Source: http://docplayer.fi/14507638-Verkonparannusvaihtoehdot.html
Timestamp: 2018-08-20 10:42:28+00:00
Document Index: 3644206

Matched Legal Cases: ['kko ', 'kko\n', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ']

VERKONPARANNUSVAIHTOEHDOT - PDF
Download "VERKONPARANNUSVAIHTOEHDOT"
1 VERKONPARANNUSVAIHTOEHDOT Regulaation vaikutus jakeluverkon toimitusvarmuusinvestointien kannattavuuteen Henry Lågland
2 2 SISÄLLYSLUETTELO ALKUSANAT 7 1. JOHDANTO 8 2. SÄHKÖN JAKELULLE JA LAADULLE ASETETTAVAT VAATIMUKSET SEKÄ SÄHKÖN JAKELUN KEHITTÄMISVELVOLLISUUS Regulaatiojärjestelmä Sähkömarkkinalaki Yhteenveto KANNUSTIMET JA NIIDEN VAIKUTUKSET KORVAUS- JA UUSINVESTOINTEIHIN Investointikannustin Laatukannustin Tehostamiskannustin Innovaatiokannustin Toimitusvarmuuskannustin Yhteenveto RATKAISUVAIHTOEHDOT Suurhäiriötarkastelu Maakaapelointi ja sen haasteet Verkostoautomaatio ja suojaus Varavoima ja varayhteydet VERKKOVAIHTOEHTOJEN VERTAILU Verkkovaihtoehdot Varayhteydet ja verkostoautomaatio Laskentatyökalu sekä syöttöarvot Tulokset Jakeluvarmuuden luotettavuusindeksit Lähdön ja vyöhykkeiden keskeytyskustannukset eri verkkovaihtoehdoille Kunnossapito- ja korjauskustannukset Häviökustannukset Investointikustannukset Käyttökustannukset Kokonaiskustannukset Investointien kannattavuus Kannustinvaikutukset esimerkkiverkossa Investointitehokkuus 70
3 Verkkoyhtiön muut lähdöt Maakaapelointi- ja johtoautomaatiokohteet Automaatio ja suojaus Yhteenveto Herkkyysanalyysi Kaapelointi ja verkostoautomaatio kansallisella tasolla Maakaapelointi Johtoautomaatio YHTEENVETO Maakaapelointi Verkostoautomaatio Varavoima ja varayhteydet Suurhäiriöstrategiat Regulaatiojärjestelmä Lisätutkimusten tarve 94 LÄHDELUETTELO 95
4 4 Lyhenneluettelo a AJK AVH DMS EMV ET EV FLIR JHA JM KAH KJ K-O KVJ NKA OHL pa PAS PJK SA SCADA SML TY UGC VSV VV Vuosi Aikajälleenkytkentä Automaattinen vianhallinta Distribution Management System Energiamarkkinavirasto Energiateollisuus Energiavirasto Fault Location, Isolation, Restoration (automaattinen vianpaikannus-, rajaus- ja sähkönjakelun palautusjärjestelmä) Jälleenhankinta-arvo Jakelumuuntamo Keskeytyksestä aiheutuva haitta Keskijännite Kauko-ohjaus Käytönvalvontajärjestelmä Nykykäyttöarvo Avojohto Pitoaika Päällystetty avojohto Pikajälleenkytkentä Sähköasema Supervisory Control and Data Acquisition Sähkömarkkinalaki Toimintaympäristö Maakaapeli Vaasan Sähköverkko Oy Varavoima
5 5 Symboliluettelo P Keskiteho a, k Keskeytystehon haitta-arvo b Keskeytysenergian haitta-arvo Ɛ f f AJK f PJK HK HÄV INV JHA k K K 0 KA KAH KAH-N KAH-S k AJK K JK KK K kok KOPEX k PJK Kul Me MeTv N L m Annuiteettikerroin Vikataajuus Aikajälleenkytkentä taajuus Pikajälleenkytkentä taajuus Sallittu hätäkuormitusaste Häviökustannukset Investointikustannus Jälleenhankinta-arvo Yksikkökustannus Kannattavuus Nykykäyttöarvo Kaapelointiaste Keskeytyksestä aiheutuva haittakustannus Normaalioloista aiheutuva keskeytyksen haittakustannus Suurhäiriöistä aiheutuva keskeytyksen haittakustannus AJK:n tehon haitta-arvo Jälleenkytkennöistä aiheutuneet kustannukset Kunnossapito- ja korjauskustannukset Kokonaiskustannukset Verkonhaltijan kontrolloitavissa olevat operatiiviset kustannukset PJK:n tehon haitta-arvo Kuluttajien lukumäärä Metsäisyys Metsäisyys tienvarressa Lukumäärä Johdon pituus Metsäisyys
6 6 MAIFI Jälleenkytkentöjen keskimääräinen lukumäärä/asiakas, a OPEX Käyttökustannukset p Korkoprosentti P Teho S Kustannussäästö SAIDI Keskeytysten keskimääräinen kestoaika/ asiakas, a SAIFI Keskeytysten keskimääräinen lukumäärä/ asiakas, a t Aika TMA Takaisinmaksuaika TOTEX Verkonhaltijan toteutuneet tehostamiskustannukset TP Tasapoisto YT Yhtiökohtainen tehostamistavoite Alaindeksit a AJK hka i j JK OHL PJK t UGC v Vuosi Aikajälleenkytkentä Huipun käyttöaika Komponentti Kuormitusryhmä Jälleenkytkentä Avojohto Pikajälleenkytkentä Aika Maakaapeli Verkko
7 7 ALKUSANAT Tämä raportti on INKA-ohjelman Sundom Smart Grid projektin työpaketin WP B1 loppuraportti, jossa tutkittiin regulaation vaikutuksia jakeluverkkoyhtiöiden toimintaan. Kiitokset projektin johtoryhmälle tuesta. Haluan lisäksi lausua kiitokset professori Kimmo Kauhaniemelle Vaasan yliopistossa ja Vaasan Sähköverkon toimitusjohtaja Juha Rintamäelle tilaisuudesta saada tutkia jakeluverkkoyhtiöiden regulaation vaikutuksia Vaasan Sähköverkon jakeluverkossa. Kiitokset myös Lauri Kumpulaiselle Vaasan yliopistossa joka on antanut arvokkaan panostuksensa tutkimuksen suorittamiselle ja tukenut minua projektin eri vaiheissa. Lopuksi kiitokset Vaasan Sähköverkon yleissuunnittelijalle Ari Salolle jonka suunnitelmat ovat olleet lähtökohtana tutkimusta suoritettaessa ja joka itsekin on aktiivisesti ollut mukana tutkimuksen eri vaiheissa. Vaasassa Henry Lågland
8 8 1. JOHDANTO Vuonna 2013 voimaanastuneella Sähkömarkkinalain (SML) muutoksella tarkoituksena on varmistaa edellytykset tehokkaasti, varmasti ja ympäristön kannalta kestävästi toimiville sähkömarkkinoille siten, että hyvä sähkön toimitusvarmuus, kilpailukykyinen sähkön hinta ja kohtuulliset palveluperiaatteet voidaan turvata loppukäyttäjille (Eduskunta, / 588). Lain 51 jakeluverkon toiminnan laatuvaatimuksissa rajoitetaan sähkönjakelun keskeytys jakeluverkon vioittuessa myrskyn tai lumikuorman seurauksena asemakaava-alueella verkon käyttäjälle korkeintaan 6 tuntiin ja verkon muulla alueella 36 tuntiin. Tietyin ehdoin sallitaan poikkeukset säännöstä saarille ja pienkulutusalueille joiden investointikustannukset lain täyttämiseksi muodostuisivat kohtuuttoman suuriksi. Nykyisen sähköverkkotoiminnan kolmas valvontajakso päättyy vuoden 2015 lopussa. Nykyiseen regulaatiojärjestelmään Energiavirasto (EV) on neljännen valvontajakson regulaatiojärjestelmään esittänyt muutoksia joista yksi merkittävimmistä on keskeytyksestä aiheutuneen haitan (KAH) tason ottamisesta täysmääräisesti mukaan jakelulaitoksen kohtuullista tuottoa määritettäessä. Sundom Smart Grid projektissa Vaasan-seudun energia-alan toimijat testaavat ja pilotoivat uusinta älykkään sähköverkon teknologiaa Vaasassa sijaitsevassa Sundomin kylässä missä sähköverkko on muuttumassa haja-asutusalueen verkosta kaupunkimaisemmaksi, jossa yhdistyvät sekä maakaapeloidut osuudet että avojohtoverkko. Verkossa testataan uusinta verkon automatisoitua vianhallintatekniikkaa, jossa yksi tärkeimmistä ominaisuuksista on maasulun vianhallinta, jota tarvitaan verkon maakaapelointiasteen lisääntyessä. Tavoitteena on lisäksi rakentaa ratkaisut, jotka tukevat uusiutuvien energiantuotantomuotojen, kuten tuulija aurinkovoiman hyödyntämistä alueella. Samalla tutkitaan uusia liiketoimintamahdollisuuksia pientuottajien ja sähkönkuluttajien osalta (Projektisuunnitelma ). Tämä raportti koskee edellä mainitun projektin työpakettia WP B1 jossa tutkitaan regulaation vaikutuksia jakeluverkkoyhtiöiden toimintaan. Tutkimuksen kohteina ovat sähkömarkkinalain sekä nykyisen ja tulevan regulaatiomallin muutosten vaikutusten selvittäminen verkkoyhtiön näkökulmasta katsottuna. Selvitettäviä asioita ovat toimitusvarmuuskriteerien täyttämiseen tähtäävien erilaisten investointimallien taloudellinen kannattavuus, regulaation eri kannus-
