Kun energian hinta lähti nousuun vuonna 2022, nousivat myös Kuopion Sähköverkko Oy:n häviösähkön kustannukset rajusti. Verkkoon kytkettävä kuorma on tulevaisuudessa kasvussa, ja tilannetta helpottamaan on suunnitteilla uusi sähköasema, jolla on vaikutusta esimerkiksi verkon jakorajoihin. Lisäksi sähköasemien korvaustilanteissa toimivan kytkentätilanteen löytäminen on osoittautunut työlääksi. Miten häviösähköä saisi vähennettyä ja korvaustarkasteluja helpotettua? Voiko uuden sähköaseman hyötyjä arvioida jo suunnitteluvaiheessa? Kuopiossa lähdettiin rohkeasti hakemaan ratkaisuja näihin haasteisiin työkalulla, joka optimoi kytkentätilan.
Kuopion Sähköverkko Oy vastaa noin 64 000 asiakkaan sähkönjakelusta verkkoalueellaan, joka kattaa noin 1600 kilometriä sähköverkkoa. Sähköasemia on seitsemän ja muuntamoita 643. Verkkopäällikkö Atte Iivanainen kertoo, että heillä työskentelee verkonhallinnan tiimissä tällä hetkellä seitsemän ihmistä. Tiimi vastaa yleis- ja pitkän tähtäimen suunnittelusta, hankesuunnittelusta, rakennuttamisesta, dokumentoinnista, tietojärjestelmistä ja hinnoittelusta. Kun työtä on paljon, voi apu löytyä uudenlaisista avustavista työkaluista.
Uusi sähköasema, työläs prosessi ja raju kustannusten nousu
Kuopio on muuttovoittoinen kunta, ja erityisesti Savilahden alue kehittyy vahvasti. Siellä on sekä asutusta että teollisuutta ja seuraavan 5‒10 vuoden aikana lisää suuria sähkönkäyttäjiä. On arvioitu, että tehontarve kasvaisi Savilahden alueella noin 23 megawattia.
Kehitysinsinööri Jukka Taipale kertoo, että Kuopiossa tehtiin vuonna 2022 sähköasemien korvattavuustarkastelu.
‒ Verkkoon määritettiin verkkotopologia eli peruskytkentätilanne, jota vasten pyritään ajamaan verkkoa. Se tehtiin käytännössä meidän verkostoautomaation ja muiden hyvien verkon solmukohtien mukaan. Katsottiin, miten saadaan verkon käytettävyyttä hyväksi ja miten vikatilanteet saadaan hoidettua mahdollisimman pienillä keskeytyksillä.
Verkkotopologia tulee kuitenkin muuttumaan, sillä suunnitteilla on Savilahden tilannetta helpottamaan uusi Neulamäen sähköasema, joka vaikuttaa olemassa olevan sähköverkon dynamiikkaan. Valmistuessaan uusi sähköasema vähentäisi Savilahden alueen riippuvuutta Savilahden sähköasemasta, toisi uusia yhteyksiä muihin sähköasemiin ja vähentäisi suuressa roolissa olevan Leväsen sähköaseman kuormitusta 20 kilovoltin verkon korvaustilanteissa.
Juuri korvaustilanteet ovat usein olleet verkon käyttötiimille työläitä. Kun sähköasema otetaan pois käytöstä huolto- tai saneeraustoimenpiteiden takia, täytyy sähkö siirtää korvaavan aseman kautta. Mahdollisia korvaavia kytkentätilanteita on valtava määrä, ja niiden manuaalinen läpikäynti sisältää paljon toisteista työtä.
Oma lukunsa on häviösähkön kustannusten raju kasvu. Vuonna 2022 energian hinta lähti nousuun ja sen myötä Kuopion Sähköverkon häviösähkön kustannukset kasvoivat 176 % edellisvuoteen verrattuna.
‒ Luonnollisesti herätti mielenkiintoa, että voidaanko tilanteelle jotain tehdä, ja Trimblellä on ratkaisu, jota päätimme kokeilla, Jukka kertoo jakorajaoptimoinnin taustoista.
