Älykäs sähköverkko ja pientuotanto

Esitys aiheesta: "Älykäs sähköverkko ja pientuotanto"— Esityksen transkriptio:

1

2 Älykäs sähköverkko ja pientuotanto
Prof. Jarmo Partanen

3 HOW TO SOLVE THE PROBLEMS?
STORAGES DEMAND RESPONSE FLEXIBLE PRODUCTION INTELLIGENT GRIDS SMART GRID CONCEPT CH4 AKTIIVINEN ASIAKAS Price? Business model? Profitability? Investments? Market mechanism with incentives to invest on cost efficient, flexible, secure, reliable and sustainable energy system Jarmo Partanen

4 Electricity Market – Challenges
Market model challenge – ”Energy only” market design Operating costs of renewable based production are extremely low (< 10 €/MWh) What is the price of energy, when price of ’fuel’ is zero? Hydro, wind, solar and nuclear based production will be always first in the market Competitiveness of power plants with ’typical’ operating costs ? Competitiveness of production is based on investment costs/W + running hours + capability for flexible operation Grid tariffs will be based on kWs ordered/measured instead of kWhs -> From energy efficiency to capacity efficiency and flexibility capability Jarmo Partanen

5 Electricity Market – Driving Forces
Mass production based technology Weather dependent electricity production Low operation costs Weather dependent electricity distribution Unlimited sustainable, cost efficient energy source Unstable energy market and grids, power balance Abnormal low market prices How to keep lights on? Storage is a new component in electricity power system. Main goal is to reduce the total capacity (investments, costs) of energy system (resource efficiency). Peak cut & power balance in short and long term. Energy storages ’Unlimited’, low cost potential to control demand (power) locally ”on line” Efficient use of capacity of energy system Power balance management Improvement of cyber security together with local production and storages Digitalization Jarmo Partanen

6 Price scenarios for batteries, learning curve; -20 % per doupling of global capacity
MWh = 500 milj. 20 kWh batteries a’ 4000 €

7 Pientuotanto ja sähköverkko Pientuotanto ≈ aurinko, bio, ..
Pientuotanto pienentää verkon kuormituksia. Pienen sähkönkäytön ja suuren tuotannon aikana tehonsuunta kääntyy verkkoon päin, josta voi seurata ongelmia kuten alla oleva esimerkki Saksasta kertoo

8 Pientuotanto ja sähköverkko Pientuotanto ≈ aurinko, bio
Pientuotanto pienentää verkon kuormituksia. Pienen sähkönkäytön ja suuren tuotannon aikana tehonsuunta kääntyy verkkoon päin, josta voi seurata ongelmia. Suomessa pientuotantoa ’sopii’ verkkoon mittavia määriä ilman suuria ongelmia; Pj-verkon kuormat ovat suuria (sähkölämmitys, sähkösauna, maatalouskoneet) suhteessa tyypillisiin pientalojen aurinkosähköjärjestelmien tehoihin (3-8 kW) Asiaa on selvitetty DR-pooli hankkeessa sekä eriliessä LUT:n selvityksessä, jossa arvioitiin nykyisten rakennusten katoille sijoitettavissa olevan PV-järjestelmien maksimitehoja alueita syöttävien sähköverkkojen kapasiteetteihin.

9 Results (customer connection point)
PV hosting capacity Results (customer connection point) Main outcomes: Customer connection point does not set limits for the PV installations When additional buildings inside a rage of maximum 200 m from customer connection point are covered with solar PV and connected to the same network connection point, about 20% of the customers should restrict generation power during peak moments (e.g smart charging of EVs) or update their connection size agreement from 25 A for instance to 35 A with local DSO.