9 9 timien vaikutus jakeluverkkojen investointeihin sekä regulaatioon mahdolliset rajoitukset investointitahdissa jakeluvarmuustavoitteen saavuttamiseksi. Verkkoyhtiön oikean investointitason löytäminen edellyttää vastausten löytämisen mm. seuraaviin kysymyksiin. Mitä kannattaa kaapeloida? Kuinka verkostoautomaatio hyödynnetään optimaalisesti? Lisäksi investointivaihtoehtojen harmaa alue on kartoitettava jotta eri investointivaihtoehtojen soveltuvuus eri tilanteisiin saadaan demonstroitua. Työssä tarkastellaan sekä voimassaolevan sähköverkkotoiminnan kolmannen valvontajakson että uuden vuonna 2016 voimaan tulevan neljännen valvontajakson vaikutuksia jakeluverkkoyhtiöiden investointitoimintaan pääpainon ollessa tulevan valvontajakson vaikutuksissa. Regulaation käytännön vaikutusten demonstroimiseksi lasketaan esimerkkiverkon investointivaihtoehdot sähkömarkkinalain vaatimusten täyttämiseksi. Kun mukaan on otettu myös aikaulottuvuus esimerkkilaskelmissa näkyvät sekä kolmannen (2015) että neljännen ( ) valvontajakson regulaation vaikutukset. Sähkömarkkinalain toimitusvarmuuskriteerien täyttämisen suhteen tarkastellaan erilaisten investointimallien, erityisesti maakaapeloinnin ja verkostoautomaation taloudellista kannattavuutta. Regulaatiojärjestelmän osalta jakeluyhtiöt tarvitsevat tietoa eri kannustimien vaikutuksesta jakeluverkkojen investointimallien kannattavuuteen ja jakeluyhtiön investointihalukkuuteen. Sisältyykö regulaatioon rajoituksia investointitahdissa jakeluvarmuustavoitteen saavuttamiseksi on toinen jakeluyhtiöitä kiinnostava kysymys johon tässä tutkimuksessa haetaan vastausta. Yhteenvetona tutkimus pyrkii osaltaan vaikuttamaan sähköverkkotoiminnan regulaation läpinäkyvyyden parantamiseen. Lisäksi tutkimuksessa haetaan aiheita mahdolliseen jatkotutkimukseen. Diplomityössään Vessari tutki Vaasan Sähköverkko Oy:n (VSV) asemakaava -alueen tavoiteverkon suunnittelua ja sitä ohjaavia tekijöitä verkkoyhtiön keskijänniteverkossa (Vessari 2014). Jatkona edelliselle tutkimukselle Vaasan Sähköverkolla oli tarve selvittää sähkömarkkinalain vaikutukset omiin investointisuunnitelmiinsa, arvioida lähivuosien oikea investointitaso, sekä investointien harmaan alueen kartoitus. Verkkoyhtiön kannalta päätavoitteena oli selvittää mitä verkon osia kannattaa kaapeloida ja mikä on järkevä automaation taso.
10 10 Sähkömarkkinalain 52 mukaan jakeluverkonhaltijan on laadittava jakeluverkkoansa koskeva kehittämissuunnitelma, joka sisältää toimenpiteet, joiden toteuttaminen johtaa 51 ja 119 :ssä säädettyjen vaatimusten täyttämiseen ja ylläpitämiseen jakeluverkossa. Kehittämissuunnitelma on päivitettävä kahden vuoden välein. Toimintasuunnitelmat lain vaatimusten täyttämiseksi on nyt toimitettu Energiavirastolle ensimmäisen kerran. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan löytyykö lain toimitusvarmuuskriteerien täyttämiseksi vaihtoehtoisia ratkaisuja mittavan maakaapeloinnin sijasta. Seuraavassa on lyhyt yhteenveto tämän tutkimuksen pääkohdista. Kappaleessa 2 tarkastellaan regulaatiojärjestelmän sähkön jakelulle ja laadulle asettamia vaatimuksia sekä verkkoyhtiöiden sähkön jakelun kehittämisvelvollisuutta. Kappale 3 käsittelee kannustimien ja niiden vaikutuksia jakeluyhtiön korvaus- ja uusinvestointeihin. Kappaleessa 4 tarkastellaan mitä pääasiallisia ratkaisuvaihtoehtoja on tarjolla verkkoyhtiöiden kehittämisvelvollisuuden täyttämiseksi. Kappaleessa 5 selvitetään Vaasan Sähköverkko Oy:n mahdollisuuksia hyödyntää maakaapelointia ja verkostoautomaatiota mahdollisimman tehokkaasti SML:n vaatimusten täyttämiseksi. Kappaleessa 6 katsotaan mitä saadut tulokset merkitsevät verkkoyhtiöiden maakaapelointi-, verkostoautomaatio- sekä suurhäiriöstrategioihin. Samassa luvussa tarkastellaan lopuksi mitä muutoksia ja vaikutuksia neljäs valvontajakso tuo tullessaan sekä annetaan kehitysehdotuksia regulaation kriteeristön jatkokehitykselle.
11 11 2. SÄHKÖN JAKELULLE JA LAADULLE ASETETTAVAT VAA- TIMUKSET SEKÄ SÄHKÖN JAKELUN KEHITTÄMISVEL- VOLLISUUS Sähkön jakelulle ja laadulle asetetaan vaatimuksia ensisijaisesti SML:ssa mutta myös EV:n sähköverkkotoiminnan hinnoittelun kohtuullisuuden valvontamenetelmä palkitsee toimintaympäristönsä huomioiden toimitusvarmuuden tavoitetason ylittävät verkkoyhtiöt ja rankaisee toimitusvarmuuden tavoitetason alittavat verkkoyhtiöt. Seuraavassa tarkastellaan uuden tulevan valvontamallin rakennetta jakelun laadun, investointien tason sekä hinnoittelun kohtuullisuuden suhteen. Sen jälkeen tarkastellaan kuinka SML on eriyttänyt jakelun laadun Regulaatiojärjestelmä Energiavirasto valvoo jakeluyhtiön hinnoittelun kohtuullisuutta, riittävää korvausinvestointien tasoa sekä jakelun laadun kehitystä (EV a). Valvontajakson aikana yksittäisenä vuotena verkonhaltijan verkkotoiminnan toteutunutta oikaistua tulosta verrataan vastaavan vuoden kohtuullisen tuoton määrään. Oikaistaessa eriytetyn taseen vastaavaa -puoli saadaan oikaistun taseen loppusummana verkkotoimintaan sitoutuneen oikaistun pääoman määrä, jota käytetään verkonhaltijan kohtuullisen tuoton laskelmissa. Oikaistaessa eriytetyn taseen vastattavaa -puoli saadaan määritettyä verkkotoimintaan sitoutuneen oikaistun pääoman määrän jakautuminen omaan pääomaan sekä korolliseen ja korottomaan vieraaseen pääomaan, joita käytetään verkonhaltijan kohtuullisen tuoton laskelmissa. Verkonhaltijan kohtuullisen tuoton laskentaa varten määritetään vuosittain verkkotoimintaan sitoutuneelle oikaistulle pääomalle hyväksyttävä reaalinen kohtuullinen tuottoaste. Verkonhaltijan yhteisöverojen jälkeinen kohtuullinen tuotto lasketaan kertomalla verkonhaltijan verkkotoimintaan sitoutuneen oikaistun taseen oman pääoman ja korollisen vieraan pääoman summa reaalisella kohtuullisella tuottoasteella. Vuosittainen oikaistu tulos lasketaan liikevoitosta/-tappiosta kuvan 1 mukaisesti. Jos koko valvontajakson ajalta kertynyt toteutunut oikaistu tulos ylittää valvontajakson kohtuullisen tuoton määrän, verkonhaltijalle kertyy ylijäämää. Verkonhaltijan on palautettava asiakkail-
12 12 leen kolmannelta valvontajaksolta kertynyt ylijäämä alentamalla siirtohintojaan vähintään vastaavalla summalla viimeistään neljännen valvontajakson aikana ( ). Kuva 1. Toteutuneen oikaistun tuloksen laskeminen (EV a, s. 64).