Kuopion Sähköverkko käyttää Trimblen verkkotietojärjestelmää, johon verkon optimointityökalu on integroitavissa. Näin keski- ja pienjänniteverkkoa on mahdollista optimoida monesta eri näkökulmasta verkkomallia hyödyntämällä sekä normaalissa käyttötilanteessa että korvaustilanteissa. Tavoitteeksi voi asettaa esimerkiksi häviöiden vähentämisen ja johtojen ja muuntajien kuormitusasteiden minimoinnin, kuten Kuopion tapauksessa tehtiin, kun keskijänniteverkkoa lähdettiin tasapainottamaan ja korvaustarkastelua helpottamaan.
Kuopiossa haluttiin myös selvittää, voisiko uuden sähköaseman hyötyjä arvioida keskijänniteverkon jakorajoja optimoimalla jo nyt hankkeen suunnitteluvaiheessa. Optimointia lähdettiin kokeilemaan ottamalla työn alle ensin verkon tasapainottaminen häviösähkön vähentämiseksi normaalissa käyttötilanteessa ja nykyisessä topologiassa. Seuraavaksi kokeiltiin häviösähkön vähentämistä uuden sähköaseman myötä muuttuneessa topologiassa. Lopuksi työn alle otettiin vielä 20 kilovoltin verkon korvaustilanteet.
Häviötarkastelu tehtiin kolmessa eri skenaariossa: ensin tarkasteltiin 10 kilovoltin verkkoa, sitten 20 kilovoltin verkkoa ja lopuksi 20 kilovoltin verkkoa topologiassa, johon oli lisätty uusi sähköasema.
Kuopion Sähköverkon tehtävänä oli määrittää optimoinnille tavoitteen lisäksi tekniset reunaehdot eli arvot, joiden sisällä tulee pysyä. Jännitteenaleneman rajaksi määriteltiin 5 %, päämuuntajan kuormitusasteeksi 75 % ja johtojen kuormitusasteeksi 100 %. Keskeytyksestä aiheutuvalle haitalle (KAH) ja vuosittaiselle keskeytysajalle ei asetettu rajoituksia vaan katsottiin, miten ne käyttäytyvät optimointitilanteessa. Lisäksi laskentajännite asetettiin 10 ja 20,5 kilovoltin verkoille. Häviöenergian hinnaksi taas määriteltiin 100 € / megawattitunti.
Tuloksena saatiin ehdotus uusista jakorajoista ja selvitys saavutetuista parannuksista. Kuopion optimointikokeilussa arvot ovat laskennallisia eivätkä heijasta tositilannetta.
‒ 10 kilovoltin osalta KAH-kustannukset ja vuosittainen keskeytysaika molemmat tippuivat. Tärkeimpänä huippuhäviötehoa saatiin tiputettua yli sadalla kilowatilla. Ja jännitteenalenemaa saatiin tällä uudella optimoidulla kytkentätilanteella parannettua, Jukka Taipale kertoo.
Kuopiossa oli arveltu häviöiden alkuperäksi suurimmaksi osaksi muuntajia, sillä verkko on pääosin melko pienessä kuormassa.
‒ Toki verkostakin häviöitä tulee, mutta kuviteltiin ne melko pieneksi verrattuna muuntajiin. Laskennallinen tulos kuitenkin osoitti, että häviöt jakautuvat 53‒47 % verkon ja muuntajien välillä. Häviöiden huipunkäyttöaika oli reippaat kolmetuhatta tuntia ja potentiaalinen säästö vuodessa olisi näillä ehdotetuilla jakorajoilla noin 33 000 € vuodessa eli huomattava, Jukka selventää.
Seuraavaksi otettiin työn alle 20 kilovoltin verkko, joka on Kuopiossa huomattavasti pidempi kuin 10 kilovoltin verkko.
‒ Reippaastihan nuo häviöt optimoidulla 20 kilovoltin verkolla tippuivat ‒ yli 300 kilowattia. Samaten jännitteenalenemaa saatiin parannettua ja suurinta johdon kuormitusastetta. Häviöiden huipunkäyttöaika oli lähes 2900 tuntia ja potentiaalinen säästö yli 99 000 € vuodessa. Erittäin suuri potentiaali siis häviötehosäästössä, ja siinä alkaa eurojakin juoksemaan pikkuhiljaa vuositasolla. Eli oikein optimistisia olemme tämän työkalun käytön suhteen, Jukka jatkaa.