10 Results (low-voltage networks)
PV hosting capacity Results (low-voltage networks) Main outcomes: No significant challenges in low voltage networks Dimensioning of the present low voltage system is relatively high due to high wintertime heating loads.  Only few percent of all lines will be thermally overloaded

11 Results (distribution substations) Main outcomes:
PV hosting capacity Results (distribution substations) Main outcomes: Difference in overloading of transformer is significant depending on the installation scale, whether solar PV installations are limited to the residential buildings only or additional buildings close to the low voltage customer are taken into study. Traditional dimensioning of a transformer takes into account of intersecting of powers. With solar PV, simultaneous generation peaks during sunny days lead overloading. Example load and generation curve of distribution transformer (100 kVA) LOAD GENERATION

12 Results (primary substations)
PV hosting capacity Results (primary substations) Main outcome: Result corresponds with the distribution transformers When taking into account the actual sizes of each primary transformer (MVA), transformer capacity should be increased on the average by 20–30% in ‘All rooftops’–scenario to avoid overloading

13 Pientuotanto ja sähköverkko Pientuotanto ≈ aurinko, bio
Kun pientuotannon maksimiteho on suurempi kuin siihen kytketyn verkon huippukuorma, on mahdollisuus verkkokomponenttien ylikuormittumiseen ja/tai jännitteiden ylisuuriin arvoihin. Pienjänniteverkossa standardin mukaiset jänniterajat ovat 230 V ± 10 %, V (suositus, että yläraja on + 6 %, 244 V) Jos jännite nousee suuremmaksi kuin 253 V, useat PV-invertterit rajoittavat tuotantoa (tuotannon leikkaus). Asia korostuu, jos PV-tuotanto liitetty asiakkaan liityntäpisteeseen pitkällä kiinteistön sisäisellä liitäntäjohdolla. Jos verkon jännitejäykkyys on heikko, aiheuttaa pientuotannon vaihtelu jännitevaihteluja, jolloin asiakas voi kokea häiritsevää välkyntää (jos valot päällä) nopeasti vaihtuvalla pilvipoudalla (nopeat tuotannonvaihtelut). Vastaava tilanne myös nopeasti vaihtelevalla kuormalla.

14 Pientuotanto ja sähköverkko, esimerkki

15 Pientuotanto ja sähköverkko, esimerkki tuotanto ja jännite PV-invertterillä

16 Pientuotanto ja sähköverkko Pientuotanto ≈ aurinko, bio
Pientuotanto ja akkuvarastot yhdistettynä kysyntäjoustoon voi olla yksi kustannustehokas ratkaisumalli käyttövarmuusvaatimusten (6h, 36 h) täyttämiseen etenkin haja-asutusalueilla

17 LVDC Distribution System Field Test Site days in real life, LUT & Järvi-Suomen Energia (DSO) Pientuotanto + varastot -> itsenäiseen toimintaan kykenevät mikroverkot -> työkalu käyttövarmuusvaatimusten täyttämiseen? Control of power taken/supplied from/to mv-network, µgrid operation Jarmo Partanen

18 Pientuotanto, energiayhteisöt ja sähköverkot
Pientuotannon energiakustannus on useimmiten alhainen (polttoainekustannus nolla) ja ajoittain sitä tuotetaan ylen määrin suhteessa sen hetkisiin omiin tarpeisiin. Yleismaailmallinen kysymys on – kuinka edullinen ylijäämäenergia saadaan hyötykäyttöön? Varastot Naapurit, oma sähköauto työpaikalla, kesäasunto,… ’matkalla’ energian hinta nousee Verkkomaksut + alv Sähkövero + alv Entäs jos ??? Verkkomaksun perusta olisi tehokaista Sähkövero olisi prosenttiperustainen 16/03/2016 Jarmo Partanen

19 Electricity has an enormous history but the future is … unbelievable
Cost efficient, clean and unlimited energy source Heat, cooling, working power Electricity based fuels, food Jarmo Partanen

20 What is the hosting capacity for PV in Finland?
PV hosting capacity Background What is the hosting capacity for PV in Finland? Key numbers of electricity distribution in Finland and in the case company (in brackets)