Da energiprisene begynte å stige i 2022, økte kostnadene for nett-tap hos Kuopion Sähköverkko Oy i Finland dramatisk. Etterspørselen i nettet øker, og det er planer om å bygge en ny transformatorstasjon for å avhjelpe situasjonen. Transformatorstasjonen vil påvirke distribusjonsnettets normaldele. I tillegg har det vist seg å være vanskelig å finne et dele som fungerer i beredskapssituasjoner. Hvordan kan vi redusere tap i nettet og legge til rette for tilstrekkelig beredskap? Kan fordelene med den nye transformatorstasjonen vurderes allerede på planleggingsstadiet? I Kuopio har man gått modig til verks for å finne løsninger på disse utfordringene ved hjelp av et verktøy som optimaliserer dele i distribusjonsnettet.
Nettselskapet Kuopion Sähköverkko Oy er ansvarlig for strømforsyningen til rundt 64 000 kunder i et nettområde som dekker et ca. 1600 km langt distribusjonsnett. Det finnes sju transformatorstasjoner og 643 nettstasjoner. Nettsjef Atte Iivanainen forteller at de for tiden har et team på syv nettplanleggere. Teamet har ansvar for overordnet og langsiktig planlegging, prosjektplanlegging, konstruksjon, dokumentasjon, informasjonssystemer og prissetting. Når arbeidsmengden er stor, kan nye verktøy være til stor hjelp.
Ny transformatorstasjon, omstendelig prosess og dramatisk kostnadsøkning
Kuopio er en kommune med stor tilflytting, og spesielt Savilahti-området er en bydel i utvikling. Det bygges ut både boliger og industri i området, og det forventes flere store forbrukere av strøm i løpet av de neste 5-10 årene. Det anslås at strømbehovet i Savilahti-området vil øke med rundt 23 MW.
Jukka Taipale, utviklingsingeniør, forklarer at de gjennomførte en beredskapsplan for transformatorstasjonene i 2022.
– En nettverkstopologi, eller normal koblingstilstand, ble definert for distribusjonsnettet, og nettet skal kjøres mot denne topologien. I praksis ble topologien definert i henhold til fjernstyrte brytere og knutepunktene i nettet. Vi så på hvordan vi kunne forbedre tilgjengeligheten i distribusjonsnettet og hvordan vi kunne håndtere avbrudd med minst mulig forstyrrelser.
Nettverkstopologien vil imidlertid endres, ettersom en ny transformatorstasjon er planlagt for å lette situasjonen i Savilahti. Dette vil påvirke dynamikken i det eksisterende distribusjonsnettet. Når den nye transformatorstasjonen er ferdig, vil den redusere Savilahti-områdets avhengighet av den eksisterende transformatorstasjonen, gi nye forbindelser til andre transformatorstasjoner og redusere belastningen på den viktige Levänen-stasjonen i 22 kV-beredskapssituasjoner.
Det er nettopp beredskapssituasjonene som har vært mest belastende for operasjonssentralen. Når en transformatorstasjon tas ut av drift på grunn av vedlikeholds- eller renoveringsarbeid, må effekten overføres via en annen transformatorstasjon. Det finnes et stort antall mulige koblingstilstander, og å gå gjennom dem manuelt innebærer mye repetitivt arbeid.
Et annet eksempel er den dramatiske økningen i kostnadene for elektriske tap. I 2022 begynte energiprisene å stige, noe som førte til en økning på 176 % i selskapets kostnader sammenlignet med året før.
– Vi var naturligvis interessert i å se om det var mulig å gjøre noe med situasjonen, og Trimble hadde en løsning som vi bestemte oss for å prøve, sier Jukka, og forklarer hvorfor de valgte Trimble.
Kuopion Sähköverkko bruker Trimbles nettinformasjonssystem, der verktøyet for optimalisering av nettdrift kan integreres. Dette gjør det mulig å optimalisere høy- og lavspent distribusjonsnett med mange forskjellige konfigurasjoner ved hjelp av nettverksmodellen, både under normal drift og i nødsituasjoner. Målet kan for eksempel være å redusere tap og minimere belastningsgraden på linjer og transformatorer, slik det ble gjort i Kuopio da høyspent distribusjonsnettet ble balansert og beredskapsplanleggingen ble forenklet.
I Kuopio var målet også å se om fordelene med den nye transformatorstasjonen kunne vurderes ved å optimalisere normaldele i høyspent distribusjonsnettet allerede på planleggingsstadiet av prosjektet. Optimaliseringen ble testet ved først å balansere nettet for å redusere de elektriske tapene under normale driftsforhold og med dagens topologi. Det neste trinnet var å forsøke å redusere de elektriske tapene i topologien som endres med den nye transformatorstasjonen. Til slutt ble det gjennomført beredskapsplanlegging for 22 kV-nettet.
Analyse av elektriske tap i tre scenarier
Tapsanalysen ble utført i tre ulike scenarier: først 11 kV-nettet, deretter 22 kV-nettet og til slutt 22 kV-nettet i topologien med den nye transformatorstasjonen.
Nettselskapets oppgave var for det første å definere målet med optimaliseringen og for det andre å definere de tekniske rammebetingelsene for optimaliseringen, dvs. verdiene som optimaliseringen skulle holde seg innenfor. Grensen for spenningsfall ble satt til 5 %, belastningsgraden for hovedtransformatoren til 75 % og belastningsgraden for linjene til 100 %. Det ble ikke satt noen grense for avbruddskostnadene og den årlige avbruddsvarigheten, men det ble undersøkt hvordan disse parameterne oppførte seg i optimaliseringen. I tillegg ble beregningsspenningen satt til 10 og 20,5 kV. Prisen for strøm som inngår i det elektriske tapet ble satt til 100 euro per megawattime.
