Harjoitustyö - Noppa - Lappeenrannan teknillinen yliopisto

LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO
SÄHKÖTEKNIIKAN OSASTO
BL20A0500 Sähkönjakelutekniikka
Harjoitustyö, 30.11.2015
Keskijännitejohtolähdön kehittämissuunnitelma
Tehtävänäsi on laatia keskijänniteverkon johtolähdölle kehittämissuunnitelma seuraaville viidelle vuodelle. Sinulla on käytettävissä 0–80 k€/a saneeraukseen. Verkko on avojohtorakenteinen
ja puupylväiden keski-ikä on korkea. Lisäksi johtojen korkeasta metsäisyysasteesta johtuen
vikataajuudet ovat suuria. Johtolähdön saneeraukselle löytyvät siis perusteet sekä verkon iästä
että sähkönjakelun luotettavuudesta.
Määritä ja laske seuraavat asiat. Perustele tekemäsi valinnat.
1) Esitä yksityiskohtainen investointisuunnitelma sisältäen muiden seikkojen lisäksi myös
kohdat 2-8. Havainnollista investointisuunnitelmaa erilaisin aikajanoin (investoinnit €/a,
vikataajuuksien vuosittainen kehitys..)
2) Määritä asiakkaiden kokemien keskeytysten määrä ja keskeytyskustannukset (jaoteltuna pysyvistä vioista (määrä ja aika), pika- sekä aikajälleenkytkennöistä aiheutuviin kustannuksiin) nykytilanteessa sekä investointijakson lopussa.
3) Määritä johtolähdön keskijännitejohtojen, muuntamoiden ja erottimien jälleenhankintaarvo sekä nykykäyttöarvo nykytilanteessa sekä investointijakson lopussa.
4) Määritä johtolähtöön liittyvä verkkoliiketoiminnan valvontamallin sallima liikevaihto.
Johtolähdön operatiiviset kustannukset ovat 80 k€/a. Miten tilanne muuttuu verkon saneerauksen myötä?
5) Arvioi millä tavoin nykyinen verkkorakenne kestää laajamittaisen suurhäiriön (myrskyn). Entä miten tilanne muuttuu kehittämissuunnitelman myötä? Tavoiterajana on että
noin 30 % asiakkaista olisi uuden toimitusvarmuusrajan piirissä vuonna 2019. Alkupää
johtolähdöstä, 10 km, on taajama-aluetta (6 h raja) ja loppuosa lähdöstä maaseutua (36
h). Minkälaisia haasteita näet suurhäiriövarmuuden huomioimisessa?
6) Laske johdinvaihdoille (ei uuden johdon rakentamiselle) kannattavuusrajat (kVA) jos
vanha johto on Sparrowia ja uusi johto vaihtoehtoisesti Ravenia, Pigeonia tai Al132.
Johdinten vaihtokustannushintoja voi katsoa opintomonisteesta.
PL 20, 53851 LAPPEENRANTA, p. 05 62111, fax. 05 621 6799
http://www.ee.lut.fi/
7) Mitä hyötyä johtolähdöille sijoitettavasta ns. maastokatkaisijasta on? Määrittele maastokatkaisijan kannattavuus suurimmalle haarajohdolle (merkitty karttaliitteeseen I).
Erittele maastokatkaisijan tuomat keskeytyskustannussäästöt: pysyvien vikojen määrä
ja kesto, pjk ja ajk. Haarajohdon pituus ja teho ovat ¼ johtolähdön kokonaisarvoista.
Haarajohdon vikataajuutena voi käyttää johtolähdön keskimääräisiä arvoja.
8) Hahmottele erilliselle karttapohjalle saneerattu verkko johtoreitteineen (karttaliite II).
Harjoitustyö voi vaikuttaa opintojakson loppuarvosanaan korottavasti (arvostelu: hylätty/hyväksytty/kiittäen hyväksytty). Kiittäen hyväksytty työ nostaa tenttiarvosanaa yhdellä numerolla (ei kuitenkaan arvosanaa 0
1).