13 13 Valvontajakson aikana kertynyt ylijäämä pienentää automaattisesti vastaavalla euromäärällä seuraavan valvontajakson kohtuullista tuottoa. Jos verkonhaltijan toteutunut oikaistu tulos on ylittänyt valvontajakson kuluessa kohtuullisen tuoton määrän vähintään viidellä prosentilla, ylijäämään kohdistuva korkoseuraamus määritetään ja otetaan huomioon siten kuin sähkömarkkinalain 38 c 1 momentissa säädetään. Jos koko valvontajakson ajalta kertynyt toteutunut oikaistu tulos alittaa kohtuullisen tuoton määrän, verkonhaltijalle kertyy alijäämää. Verkonhaltijalla on mahdollisuus huomioida siirtohinnoittelussaan kolmannelta valvontajaksolta kertynyt alijäämä enintään vastaavalla summalla neljännen valvontajakson ( ) aikana. Riittävä korvausinvestoinnin tason valvontaa ja laskentaa varten verkonhaltijan on kolmannen valvontajakson aikana toimitettava Energiamarkkinavirastolle vuosittain verkonrakennetietojen jättämisen yhteydessä tarvittavat tiedot todellisten korvausinvestointimäärien selvittämiseksi (EV a, s. 43). Regulaatiomenetelmän kannustimet motivoivat verkkoyhtiöitä tekemään korvausinvestointeja pitkän aikavälin tavoitteiden saavuttamiseksi. Tällaisia tavoitteita ovat mm. sähkömarkkinalain vaatimukset jakelukeskeytysten pituuden maksimiajoista. Kolmannelle valvontajaksolle valvontamenetelmiin lisättiin uutena menetelmänä innovaatiokannustin, jonka tarkoituksena on kannustaa verkonhaltijaa edistämään innovatiivisia teknisiä ja toiminnallisia ratkaisuja verkkotoiminnassaan. Innovaatiokannustimessa on kolmannella valvontajaksolla kaksi osaa; tutkimus- ja kehityskustannukset sekä etäluettavien enintään 63 A pääsulakkeilla varustettujen käyttöpaikkojen tuntimittausten kustannukset. Verkonhaltijaa kannustetaan aktiiviseen tutkimus- ja kehitystoimintaan käsittelemällä toteutuneen oikaistun tuloksen laskennassa kohtuullisia tutkimus- ja kehityskustannuksia siten kuin valvontamenetelmäohjeissa on kuvattu. Verkonhaltijaa kannustetaan siirtymään tuntimittaukseen mahdollisimman nopealla aikataululla käsittelemällä toteutuneen oikaistun tuloksen laskennassa tuntimittauksen kohtuullisia lisäkustannuksia siten kuin valvontamenetelmäohjeissa on kuvattu. Verkonhaltijan verkkotoiminnan toteutunutta oikaistua tulosta laskettaessa vähennetään eriytetyn tilinpäätöksen mukaisesta liikevoitosta (liiketappiosta) innovaatiokannustimen vaikutus. Innovaatiokannustimen vaikutus lasketaan siten, että innovaatiokannustimen kahden eri osan kohtuulliset kustannukset lasketaan yhteen. (EV b)
14 14 Laatukannustimen tavoitteena on luoda yhteys jakelun laadun ja hinnoittelun välille. Tämä tapahtuu sallimalla korkeampi siirtohinta luotettavalle sähkönjakelulle. Jakelun luotettavuuden tason mittaus suoritetaan vertaamalla jakeluyhtiön keskeytyksistä aiheutunutta haitan kustannuksia vertailutasoon jossa jakeluyhtiön kohtuullinen KAH taso määritellään jakeluyhtiön toimintaympäristön mukaan. Taajama- ja haja-astutusalueiden verkkoyhtiöiden toimintaympäristö vaihtelee merkittävästi esim. Länsi-Suomen rannikkoalueiden suhteellisen vähämetsäisistä ja kohtuullisista suurhäiriöistä Itä-Suomen runsasmetsäisiin ja vaikeisiin suurhäiriöihin. Vaikeamman toimintaympäristön seurauksena vuosittaisten KAH kustannusten vaihtelut idässä ovat suuremmat. Kansallisellakin tasolla vuosivaihtelun suuruus voi olla kolminkertainen (Kuva 2). Kuva 2. Sähkön jakeluverkonhaltijoiden keskeytyksistä laskennallisesti aiheutunut haitta (EV c).
15 15 Yhteiskunnan kannalta sähköhuollon suurhäiriö on pitkäkestoinen ja/tai laaja sähkökatko, jonka seurauksena pelastuslaitoksen ja yhden tai useamman muun julkisen toimijan (kunta, poliisi jne.) on tarve ryhtyä jakeluverkonhaltijan lisäksi toimenpiteisiin vähentääkseen häiriöstä aiheutuvia vakavia henkilö- ja omaisuusvahinkoja (Verho et al. 2012). Verkkoyhtiön kannalta suurhäiriö on tilanne, jossa yli 20 % yhtiön asiakkaista on ilman sähköä tai jossa 110 kv johto tai 110/20 kv (110/10 kv) sähköasema tai päämuuntaja vikaantuu pitkäaikaisesti (useita tunteja) (Järventausta et al. 2005). Tässä työssä tarkastellaan häiriöitä jakeluyhtiön kannalta jolloin suurhäiriöt voidaan luokitella niiden todennäköisyyden mukaan kolmeen luokkaan niiden tuhojen mukaan, ks. taulukko 1 (Partanen et al. 2006). Taulukko 1. Suurhäiriöiden luokittelu Luokka Esiintymistiheys Kestoaika Laajuus I 5 v 48 h Jakeluverkko II 20 v 120 h Useampi verkkoyhtiö II 100 v Min. 14 vrk Maanlaajuinen Tarkastellaan aluetta, jossa on sähkönkäyttäjää, joiden keskiteho on 1 kw. Yhden vuorokauden keskeytyksestä aiheutuva haitta (KAH) on 5000*24h*1kW*11 /kwh = 1,32 M. Vakiokorvaukset (oletetaan että 24 h raja ylittyy) on 25 % vuotuisesta verkkopalvelumaksusta (keskimäärin 100 ) on 5000*100 = Samalla alueella viikon keskeytyskustannus olisi 9,24 M ja vakiokorvaukset 1,75 M. KAH- arvo on selvästi suurempi kuin vakiokorvaus, mutta todellisuudessa nykyisen valvontamallin mukaisesti sen liiketoiminnallinen vaikutus on korkeintaan 10 % kohtuullisesta tuotosta. Erittäin pitkien katkojen tapauksessa nykyisin sovellettavat kustannusmallit eivät siis vastaa/kuvaa parhaalla mahdollisella tavalla keskeytyksestä aiheutuvaa haittaa, etenkään todellisten liiketoimintavaikutuksen osalta. (Verho et al. 2010, s 17). Lisäksi tulevat yhteiskunnalle sähkökatkoksista aiheutuvat välilliset kustannukset, kuten viestivälineiden toimimattomuus, vedenjakelun katkeaminen ym. häiriöiden kustannukset. Kuten kuvasta 2 voidaan päätellä suurhäiriöt voivat nostaa verk-