Entä toisiko uusi sähköasema lisää säästöjä? Kuopiossa tehtiin vielä yksi häviötarkastelu 20 kilovoltin verkossa, jonne oli digitoitu uusi Neulamäen sähköasema. Verkkoon siis lisättiin yksi uusi päämuuntaja ja muutama kilometri keskijänniteverkkoa. Tilannetta peilattiin optimoituun verkkoon.
‒ Kävi vähän niin kuin odotettiinkin. Uusi sähköasema ei juurikaan vähennä häviöitä. Eli rahallisesti ei ainakaan voida perustella uuden sähköaseman rakentamista, Jukka toteaa.
‒ Ei häviöiden perusteella ainakaan, Atte Iivanainen lisää.
Seuraavaksi oli vuorossa 20 kilovoltin verkon korvaustilanteet. Kun yksi päämuuntajista on pois käytöstä, pitää kytkentätilaa muuttaa. Toimivan vaihtoehdon löytäminen voi viedä paljonkin aikaa ja sisältää paljon manuaalista, toisteista työtä. Optimointityökalun avulla korvaustarkasteluihin saadaan tehokkuutta. Käyttäjä valitsee päämuuntajan, joka halutaan korvata, ja ohjelmistorobotti käy läpi suuren määrän erilaisia kytkentätilanteita ja etsii niistä parhaan vaihtoehdon.
Kuopiossa skenaarioksi valittiin Savilahden sähköaseman 40 MVA:n päämuuntajan korvaaminen.
‒ Tulokset kuvaavat verkon nykytilannetta, eli ei optimoitua verkkoa vaan sitä, mikä meillä on verkossa tilanne tällä hetkellä. Tarkasteluun otetaan mukaan vain viereiset sähköasemat, Jukka kertoo.
Kyseisen päämuuntajan korvaustilanteen optimoitu kytkentätila löytyy parissa tunnissa ja tuloksista näkyy, että suurin muuntajan kuormitusaste putosi kymmenisen prosenttiyksikköä, suurin johdon kuormitusaste jonkin verran ja suurin jännitteenalenemakin saatiin alaspäin.
‒ Huomattavasti paranee 20 kilovoltin verkon korvattavuustilanne. Verkon käyttötiimillä ei ole niin paljon pään raapimista uusien yhteyksien ja uuden päämuuntajan kanssa, Jukka toteaa korvaustarkastelun tuloksista.
Vastasiko kokeilu odotuksia Kuopion Sähköverkossa?
‒ Jakorajaoptimoinnin tulokset yllättivät, Jukka Taipale toteaa. ‒ Etenkin tuo huomattava potentiaalinen säästö, mikä on mahdollista saada nykyistä kytkentätilannetta kehittämällä. Laskennallinen arvo on, että vuosittain voi säästää noin 130 000 € pelkästään keskijänniteverkon häviöissä optimoimalla jakorajoja, Jukka jatkaa.
‒ Ja verrattuna vuoteen 2021, joka oli normaalimpi vuosi häviökustannusten suhteen, niin 14 % säästöä sieltä, eli isoista summista puhutaan, hän sanoo ja täsmentää vielä, että tehoa kannattaa kuitenkin katsoa enemmän kuin häviösähkön rahallista arvoa, mikä luonnollisesti skaalautuu häviösähkön kulloisenkin hinnan mukaan.
Tarkastelu myös osoitti, ettei suunnitellulla sähköasemalla ole merkittävää vaikutusta häviöihin. Kuopion Sähköverkossa tätä tulosta osattiin odottaa, mutta yllättävää sen sijaan oli häviöiden tasainen jakautuminen muuntajien ja verkon välillä.
‒ Tässä haettiin ja saatiin tärkeää tietoa päätöksenteon tueksi, Atte Iivanainen sanoo.
Hän kertoo, että Kuopiossa tehdään lisää tarkasteluja, joihin otetaan mukaan eri sähköasemia ja päämuuntajia. Tulevaisuutta ja uuden sähköaseman rakentamista mietitään monelta kantilta, sillä projekti vie vähintään viisi vuotta.
‒ Tässä yritetään ennakoida energiamurrosta. Arvokasta tietoa saatiin ja tarkastelua jatketaan. Olemme oikein tyytyväisiä, ja varmasti tulemme tekemään verkon jakorajojenkin muutoksia tämän perusteella. Kyllä eurot kiinnostavat, hän sanoo.