Harjoitustyön viimeinen palautuspäivä on 31.1.2015. Työn etenemisestä ja ensimmäisistä tuloksista keskustellaan tammikuun alussa ensimmäisellä luennolla (11.1.2016). Tällöin on oltava vastaukset kysymyksiin 2, 3 (nykytilanne), 6 ja 7. Työ palautetaan paperiversiona. Kirjoitusohjeet ovat kandityökirjoitusohjeen tai laboratoriotyöohjeen mukaisia.
Huom! Verkkokuvissa ei ole esitetty mittakaavaa. Johtolähdön kokonaispituus on 40 km. Investointisuunnitelman tekoa varten ei pidä yrittää lukea kartalta tarkkoja kilometrimääriä. Investointitarpeiden arvioinnissa voi käyttää verkon ikäjakaumaa ja verkon arvoa. Oleellisinta on
oikeiden laskenta/analysointiperiaatteiden hyödyntäminen kehittämisvaihtoehtoja pohdittaessa.
Liikevaihto lasketaan yksinkertaisimmillaan siten että summataan vuotuiset tasapoistot, keskeytyskustannukset (tai 50 % niistä), operatiiviset kustannukset sekä sallittu tuotto (nykykäyttöarvo x WACC-prosentti).
Periaatteita:
https://noppa.lut.fi/noppa/opintojakso/bl20a0400/luennot/sahkonjakeluverkkoliiketoiminnan_v
alvonta.pdf
WACC-luku http://www.energiavirasto.fi/valvontaparametrit1
(voi käyttää vaikka Oy –perusteista lukua)
Lähtötietoja:
- Verkostokomponenttien keskimääräinen pitoaika: 40 a
- Laskentakorkokanta: 5 %, häviöiden hinta: 50 €/kW,a
- Kuormituksen kasvu: 2 %/a ensimmäiset 20 a ja sen jälkeen 0 %/a
- Johtolähdön huipputeho: 2,5 MW, kuormituksen huipunkäyttöaika: 3500 h
- Keskeytyksestä aiheutuneen haitan arvostus (KAH-parametrit):
Vikakeskeytys
kotitalous
maatalous
teollisuus
julkinen
palvelu
PJK
AJK
€/kW
€/kWh
Työkeskeytys
€/kW
€/kWh
€/kW
€/kW
0,36
0,45
3,52
1,89
2,65
4,29
9,38
24,45
15,08
29,89
0,19
0,23
1,38
1,33
0,22
2,21
4,8
11,47
7,35
22,82
0,11
0,2
2,19
1,49
1,31
0,48
0,62
2,87
2,34
2,44
Johtolähdön rakenne
o
lähtö 100 % avojohtoa, puupylväitä 600 kpl (ikäjakauma Excel-liitteessä)
Pigeon
Raven
Sparrow
Swan
o
o
o
o
-
runkojohtoja
50 %
haarajohtoja (> 50 kW)
20 %
haarajohtoja (< 50 kW)
30 %
muuntopiirejä: 25 kpl (oletetaan jakautuvan tasan koko lähdön pituudelle)
Kaikki muuntamot ovat pylväsmuuntamorakenteisia
50 kVA
50 %
100 kVA
30 %
315 kVA
20 %
asiakkaita:
650 (oletetaan jakautuvan tasan kaikkien muuntopiirien kesken)
kotitalous
48 %, maatalous
12 %
teollisuus
15 %, julkinen
10 %
palvelu
15 %
erottimia (oletetaan jakautuvan tasan koko lähdön pituudelle)
kauko-ohjattuja: 0 kpl
käsinohjattuja: 15 kpl
Metsässä:
Pellolla:
Tienvarressa:
30 %
50 %
20 %
Pysyvät viat
PJK
AJK
15
7
5
70
35
15
25
12
5
7
4
3
1
35
17
5
-
12
6
2
-
Avojohto
metsä
tienvarsi
pelto
Päällystetty avojohto
metsä
tienvarsi
pelto
Maakaapeli
Vikataajuudet
Keskimääräinen kytkentäaika
o
o
-
lähdön kokonaispituus: 40 km
Johtolähdön keskijännitepuupylväiden ikäjakauma: Katso liite
[kpl/100 km,a]
Johtojen sijainti:
o
o
o
-
35 %
25 %
20 %
20 %
Kauko-ohjauksella: 10 min
Käsinohjauksella:
60 min
Keskimääräinen viankorjausaika: 2 h
Yksikköhinnat: Katso liite
Johdinvaihdon kustannuksia löytyy sähkönjakelutekniikan kirjasta.