16 16 koyhtiön keskeytyksiin liittyviä kustannuksia vuositasolla kymmenkertaisiksi normaalitasoon verrattuina. Kuvassa 3 on tulokset laskuesimerkistä tyypillisen suomalaisen kirkonkylän johtolähdön saneeraamisesta (Verho et al. 2010, s 29). Tutkimuksessa todetaan että verkon ennenaikainen saneeraaminen suurhäiriösietoiseksi ei ole taloudellisesti perusteltua nykyisellä kaapelointikustannuksella, jos oletetaan että yksittäisen johtolähdön kohdalla suurhäiriö todennäköisyys tarkastelujaksolla on korkeintaan yksi. Tilanne muuttuu kaapelointikustannusten alentuessa ja/tai suurhäiriö todennäköisyyden kasvaessa. Kuva 3. Laskuesimerkin suurhäiriön kokonaiskustannukset. Vakiokorvaukset sisältyvät KAH-arvoon mutta tässä ne on esitetty erikseen havainnollisuuden vuoksi (Verho et al., 2010, s. 29). Verkkoyhtiöt voivat hallita suurhäiriöriskiä kehittämällä organisaatiotaan ja verkkojaan. Organisaation kehittämisen lisäksi tarvitaan myös verkkoinvestointeja. Taulukossa 2 on esitetty verkkoteknisiä mahdollisuuksia vähentää pitkiä keskeytyksiä. Menetelmiä on verrattu sekä normaalien ja pitkien keskeytysten vaikutusten että toteutusnopeuden suhteen. (Verho et al. 2010, s 17) Tässä työssä keskitytään tutkimaan häiriöiden vähentämiseen nopeimmin
17 17 vaikuttavaa menetelmää verkostoautomaatiota ja tehokkainta suurhäiriöiden vaikutuksia vähentävää menetelmää kaapelointia käyttäen. Taulukko 2. Verkkoteknisiä mahdollisuuksia vähentää pitkiä katkoja, ++ = merkittävä vaikutus/nopea(1-5 a), += kohtalainen vaikutus/keskimääräinen nopeus (5-15 a), -= ei vaikutusta/hidas (15-40 a). (Verho et al. 2010, s 21). Verho et al. (2010 s ) osoittavat esimerkkilaskelmin, että verkon ennenaikainen saneeraaminen sietämään suurhäiriöitä ei ole taloudellisesti perusteltua nykyisellä kaapelointikustannuksella, jos oletetaan että yksittäisen johtolähdön kohdalla suurhäiriön lukumäärän odotusarvo tarkastelujaksolla on korkeintaan yksi (Kuva 3). Tilanne muuttuu kaapelointikustannusten alentuessa ja/tai suurhäiriön lukumäärän odotusarvon kasvaessa. Suurhäiriöstä aiheutuvat viankorjauskustannukset on ko. tutkimuksessa arvioitu metsäisten ilmajohtoosioiden osalta olevan /km. Keskeytykset vaikuttavat valvontamallissa laatukannustimen/laatubonuksen, tehokkuusmittauksen (keskeytyskustannukset, operatiiviset kustannukset) ja operatiivisten kustannusten kautta. Suurhäiriöiden aiheuttamien suurien keskeytyskustannusten vaikutukset verkkoyhtiön toteutuneeseen oikaistuun tulokseen rajataan siis maksimissaan 10 % kohtuullisesta tuotosta. Suurhäiriöt vaikuttavat operatiivisiin kustannuksiin vikojen korjauskustannusten ja asiakkaille maksettavien vakiokorvausten muodossa eli ne näkyvät sanktiona liiketoiminnan kannalta. (Verho et al. 2010, s 33-34)
18 Sähkömarkkinalaki Syyskuun ensimmäisenä päivänä 2013 astui voimaan sähkömarkkinalaki (588/2013) ja laki sähkö- ja maakaasumarkkinoiden valvonnasta (590/2013). Sähkömarkkinalain keskeisimmät muutokset koskivat mm. suurhäiriöiden jakelun kestoa, toimitusvarmuusvaatimuksia, kehittämissuunnitelmia ja vakiokorvauksia sekä käyttäjien varautumista jakelun häiriöihin. Valvontalain keskeisimpiä muutoksia olivat mm. seuraamusmaksun määrääminen sekä valvontaa koskevat määräykset. Sähkömarkkinalain 51 mukaan sähkönjakeluverkko on suunniteltava, rakennettava ja ylläpidettävä siten, että jakeluverkon vioittuminen myrskyn tai lumikuorman seurauksena ei aiheuta asemakaava-alueella asiakkaille yli 6 tuntia kestävää sähkönjakelun keskeytystä eikä muulla alueella yli 36 tuntia kestävää keskeytystä. Sijainti, kulutus ja investointikustannukset voivat kuitenkin muodostaa perusteen lain poikkeamiseen jolloin poikkeamiskriteerit on tuotava esiin kehittämissuunnitelmassa. Toimitusvarmuusvaatimukset on täytettävä portaittain 15 vuoden kuluessa (119 ) seuraavasti: - vuoden 2019 loppuun mennessä 50 % asiakkaista - vuoden 2023 loppuun mennessä 75 % asiakkaista - vuoden 2028 loppuun mennessä 100 % asiakkaista mennessä osoitettavilla painavilla tai erittäin painavilla syillä aikataulusta voidaan kuitenkin poiketa vähemmän tai enemmän. Keinot tavoitteiden saavuttamiseksi ovat kuitenkin verkonhaltijoiden itse valittavissa mennessä verkonhaltijat toimittivat EV:lle ensimmäisen kehittämissuunnitelmansa. Suunnitelmien toimittaminen ja muutosvaatimukset toistuvat kahden vuoden välein. SML 100 vakiokorvausten määrä prosenteissa vuotuisesta siirtopalvelumaksusta määritellään keskeytyksen pituuden mukaan. 58 jakeluverkonhaltijaa velvoitetaan ohjaamaan verkon käyttäjien varautumista mm. antamalla yksilöllisiä varautumisohjeita jos käyttäjän sähkönkäyttö edellyttää tavanomaista parempaa toimitusvarmuutta.
19 19 SML:n vaatimukset koskevat ainoastaan myrsky- ja lumikuormatilanteita. Energiateollissuden tilaamassa raportissa (ET a 2014) esitetään alan yhteiset toimitusvarmuustavoitteet jotka koskevat kaikkia keskeytystyyppejä Yhteenveto Sähkömarkkinalain muutoksen myötä sähkön jakelun laatu eriytettiin asettamalla eri vaatimukset jakelun keskeytysten kestolle kaava-alueille ja muille alueille. Tavoitteen saavuttamiseen on annettu kohtuullinen sopeutumisaika jonka aikana yhä suurempi osa jakeluyhtiön verkkoa on täytettävä lain vaatimukset (Kuva 4). Lain täyttäminen on erityisen haastavaa suurhäiriötapauksissa. Rajallisten korjausresurssien takia ainoa keino täyttää lain vaatimukset suurhäiriöissä on jakelulaitoksen keskimääräisen kaapelointiasteen nosto sellaiselle tasolle että tarvittavat korjausresurssit ovat riittävät. Optimaalinen kaapelointiaste riippuu jakelulaitoksen toimintaympäristön (TY) vaativuudesta sekä verkon laajuudesta ja on täten jakeluyhtiökohtainen. Kuva 4.Verkkoyhtiöiden haaste: Millä maakaapelointiasteella SML:n vaatimukset lain kattavuudesta vuosien 2019, 2023 ja 2028 tarkistusajankohdissa täytetään?
