaavaksi suosituiksi keinoiksi nousivat etäluettavien energiamittareiden ja kehittyneiden käytöntukijärjestelmien toiminnallisuuksien parantaminen sekä mobiilityökalujen ja muuntamoautomaatioiden kehittäminen.

Tässä diplomityössä tunnistettiin neljä pj-verkon tavoitetilan osa-aluetta, joihin keskittymällä Helen Sähköverkko voi kehittää pj-verkon hallintaa ja näkyvyyttä: tilannekuvan parantaminen, järjestelmien yhtenäistäminen, vika- ja keskeytystilanteiden hallinta sekä omaisuudenhallinta ja kunnossapito. Saavuttaakseen tavoitetilansa tulee Helen Sähköverkon keskittyä järjestelmärakenteiden yksinkertaistamiseen, etäluettavien energiamittareiden tehokkaampaan hyödyntämiseen sekä verkon käytön ja suunnittelun toimintamallien muuttamiseen. Vaadittujen muutosten suorittaminen tulee olemaan jatkuva prosessi, jonka avulla saadut edut voivat ilmetä vasta vuosikymmenen päästä. Tärkein välitön toimi Helen Sähköverkolle on pj-verkon verkkomallin ja vaillinaisten verkkotietojen korjaaminen ja oikeellisuuden varmistaminen.

Energy transition will bring significant changes to distribution networks with small-scale production and new loads such as electric vehicle charging points and electric heat pump systems. Most of these loads will connect directly to the low-voltage (LV) network, which has typically been rather unobservable part of the distribution network. The case is similar with Helen Electricity Network, that is only able to form a partial image of their LV network with secondary substation automation systems. The functionalities of the installed smart meters have not been utilized thoroughly and by using only very limited alarm and query functionalities, the observability of the LV network is limited.

This thesis included a survey, which targeted the operation managers in 12 Finnish distribution system operators (DSOs). The participant DSOs were chosen by finding similarities in their size and operational environment to those of Helen Electricity Network. The results indicate that DSOs perceive the electrification of mobility and heating, as well as the changes in production and consumption, along with controlling the increasing amount of data form the gathered from the LV network as the most crucial challenges in the future. Although these challenges are not regarded as acute problems that would endanger the safety of the network promptly, their future importance is recognized. The DSOs feel that the most promising solutions to manage these threats lie within improving the effectivity of smart meters, incorporating advanced distribution management system (ADMS) and mobile applications into network operations, and bettering the automation levels in substations.

In this thesis, four main areas of interest were identified that can help Helen Electricity Network to improve its LV operations. In order to achieve these four objectives, Helen Electricity Network needs to focus on simplifying their system architecture, utilizing their smart meters more effectively and changing the operational model of controlling the distribution network. The most important task Helen Electricity Network can do immediately is to focus on ensuring the integrity of their network model, especially on the LV levels.