Johtojen teknisiä tietoja
Johdin
r
x
m /km m /km
min
Imax
kA
Al 132
219
357
10
11,6
Pigeon (AF 99)
Raven (AF 62)
Sparrow (AF 40)
337
537
848
361
389
402
9
6
4
8,0
5,1
3,2
Eri kehittämistekniikoita ja tekniikoiden vaikutuksia vikojen määriin ja kestoihin (
tilanne paranee merkittävästi, paranee hieman, - vähäinen tai ei vaikutusta.
Pysyvien vikojen määrä Pysyvien
TyöJälleenvikojen
keskeytykset/as.
kytkentöjen
Absoluutkpl/as
kesto/as.
määrä/as.
tisesti
Kevyet sähköasemat
Kaapelointi (keski- ja pienjänniteverkot)
PAS-johdot
Tienvarteen rakentaminen
1000 V sähkönjakelu
Maastokatkaisijat
Kauko-ohjattavat erottimet
Varayhteydet
Valvomoautomaatio
Maasulkuvirtojen sammutus
Varavoima
Yhteistyö
-
(
)
-
(
-
)
-
-
-
-
-
Lähdekirjallisuutta:
-
Kurssikirja: Lakervi, Partanen. Sähkönjakelutekniikka
Tutkimusraportit:
o Sähkönjakeluverkkoon soveltuvat toimitusvarmuuskriteerit ja niiden raja-arvot sekä sähkönjakelun toimitusvarmuudelle asetettavien toiminnallisten tavoitteiden kustannusvaikutukset
o Sähkönjakelun toimitusvarmuuden parantamiseen sekä sähkö-katkojen vaikutusten lieventämiseen tähtäävien toimenpiteiden vaikutusten arviointi, TEM – LUT, 2012
-
Diplomitöitä
Vainikka, M., 2014 Sähköverkon säävarmuuden kehittäminen verkkoliiketoiminnan valvontamallin
näkökulmasta
Saira, 2009, 1000 V jakelujännitteen käyttömahdollisuudet KLS Oy:ssä
Raussi, 2009, KTJ:n toiminnoista saatavat hyödyt ja niiden analysointi
Haakana, 2008, Haja-asutusalueen kj-verkon kaapeloinnin ja automaation suunnittelumetodiikka
Tella, 2007, Sähköverkkoyhtiön keskijänniteverkon kehittämissuunnitelma
Ihonen, 2007, Sähkönjakeluverkon ja sähköasemien kehittämissuunnitelma
Simonen, 2006, Sähkönjakeluverkon suunnitteluperusteet
Matikainen, 2006, Sähkönjakeluverkon kehittämissuunnitelma luotettavuuden näkökulmasta
Martikainen, 2005, Ilmastonmuutoksen vaikutus sähköverkkoliiketoimintaan
Laatikainen, 2005, Elinkaarikustannusten ja toimitusvarmuuden analysointi sähkönjakelun saneerausmenetelmille
Rouvinen, 2005, Sähköverkkoyhtiön kehityssuunnitelman laatiminen
Sorsa, 2004, Sähköverkkoyhtiön keskijänniteverkon kehittämissuunnitelma
Kaipia, 2004, 1kV sähkönjakelujärjestelmän teknistaloudellisen kannattavuuden tarkastelu
Kaarlela, 2002, Kaapeloinnin kannattavuus Fortum Sähkönjakelun kj-verkossa
Lassila, 2000, Keravan Energia Oy:n sähköverkkojen yleissuunnitelma
Väitöskirjoja
- Kivikko, 2010: "Assessment of Electricity Distribution Reliability – Interruption Statistics, Reliability
Worth, and Applications in Network Planning and Distribution Business Regulations”
- Lassila, 2009: “Strategic Development of Electricity Distribution Networks – Concept and Methods”