20 20 3. KANNUSTIMET JA NIIDEN VAIKUTUKSET KORVAUS- JA UUSINVESTOINTEIHIN Regulaatiojärjestelmän ensimmäisen valvontakauden alussa vuonna 2005 EMV loi ensimmäiset järjestelmän ensimmäiset kannustimet, yksikköhintakannustin ja tehostamiskannustin. Toisella valvontakaudella lisättiin vakiokorvaukset jolla kompensoitiin asiakkaita keskeytyneestä sähkön jakelusta. Kolmannen valvontakauden alussa mukaan otettiin laatu-, investointi- ja innovaatiokannustimet. Kolmannella valvontakauden aikana lisättiin vielä toimitusvarmuuskannustin. Tässä tarkastellaan näiden kannustimien tavoitteita ja niiden vaikutuksia verkkoyhtiöiden investointien kannattavuuteen Investointikannustin Kolmannelle valvontajaksolle valvontamenetelmiin on lisätty investointikannustin, jonka tarkoitus on kannustaa verkonhaltijoita kehittämään sähköverkkojaan ja investoimaan niihin riittävästi. Investointikannustin koostuu poistomenetelmästä, joka huomioidaan toteutuneen oikaistun tuloksen laskennassa ja joka takaa riittävän kannustimen korvausinvestointien suorittamiseksi sekä toinen osa, joka muodostuu verkonhaltijan riittävän investointitason ja voitonjakoluonteisten erien seurannasta. Investointikannustimen poistomenetelmässä huomioidaan verkonhaltijan sähköverkon jälleenhankinta-arvosta lasketut tasapoistot sekä verkonhaltijan eriytetyn tuloslaskelman suunnitelman mukaiset poistot sähköverkon hyödykkeistä ja arvonalentumiset. (EV b, s. 37) Jälleenhankinta-arvosta laskettavan tasapoiston tarkoitus on turvata verkonhaltijalle riittävä tulotaso tarpeellisten korvausinvestointien tekemiseksi. Jos verkonhaltija ei tee korvausinvestointeja riittävästi, syntyy laskennallisen tasapoiston ja tehtyjen korvausinvestointien erotuksesta ns. korvausinvestointivajetta. (EV b, s. 39) Verkkokomponenteittain laskettava sähköverkon laskennallinen tasapoisto määritetään vuosittain kunkin vuoden alun verkon jälleenhankinta-arvoa vastaavana. Koko sähköverkon laskennallisen tasapoiston laskenta vuonna t on (EV b, s. 38):
21 21 JHATP = t n å i= 1 æ JHAt, i ç è pitoaikai JHATP t = verkon i laskennallinen tasapoisto vuonna t t i ö, missä (1) ø JHA, = verkkokomponentin i jälleenhankinta-arvo vuonna t vuoden t raha-arvossa pitoaika i = verkkokomponentin i pitoaika Investointikannustimen vaikutus voidaan laskea vertaamalla nykyverkon tasapoiston suuruutta uuden verkon tasapoiston suuruuteen: DJHA Tasapoisto =, missä (2) pitoaika D JHA = vanhan ja uuden verkon jälleenhankinta-arvojen erotus 3.2. Laatukannustin Valvontamenetelmien avulla kannustetaan verkonhaltijaa kehittämään sähkönsiirron laatua. Laatukannustin huomioidaan verkonhaltijan oikaistun tuloksen laskennassa. Laatukannustimessa lasketaan sähkönsiirron keskeytyksistä verkonhaltijan asiakkaille aiheutunutta haittaa. Siinä huomioidaan odottamattomista keskeytyksistä ja jälleenkytkennöistä aiheutuvat liityntäpiste-kohtaiset keskeytysmäärät ja keskeytysajat sekä keskeytystehot. (EV b, s. 40). Keskeytyskustannukset ovat (Lakervi & Partanen, 2008, s. 46): K j j i ( a j + b j tij ) DPj = å f, missä (3) j = kuorma-alueiden lukumäärä f i = komponenttiryhmän i vikataajuus a j = keskeytystehon haitta-arvo b j = keskeytystehon haitta-arvo t ij = keskeytysaika D P j = kuorma-alueen j keskimääräinen keskeytysteho
22 22 Jälleenkytkentöjen aiheuttama haittakustannus muodostuu sekä PJK:n että AJK:n aiheuttamista kustannuksista K JK : K JK = f L k DP + f L k DP, jossa (4) PJK OHL PJK AJK OHL AJK f PJK = PJK-taajuus, funktio metsäisyydestä L OHL = avojohdon pituus k PJK D P f AJK = PJK:n tehon haitta-arvo = keskiteho johon PJK vaikuttaa = AJK-taajuus, funktio metsäisyydestä k AJK = AJK:n tehon haitta-arvo Normaaliolojen keskeytyksistä aiheutuva haitta KAH - N on täten: KAH - N = K j + K JK (5) Investoinnin vaikutus keskeytyksistä aiheutuvaan haittaan voidaan laskea seuraavasti: D KAH - N D KAH = DKAH - N + DKAH - S, missä (6) = investoinnin ennen ja jälkeen normaaliolosuhteiden keskeytyksistä aiheutuvan haitan erotus D KAH - S erotus = investoinnin ennen ja jälkeen suurhäiriöiden keskeytyksistä aiheutuvan haitan 3.3. Tehostamiskannustin Valvontatoiminnan yhtenä tavoitteena on verkonhaltijan toiminnan tehostaminen. Tehostamistavoitteen asettaminen edellyttää verkonhaltijan nykyisen tehostamispotentiaalin arviointia tehokkuusmittauksen avulla sekä toimialan tuottavuuden kasvumahdollisuuksien määrittämistä. Tehostamispotentiaali ja tuottavuuden kasvumahdollisuus muunnetaan vahvistuspäätöksessä valvontajaksoa koskevaksi tehostamistavoitteeksi. Tehokkuuden mittaamisessa määritetään sähkö-verkkotoimialan tuottavuuden kasvu mahdollisuus (yleinen tehostamistavoite) sekä selvitetään erot verkonhaltijoiden välisessä kustannustehokkuudessa
23 23 ja yrityskohtainen tehostamispotentiaali suhteessa tehokkaimpiin verkonhaltijoihin (yrityskohtainen tehostamistavoite). Yleisen tehostamis-tavoitteen tarkoituksena on kannustaa kaikkia, myös tehokkuusmittauksessa tehokkaaksi havaittua, verkonhaltijaa tehostamaan toimintaansa yleisen tuottavuuskehityksen mukaisesti. Yrityskohtaisen tehostamistavoitteen tarkoituksena on kannustaa tehokkuusmittauksessa tehottomaksi havaittua verkonhaltijaa saavuttamaan tehokkaan toiminnan taso. (EV b, s. 45, 46) Yrityskohtainen tehostamistavoite perustuu verkonhaltijan havaittuun tehostamispotentiaaliin. Verkonhaltijan toiminta on kustannustehokasta, kun sen toimintaan käytetyt panokset eli kustannukset ovat mahdollisimman pienet suhteessa toiminnasta saatuihin tuotoksiin. (EV b, s 46, 47) Yleisen tehostamistavoitteen tarkoituksena on kannustaa yrityksiä tehostamaan toimintaansa teknisen kehityksen mukaisesti. Verkonhaltijan yleisenä tehostamistavoitteena sovelletaan 2,06 % vuodessa. (EV b, s. 50) Verkonhaltijan toteutunutta oikaistua tulosta laskettaessa vähennetään eriytetyn tilin- päätöksen mukaisesta liikevoitosta (liiketappiosta) verkonhaltijan tehostamiskannustimen vaikutus. Tehostamiskannustimen vaikutus lasketaan siten, että verkonhaltijan vuosittaisista kohtuullisista tehostamiskustannuksista vähennetään saman vuoden toteutuneet tehostamiskustannukset (EV b, s. 59).Tehostamistavoitteen mukaisten verkonhaltijan i vuosittaisten toteutuneiden tehostamiskustannusten laskenta vuonna t on (EV b, s. 53): TOTEX i, t KOPEX i, t KAHi, t =, missä (7) TOTEX i, t = verkonhaltijan i toteutuneet tehostamiskustannukset vuonna t, euroa KOPEX i, t = verkonhaltijan i kontrolloitavissa olevat operatiiviset kustannukset vuonna t, euroa KAH i, t = verkonhaltijan i toteutunut sähköntoimituksen keskeytyksistä verkonhaltijan asiakkaille aiheutunut laskennallinen haitta vuonna t, euroa Tehostamiskannustimen arvoja korjataan yhtiökohtaisella tehostamistavoitteella jolloin tehostamiskannustimen vaikutus on (Vainikka, s. 42): Tehostamiskannustin YT = yhtiökohtainen tehostamistavoite ( % -YT ) ( 0. DKAH + DKOPEX ) = 100 5, jossa (8)