Resultatet var et forslag til nytt normaldele og en rapport om de oppnådde forbedringene. I dette optimaliserings-eksperimentet ble verdiene beregnet og gjenspeiler ikke den faktiske situasjonen.
– For 11 kV ble både avbruddskostnadene og den årlige avbruddstiden redusert. Viktigst av alt er at toppeffekten ble redusert med mer enn 100 kW. Og spenningsfallet ble forbedret med nytt optimalisert normaldele, sier Jukka Taipale.
Før forsøket ble transformatorene ansett for å være den største årsaken til nettap, ettersom nettet hovedsakelig er relativt lavt belastet.
– Selvsagt er det også tap fra nettet, men de ble antatt å være ganske små sammenlignet med transformatorene. Det beregnede resultatet viste imidlertid at tapene fordelte seg 53-47 % mellom nettet og transformatorene. Det maksimale effekttapet over tid var vel tre tusen timer, og den potensielle besparelsen ville være rundt 33 000 euro per år med de foreslåtte bryterkoblingene. Dette er en betydelig sum, forklarer Jukka.
Neste steg var å jobbe med 22 kV-nettet, som er betydelig lengre i Kuopio enn 11 kV-nettet.
– Med det optimaliserte 22 kV-nettet ble tapene redusert dramatisk - med mer enn 300 kilowatt. Spenningsfallet ble også forbedret, og det samme ble linjenes maksimale belastningsgrad. Den maksimale tapstiden var nesten 2 900 timer, og den potensielle besparelsen var på over 99 000 euro per år. Et svært høyt potensial når det gjelder besparelser i nettap. Så vi er veldig optimistiske når det gjelder bruken av dette verktøyet, fortsetter Jukka.
Hva med den nye transformatorstasjonen, vil den gi ytterligere besparelser? I Kuopio ble det gjennomført en ny tapsanalyse på 22 kilovolt-nettet, der den nye transformatorstasjonen ble digitalisert. En ny hovedtransformator og noen få kilometer høyspent distribusjonsnett ble lagt til i nettmodellen. Oppdateringen ble sammenlignet med det optimaliserte nettet.
– Det viste seg å være som forventet. Den nye transformatorstasjonen vil i liten grad bidra til å redusere tapene. Det er med andre ord ikke økonomisk forsvarlig å bygge en ny transformatorstasjon, sier Jukka.
– I hvert fall ikke når det gjelder å redusere nettapet, legger Atte Iivanainen til.
Neste skritt var å se på beredskapen i 22 kilovolt-nettet. Når en av hovedtransformatorene er ute av drift, må koblingstilstanden endres. Å finne et levedyktig alternativ kan ta lang tid og innebærer mye manuelt, repetitivt arbeid. Et optimaliseringsverktøy kan bidra til å effektivisere beredskapsplanleggingen. Brukeren velger hovedtransformatoren som skal byttes ut, og optimaliseringsprosessen går gjennom et stort antall ulike koblingstilstander for å finne det beste alternativet.
Kuopion Sähköverkko valgte et scenario der Savilahti transformatorstasjons 40 MVA hovedtransformator skulle byttes ut.
– Resultatene beskriver den nåværende situasjonen i nettet vårt. Altså ikke det optimaliserte dele i nettet. Nabostasjonene ble også inkludert i analysen, sier Jukka.
Det tok et par timer å finne den optimale koblingstilstanden i nødsituasjoner, og resultatene viser at den maksimale transformatorlastfaktoren falt med ti prosentpoeng, den maksimale linjelastfaktoren falt noe, og det maksimale spenningsfallet ble også redusert.
– Prosessen for beredskapsanalyse av 22 kilovolt-nettet er betydelig forbedret. Med de nye tilkoblingene og den nye hovedtransformatoren trenger ikke operasjonssentralen å klø seg så mye i hodet, sier Jukka og forklarer resultatene av beredskapsplanleggingen.
Viktig informasjon som beslutningsstøtte
Innfridde eksperimentet forventningene til Kuopion Sähköverkko?
Jukka Taipale sier at resultatene av optimaliseringen av koblingstilstanden var overraskende, spesielt de betydelige potensielle besparelsene som kan oppnås ved å forbedre det nåværende normaldele.
– Den beregnede verdien er at du kan spare rundt 130 000 euro per år i nettap bare i høyspentdistribusjonsnettet ved å optimalisere koblingstilstandene, fortsetter Jukka.
– Og sammenlignet med 2021, som var et mer normalt år når det gjelder kostnader for nettap, er besparelsen 14 %.
– Det er altså snakk om store summer, sier han, og legger til at det er verdt å se mer på effekt enn på tapskostnadene, som jo varierer med strømprisen.
Analysen viste også at den planlagte transformatorstasjonen ikke vil ha noen vesentlig innvirkning på tapene. Dette resultatet var forventet, men det som var overraskende, var den jevne fordelingen av tap mellom transformatorene og nettet.
– Det ble søkt etter og innhentet viktig informasjon som beslutningsgrunnlag, sier Atte Iivanainen.
Han forteller videre at det vil bli gjennomført ytterligere analyser i Kuopio, som vil omfatte ulike transformatorstasjoner og hovedtransformatorer. Fremtiden og byggingen av den nye transformatorstasjonen vurderes fra mange vinkler, ettersom prosjektet vil ta minst fem år.
– Dette er et forsøk på å foregripe energiomstillingen. Vi har fått verdifull informasjon, og vi vil fortsette å se nærmere på situasjonen. Vi er veldig fornøyde, og vi kommer helt sikkert til å gjøre endringer i nettets koblingstilstander på grunnlag av dette eksperimentet. Vi bryr oss om penger, sier han.