24 24 D KOPEX summan muutos D KAH = nykyverkon ja investoitavan verkon viankorjaus- ja kunnossapitokustannusten = keskeytyksistä aiheutuvan haitan kustannusten muutos 3.4. Innovaatiokannustin Kolmannelle valvontajaksolle valvontamenetelmiin on lisätty uutena menetelmänä innovaatio-kannustin, jonka tarkoituksena on kannustaa verkonhaltijaa edistämään innovatiivisia teknisiä ja toiminnallisia ratkaisuja verkkotoiminnassaan. Innovaatiokannustimessa on kaksi osaa; tutkimus- ja kehityskustannukset sekä etäluettavien enintään 63 A pääsulakkeilla varustettujen käyttöpaikkojen tuntimittausten kustannukset. (EV b, s. 60) Verkonhaltijaa kannustetaan siirtymään tuntimittaukseen mahdollisimman nopealla aikataululla hyväksymällä verkonhaltijan enintään 63 A pääsulakkeella varustettujen käyttöpaikkojen tuntimittauksesta aiheutuvia kustannuksia osaksi innovaatio-kannustinta siten, että toteutuneen oikaistun tuloksen laskennassa kohtuulliset tuntimittauksen lisäkustannukset lasketaan viiden euron kannustetason ja verkonhaltijan tuntimittauksessa olevien käyttöpaikkojen (enintään 63 A) lukumäärän tulon perusteella. Verkonhaltijan verkkotoiminnan toteutuneet tutkimus- ja kehityskustannukset hyväksytään osaksi innovaatiokannustinta siten, että toteutuneen oikaistun tuloksen laskennassa kohtuullisiksi katsottuina tutkimus- ja kehityskustannuksina käsitellään enintään puolta prosenttia verkonhaltijan eriytetyn tuloslaskelman mukaisesta verkkotoiminnan liikevaihdosta. Verkonhaltijan verkkotoiminnan toteutunutta oikaistua tulosta laskettaessa vähennetään eriytetyn tilinpäätöksen mukaisesta liikevoitosta (liiketappiosta) innovaatiokannustimen vaikutus. Innovaatiokannustimen vaikutus lasketaan siten, että innovaatio-kannustimen kahden eri osan kohtuulliset kustannukset lasketaan yhteen. (EV b, s. 61, 62) 3.5. Toimitusvarmuuskannustin Toimitusvarmuuskannustimessa otetaan huomioon sähkönjakelun toimitusvarmuuden parantamiseksi tehtävät ennenaikaiset korvausinvestoinnit ja uudet kunnossapito- ja varautumistoimenpiteet. Sähkönjakelun toimitusvarmuuden parantamiseksi tehtävät ennenaikaiset korvausinvestoinnit otetaan huomioon toteutuneen oikaistun tuloksen laskennassa osana
25 25 toimitusvarmuuskannustinta siten, että korvattavien 20 kv ja 0,4 kv sähköverkkokomponenttien valvontamenetelmien mukainen NKA-jäännösarvo hyväksytään alaskirjaukseksi toteutuneen oikaistun tuloksen laskennassa. Sähkönjakelun toimitusvarmuuden parantamiseksi tehtävät uudet kunnossapito- ja varautumistoimenpiteet otetaan huomioon toteutuneen oikaistun tuloksen laskennassa osana toimitusvarmuuskannustinta siten, että jäljempänä luetelluista uusista toimenpiteistä aiheutuvat kustannukset hyväksytään mukaan toimitusvarmuuskannustimen laskentaan. (EV b, s. 62) Yhteenveto Rakenteestaan riippuen osa kannustimista on tulokseltaan varmoja eli niiden vaikutus pystytään ennakoimaan. Tällaisia ovat yksikköhinta-, innovaatio- ja investointikannustin (Kuva 5). Laatu- ja tehostamiskannustimien vaikutuksen laskenta sisältää KAH-arvon muutoksen. Koska KAH-arvon laskenta perustuu toteutuneisiin keskeytyksiin ja niihin vaikuttaa mahdolliset suurhäiriöt näiden kannustimien vaikutus ei ole mahdollista lyhyellä tähtäyksellä etukäteen laskea. Toimitusvarmuuskannustimen käyttö pitää myös voida perustella joten sen läpimeno ei ole varmaa. Täten verkkoyhtiön näkökulman kannalta on tarkoituksenmukaista ensisijaisesti tukeutua niihin kannustimiin joiden vaikutukset verkkoyhtiön talouteen ovat positiivisia ja varmoja.
26 Kuva 5. Sähkönjakelun laatuun vaikuttavat merkittävimmät lait ja kannustimet. 26
27 27 4. RATKAISUVAIHTOEHDOT Uuden sähkömarkkinalain myötä suurhäiriöiden vaikutus verkkoyhtiöiden investointistrategiaan on korostunut. Niiden esiintymismuodot, -tiheys, laajuus ja vaikeusasteet vaihtelevat kuitenkin eri puolella maatamme. Suurhäiriön taloudellisen vaikutuksen arvioimiseksi tehtiin tämän työn puitteissa oma suurhäiriöluokittelu joka kuitenkin perustuu kansalliseen luokitteluun Suurhäiriötarkastelu Partanen et al. mukaiset suurhäiriön keskeytysajat (Taulukko 1) ovat maksimiaikoja jakeluyhtiön alueella. Historia on kuitenkin näyttänyt että suurhäiriöiden esiintymistiheyden ja vakavuuden suhteen on merkittäviä alueellisia eroja. Esimerkkinä voidaan mainita Itä- Suomen suhteellisen usein esiintyvät tykkylumihäiriöt. Tämän tutkimuksen suurhäiriötarkastelun suorittaminen perustuu taulukon 1 häiriöjaotteluun luokkaan II. Perusteluna on vakavimman suurhäiriöluokan III puuttuminen tilastotiedoista sekä periaate ettei tule tehdä yli-investointeja. Häiriön vakavuuden ja laajuuden kasvaessa jakeluyhtiön organisaation viankorjauskapasiteetti tulee rajoittavaksi tekijäksi jolloin joudutaan suorittamaan alueellisia priorisointeja vian korjauksissa ja jakelun palauttamisessa (Kuva 6). Kaava-alueiden ollessa priorisoituja alueita niiden keskeytysajat ovat tällöin lyhyempiä kuin taulukon maksimiajat. Johtoautomaation suojausfunktio on vaikutuskykyinen taulukon 3 olosuhdeluokittelun normaalitilanteessa ja paikallisissa suurhäiriössä kun paikallinen suurhäiriö on johtoautomaation jälkeisessä verkonosassa.
28 28 Kuva 6. Jakelulaitoksen suurhäiriön jakelun palautuksen priorisointijärjestys. Taulukko 3. Olosuhdeluokittelu KAH laskentaa varten (Maksimi viankestoajat Verho et al. 2010, s. 23). Tilanne Normaalitilanne Paikallinen suurhäiriö Vaikea suurhäiriö Tunnus NT PSH VSH Kuvaus Normaalit syysmyrskyt Normaalia vaikeampi paikallinen myrsky Erittäin vaikea laaja-alueinen suurmyrsky Viat Maksimi keskeytysaika Laatu Toistotaajuus Laajuus Yksittäiset satunnaiset viat 1/a Yksi lähtö Vikoja SA:n useassa lähdössä, 1/3a Useilla mutta kerrallaan SA:lla vain saman lähdön yhdessä vyöhykkeessä. Suuri osa metsässä kulkevista ilmajohdoista jännitteettömiä 1/20a Jakeluyhtiön koko verkko 6/36 h 48 h 5 vrk
29 29 Suurhäiriön aiheuttamat keskeytyskustannukset Partanen, 2008, s. 46): KAH - S lasketaan seuraavasti (Lakervi & j ( a j + b j tij ) DPj KAH - S = å n, missä (9) n = verkon pitoajan suurhäiriöiden lukumäärä= 2 t ij = 0.3 h kaava-alueella sähköaseman läheisyydessä = 5 h muualla kaapeliverkossa = 16 h ilmajohtoverkon runkojohdolla = 30/36 h ilmajohtoverkon haarajohdolla Varavoimakoneen käynnistysaika = 1 h Tulokset esitetään kappaleessa Maakaapelointi ja sen haasteet Kaapelointiastetta nostettaessa maasulkuvirrat suurenevat joten huomiota on kiinnitettävä maasulkuvirtojen kompensointiin. Suojauksen asetteluihin on kiinnitettävä huomiota ja jossakin vaiheessa suojauksen periaatteitakin joudutaan miettimään uudestaan. Vianpaikannuksen periaatteita saatetaan myös joutua kokonaan muuttamaan. Korjausaikojen pidentyessä varavoiman saatavuuden ja käytön tärkeys korostuu. Seuraavassa tarkastellaan näitä asioita lyhyesti. Korkeampi kaapelointiaste suurentaa maasulkuvirtoja ja lisää katkeilevien maasulkujen määrää. Kompensointiin, kompensointiasteeseen sekä -menetelmä onkin täten kiinnitettävä yhä enemmän huomiota. Kaapelin vikaantumisessa esim. vanhenemisen seurauksena maasulun vikavirta syttyy ja sammuu toistuvasti. Tässä katkeilevassa maasulussa perinteinen suojaus ei pysty vikaa indikoimaan koska mm. virran taajuus ja toistoväli vaihtelee. Katkeilevan maasulun indikointi ja suojaus onkin tiiviin tutkimuksen kohteena ja uusia algoritmeja on kehityksen kohteena. Sekaverkkojen kaapelointiasteen huomattava nosto mutkistaa täten suojauksen suunnittelua, toteutusta ja asetusten koordinointia. Vuonna 2013 maakaapeliverkoissa oli vikoja keskimäärin 0.78 kpl/100 km, a. Noin puolet vikojen syistä johtuivat teknisistä syistä, lähinnä rakennevioista ja toinen puoli muista syistä,
30 30 lähinnä ulkopuolisista. Pieni osa, noin 4 %, oli luonnonilmiöiden aiheuttamia. (ET, 2014). Kaapeliverkon vikakohteita ovat kaapeli, kaapelijatkokset ja -päätteet. Ongelmia tuottavat vanhat kaapelisekaverkot joissa on käytetty siirtymäjatkoksia. Siirtymäjatkoksissa vikatiheys on suurempi kuin paperi-paperi- ja muovi-muovijatkoksilla. Siirtymäjatkoksina käytetäänkin nykyään öljyeristeisiä jatkoksia. Sekakaapeliverkkoja tuleekin välttää koska niiden vikatiheys on suurempi kuin muiden verkkojen. Viiden vuoden tarkasteluajanjakson aikana ( ) keskijännitejatkosvikoja Helen Sähköverkon verkoissa oli ollut 26 kappaletta (Kuva 7). Keskijännitepäätteissä vikoja oli ollut samalla tarkastelujaksolla 16 kappaletta. Keskijännitepäätteiden tyypeistä ja asennusvuosista ei ollut tarkkaa yksilöivää tietoa olemassa. Lämpökutistuspäätteitä on kuitenkin asennettu vuodesta 1990 eteenpäin. Kuten kaapelijatkoilla suuri osa tapahtuneista päätevioista on tapahtunut alle 5 vuotta käytössä olleissa päätteissä. Tästä voidaan päätellä, että kyseessä on usein ollut virhe asennuksessa. (Vepsäläinen, 2014) Kuva 7. Asennuspituuteen suhteutetut vikamäärät Helen Sähköverkko Oy:n keskijänniteverkossa (Vepsäläinen, J., 2014).
31 31 Vianpaikannuksessa hyödynnetään montaa eri menetelmää. Kokeilukytkennöillä kaukoohjatuilla erottimilla/johtokatkaisijoilla selvitetään missä vyöhykkeessä vika on jotta jakelu voidaan palauttaa muille vyöhykkeille. Menetelmä kuitenkin kuluttaa kytkinlaitteita. Laskennallinen vianpaikannus voi myös tarvita kokeilukytkentöjä todellisen vikapaikan selvittämiseksi. Suojareleiden, SCADA ja DMS avulla saadaan automaattinen vianpaikannus ja - erotus kaukokäyttölaitteiden rajaamalle alueelle (Vuorenpää, 2014). Automaattinen vianpaikannus-, rajaus- ja jakelunpalautusjärjestelmä FLIR toimii SCADA-DMS rajapinnassa luoden verkkomallin vikaantuneesta lähdöstä. DMS-laskennalla saadaan vikapaikkatieto jonka perusteella suoritetaan kokeilukytkentöihin perustuva kytkentäsekvenssi verkon kaukokäyttöisillä kytkinlaitteilla (Kauppi, 2014). Sekaverkkojen kaapelointiasteen nostaminen vaatii kuitenkin tarkempaa vikojen paikannusta. Jakelumuuntamoille sijoitettavilla maasulun ja oikosulun indikaattoreilla vikapaikka pystytään selvittämään muuntamovälin tarkkuudella. Kaapeliverkoissa vika täytyy löytää tältä väliltä ennen kuin voidaan ryhtyä korjaustoimenpiteisiin. Vaikka keskeytysten keskipituus kaapeliverkoissa on lyhyempi kuin ilmajohtoverkoissa vian löytäminen ja korjaaminen kestää kaapeliverkossa suuruusluokkaa vuorokauden. Kaavaalueella on haasteellista löytää vikapaikka ja järjestää varasyöttö lain vaatimassa 6 tunnissa. Lisääntyvä maakaapelointi pienentää vikakeskeytysten määrää mutta haastaa vianhallintamenetelmät johtuen kaapeliverkkovikojen pitempikestoisesta vian paikannus- ja korjausajoista. Tosin lain vaatimustasot koskevat vain myrsky- ja lumikuormatilanteita joissa kaapeliverkot eivät normaalisti vikaannu. Keinoina kehittää kaava-alueiden vianhallintaa nousevat esiin varavoiman aktiivisempi käyttö sekä verkostoautomaatio Verkostoautomaatio ja suojaus Kauko-ohjatuilla pylväserottimilla vikapaikat voidaan erottaa, vika-alueet voidaan paikantaa ja jakelu palauttaa nopeammin kuin pelkästään erottimia käyttämällä. Ollessaan kustannustehokas keino parantaa SAIDI:a se on perinteisesti ollut pääkeino lyhentää sähkönjakelun keskeytysten keskimääräistä kestoa. Yhdellä tai useammalla kauko-ohjattavalla johtokatkaisijalla johtokatkaisijan syöttöpuolen ei-viallisen jakelualueen erottaminen viallisesta jakelualueesta voidaan automatisoida koska johtokatkaisijan releistyksellä on sähköasemalla si-
32 32 jaitsevan lähtökatkaisijan releistykseen verrattavissa olevat suojausominaisuudet. Digitaalisen yhteiskunnan vaatiman keskeytyksettömän sähkönjakelun saavutetaan lähes käyttämällä verkon päähaaroituskohdassa ja varasyöttöpisteissä kauko-ohjattuja johtokatkaisijoita, jotka vikatapauksessa kytkevät ainoastaan viallisen vyöhykkeen pois käytöstä muiden vyöhykkeiden jakelun jatkuessa keskeytyksettä. Tällä suojausperusteisella automaattisella vianhallinnalla myös varasyöttöreittien kytkentä voidaan suorittaa automaattisesti, kunhan järjestelmä tarkistaa tehotasapainon ja suojauskriteerien täyttymisen. SAIDI:n lisäksi kauko-ohjatut johtokatkaisijat parantavat myös lähdön keskimääräistä SAIFI:a suojatessaan lähdön alkupäätä lähdön loppupään vioilta. Kauko-ohjattujen johtokatkaisijoiden kustannustehokkuus on KAH tason nykyarvostuksenkin (50 %) mukaan erittäin hyvä avo- ja sekajohtoverkoissa takaisinmaksuajan ollen tyypillisesti 1-5 vuotta haja-asutusalueiden ja taajamien keskipitkissä sekajohtolähdöissä (Lågland 2006, 2012, Roslund 2010). Optimaalinen johtoautomaatioratkaisu riippuu monesta tekijästä joista tärkeimmät ovat: maadoitusjärjestelmä, verkkotyyppi, lähdön teho, pituus ja tehojakauma, käyttäjäryhmäjakauma sekä johtotyyppijakauma (Kuva 8). Kuvan mukaan eristetyt pitkät verkot, suuret tehot, alhaiset kaapelointiasteet, verkon epähomogeenisuudet sekä käyttäjäryhmät korkeilla haitta-arvoilla puolustavat entistä kehittyneempien verkostoautomaatioratkaisujen käyttöä.
33 33 Kuva 8. Optimaalinen johtoautomaatioratkaisu maadoitusjärjestelmän, lähdön tehon, verkkotyypin sekä verkon kokonaispituuden funktiona. Tehot 0.8 MW (a), 1.6 MW (b) ja 2.4 MW (c). Maadoitusjärjestelmä: Valkoinen = maasta erotettu, vihreä = kompensoitu. Verkkotyypit: ohl = avojohtoverkko, ugc_ohl = sekaverkko, ugct_ohl = sekaverkko kaapeloidulla runkojohdolla, coc = päällystetty avojohtoverkko, ugc_sat = satelliittiverkko, coc_1kv = päällystetty avojohtoverkko 1000 V jakelujärjestelmän haarajohdoilla. Johtoautomaatioasteet: fi = kaukokäytetyt johtoerottimet, TR1 = 1 kpl kauko-ohjattu johtokatkaisija, TR12 = 2 kpl kaukokäytettyä johtokatkaisijaa. Lähdön pituus vaaka-akselilla. (Lågland 2012, s. 111).
34 Varavoima ja varayhteydet Varavoiman käyttö verkkoyhtiön toimesta vikatilanteiden hallinnassa ei ole tyypillistä, vaan olemassa olevaa varavoimaa käytetään lähinnä työkeskeytysten aikana. Häiriötilanteessa resurssit keskitetään viankorjaukseen eikä varavoiman käyttöön. Suurhäiriötilanteessa varavoima voisi kuitenkin tarjota tietyissä tapauksissa varsin käyttökelpoisen tavan pienentää suurhäiriöstä aiheutuvaa haittaa. Esimerkiksi kaukana sähköasemasta olevan pienen taajaman sähkönsyöttö voitaisiin suurhäiriötilanteessa hoitaa varavoimalla. Tämä voisi olla erittäin kannattava vaihtoehto pienentää suurhäiriöriskiä siirtymäkauden ajan ennen kuin yhteys sähköasemalta rakennetaan säävarmaksi. Varavoima voisi olla joko kiinteää tai siirrettävää. Siirrettävää varavoimaa kierrättämällä voitaisiin hoitaa useampikin kohde pitkän sähkökatkon tapauksessa. ET:n suosituksen mukaan jo kahden tunnin yhtäjaksoinen sähköjen palauttaminen nollaa vakiokorvauslaskennan pois lukien sähkölämmityksen, jonka tapauksessa sähköllinen aika tulisi olla vähintään puolet edeltäneen keskeytyksen ajasta (Sener 2004). Äärimmilleen vietynä varavoiman kierrättäminen tämän suosituksen puitteissa vaikuttaisi keinottelulta, mutta käytännössä muutama tunti sähköä 12 tunnin jaksoissa tekee elämän siedettävämmäksi kuin yhtäjaksoinen pitkä keskeytys, erityisesti jos tilanteesta annetaan ennakolta informaatio. (Verho et al. 2010, s 30-31) Maakaapeliverkon vikataajuus on huomattavasti avojohtoverkkoa pienempi, mutta vikojen ilmetessä vian korjausaika voi muodostua huomattavan pitkäksi. Vian sijaitessa runkojohdolla tästä aiheutuu yleensä ainoastaan kytkentäajan pituinen keskeytys. Vian sijaitessa haarajohdolla jakelukeskeytys saattaa olla vuorokauden pituinen. Haakana et al. (Haakana et al., 2014) mukaan varavoiman käytännön toteutusstrategioita maakaapeliverkossa on kolme: Varavoimakaapelit Varavoimageneraattorit Haarojen silmukointi Tutkimuksessa käytetyillä parametriarvoilla haarojen silmukointi on edullisinta haarajohdon pituuden ollessa alle 150 m. Varavoimakaapeleiden taloudellinen käyttö on edullisinta alle 500 m pitkissä haaroissa. Haarajohdon pituuden ollessa tätä suurempi edullisinta on käyttää varavoimakoneita jolloin keskimääräinen kustannus on noin 200 /kva.
35 35 N-1 kriteeriä soveltaen päämuuntajien sallittu kuormitusaste Kmaks voidaan laskea seuraavasti: ( N - ) HK K maks N = 1, missä (10) N = lähtöön kytkettävissä olevien päämuuntajien lukumäärä [kpl] HK = päämuuntajien sallittu hätäkuormitusaste [%] Taulukossa 4 on laskettu päämuuntajien kuormitusaste lähtöön kytkettyjen päämuuntajien lukumäärän ja muuntajien sallitun hätäkuormitusasteen mukaan. Nähdään että on edullista että lähtö on kytketty mahdollisimman moneen päämuuntajaan jotta jakelujärjestelmä vikatilanteessakin pystyy ylläpitämään tehotasapainon. Lähdön vahvuus (Feeder strength) on määritelty sen ominaisuutena kyetä välittämään ainakin vähän tehoa sähköasemien välillä vikatilanteissakin (Willis 2004: 505). Taulukko 4. Lähtöön kytkettävissä olevien päämuuntajien sallittu kuormitusaste niiden sallitun hätäkuormitusasteen mukaan N-1 periaatetta noudattaen. Lähtöön kytkettävissä olevien päämuuntajien Sallittu hätäkuormitusaste HK lukumäärä N
36 36 5. VERKKOVAIHTOEHTOJEN VERTAILU Vaasan Sähköverkon keskeisin keino sähkömarkkinalain vaatimusten täyttämiseksi on keskijänniteverkon maakaapeliasteen nostaminen nykyisestä 25 prosentista 45 prosenttiin vuoteen 2028 mennessä (VSV, 2014). Tässä tutkimuksessa kohteena on jakorajoja muuttamalla Sundomin ja Maalahden lähdöistä muodostettu Sulvan lähtö, jota syöttää uusi Sundomin sähkö-asema. Se jää optimaalisen maakaapelointiasteen suhteen ns. harmaalle alueelle eli sen järkevä kaapelointiaste on vaikeasti määriteltävissä (Kuva 9). Tähän vaikuttavat lähdön syöttämää kaksi kaava-aluetta, yksi lähdön alku- ja toinen lähdön loppupäässä. Lähdön nykyteho (1.23 MW) kasvaa vuoteen 2020 mennessä 44 % pääosin lähdön alkupään rakentamisen seurauksena. Lähdöllä on kolme varasyöttöreittiä joista kaikki ovat avojohtoja. Vuoteen 2028 mennessä on kuitenkin suunniteltu että rakennettavalta uudelta Risön sähköasemalta saadaan säävarma varasyöttö tälle Sulvan lähdölle Verkkovaihtoehdot Sulvan lähdön optimaalisen kaapelointiasteen selvittämiseksi VSV suunnitteli Sulvan tavoiteverkon 2028 sekä sille vaihtoehtoisen tavoiteverkon 2028V. Edellinen on kokonaan maakaapeloitu ja jälkimmäisessä kaava-alueet on maakaapeloitu. Näiden pohjalta tässä tutkimuksessa lisättiin vaihtoehdoiksi vielä kaksi muuta verkkovaihtoehtoa, toisessa tukeudutaan varavoimaan ja toisessa lähdön runkojohto on kokonaan maakaapeloitu. Täten saatiin yhteensä 5 vaihtoehtoa jossa nykyinen lähtörakenne on perusvaihtoehto johon muita vaihtoehtoja verrataan (Kuvat 9 ja 10). Taulukossa 5 on yleistiedot vaihtoehtoverkoista jossa SV tarkoittaa sekaverkkoa ja KV kaapeliverkkoa. Merkintää seuraava luku tarkoittaa ko. verkon maakaapelointiastetta. Vaihtoehtoverkkojen maakaapelointiasteet ovat siten 15 %, 55 %, 60 % ja 100 %.