1. No category

Sähköverkkoliiketoiminta & sähkökauppa
26.3.2015
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
JUHA
Sähköverkkoliiketoiminta & sähkökauppa
− Verkkovisio 2030 (2005) + Roadmap 2015 (2006) ja niiden hyödyntäminen
− Sähköverkkoliiketoiminnan ja energiamarkkinoiden nykytilakatsaus
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Verkkovisio 2030
Yhdessä koottu
teknologiavisio
(maaseudun ja kaupunkien
jakeluverkot, alueverkot)
Roadmap 2015
Yhdessä koottu tiekartta
(teknologia, sähkömarkkinat,
palvelutoiminta)
110 kV
Verkkovisio 2030 - Haja-asutusalue
Haarajohdot omia
suojausalueita
110/20 kV
Jakeluverkon
hallintajärjestel
mä
KJ-verkon runkojohto
pääosin 20 kV:n maakaapelia
tienvarressa (mikäli mahdollista)
(laatuluokka A)
Tiedonsiirto
CHP-voimala
Energiamarkkin
at
Saarekekäyttöön
pystyvä microgrid
20/0.4 kV
Kauppa,
terveysasema
ja koulu (laatuluokka A)
AMM
20/0.4 kV
Tuulivoimal
a
20 kV
20/0.4 kV
DC/
AC
Energiavarast
o
Pienvesivoimal
a
AMM
Teollisuus (laatuluokka A)
20/0.4 kV
AMM
20 kV
1.4 kV (DC)
AC/
DC
Microgrid
AMM
Energiavarasto
(akku)
Asiakas (karja-/maatila)
AMM (laatuluokka A)
Kevyt katkaisija
Biokaasu
20 kV ilmajohto
20 kV
ilmajohto
AMM
400 V
UPS
400 V
Mikroturbiini
(CHP)
Varavoimakone
20/0.4 kV
AMM
Energiavarasto
Microgridin
katkaisija
1.0/0.4
kV
1000 V maakaapeli
AMM
400 V
Asiakas
(laatuluokka A)
DC/
AC
AMM
Aurinkokennot
Asiakas
(laatuluokka B)
Pieni saarekeverkko
20/1.0 kV
DC/
AC
Asiakas
(laatuluokka A)
AMM
DC/
AC
Asiakas
(laatuluokka A)
DC/
AC
Asiakas
(laatuluokka B)
20/0.4 kV
AC/
DC/
AC
Polttokenno
1.4 kV (DC)/
400 V (AC)
AMM
AMM
Biokaasu
AMM
DC/
AC
1.0 kV (AC)/
1.4 kV (DC)
Asiakas (karja-/maatila)
(laatuluokka A)
Asiakkaat
(laatuluokka B)
DC/
AC
20/1.0 kV
20/0.4 kV
Omatuotanto
Energiavarasto (akku)
Microgrid-verkon
hallintajärjestelmä
110/20 kV
Asiakas
(kaukana
sähköverkosta)
Road map 2015 tulosraportti, Esa Pekkola, 2007
Road Map 2015, ST-poolin seminaari 2007, Esa
Pekkola
SGEM; Research Themes, 2009
RoadMap of SGEM
Objectives for Smart Grids and Energy Market
• Efficient use of electricity
• Enabler for active customer participation in the
electricity market
• Uninterrupted use of electricity
• Development and operation of electricity system
and market in Smart Grid environment
Actions and activities
on the road to the vision
• Market oriented demand response actions
• Easy and flexible grid and market connection for DG
• Market models & customer behaviour
• Estimation models for dynamic loads & generation
• Self-healing networks & microgrids
• Weather proof networks
• Apply of new technologies
• Standardisation
• System level planning methods for grids, market actions
and ICT-systems
• Methodology for operation of grids and in market
• Information for decision makers & other stakeholders
• International benchmarking.
RoadMap
* In 2011 large questionnaire survey with over
100 respondents was made to update the
Smart Grids Roadmap for the SGEM program.
* The questionnaire took into account the
Nordic Market as well as Continental
European Market perspective, and it was
divided into four perspectives: Technology,
Electricity Market, End-user and Smart
Grid development
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
RoadMap
* In 2011 large questionnaire survey with over
100 respondents was made to update the
Smart Grids Roadmap for the SGEM program.
* The questionnaire took into account the
Nordic Market as well as Continental
European Market perspective, and it was
divided into four perspectives: Technology,
Electricity Market, End-user and Smart
Grid development
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Electricity Market, objectives
Competitive
ness
Sustainab
ility
€
Technical requirement; keep power balance in every second
Production = consumption
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Renewables, security of supply and efficiency
Electricity Market + CO2-price
Efficient operation of system
?
Sustainability
?
Security
?
Renewable based production
and subsidies
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Solar power in Germany
Installed capacity 37 760 MW (31.1.2015)
http://www.sma.de/en/news-information/pv-electricity-produced-in-germany.html
”Power to the people”
Feed-in tariff (nowadays reduced)
Price of PV-cells, more than 60 % reduction per 5 years
Wind power in Germany; 33 GW, 47 TWh/a (2013)
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Impact of subsidied renewables
on market price of electricity
demand
This price will be paid by ??
Money
Lessons to learn from Germany
• Balance responsibility in all levels of production
• Investment support instead of feed in tariff
• Taxes are better than extra in price of electricity
• in transition CO2 based production is required
Real cost
price
supply
Lower market price,
problematic for many
producers
quantity
RES is always first in the market
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
13
Renewables, security of supply and efficiency
Electricity Market + CO2-price
Efficient operation of system
?
Sustainability
?
Security
?
Renewable based production
and subsidies
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Renewables, security of supply and efficiency
Electricity Market + CO2-price
Efficient operation of system
Shorter operation times,
different running ranking,
worse economics
Sustainability
More renewable based production,
improved sustainability
Renewable based production
and subsidies
Security
More uncontrollable renewable
based production having high
output variation,
new challenges in intermittency,
lack of controllable production,
lack of inertia
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Renewables, security of supply and efficiency
Electricity Market + CO2-price
Efficient operation of system
Shorter operation times,
different running ranking,
worse economics
Sustainability
More renewable based
production, excellent sustainability
X
Role of DSO?
How to solve the problem ?
When ?
Storages
Renewable based production
and subsidies
How?
Demand response
Profitability?
Security of supply
More uncontrollable renewable
based production having high
output variation, new challenges
in intermittency, lack of
controllable production, lack of
inertia
Acceptability?
Controllable Transmission & distribution grids
production
Role of retailer?
Capacity Market?
Payments of readiness to produce electricity or reduce consumption
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Smart Grid & Customer Gateway;
Demand response
Market players; TSO, DSO,
supplier, aggregator
Information
systems
Grid
Action signals based on optimization
against different targets of system players
Energy storage
Active monitoring,
optimisation and
control of energy use
and power flows
Actions at the
customer gateway,
flexible demand
Generation
Loads; controllable, non-controllable
•Solar, wind, fuel
cell, biogas
Sähkön käytön muutostrendit
verkon kannalta
Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Maalämpöpumppujen vaikutukset
kuormitukseen - jakelumuuntajat
Ei-sähkölämmitteiset omakotitalot
vaihtavat maalämpöön
Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
Sähkön käytön muutostrendit
verkon kannalta
(kiuas)vuorottelu puuttuu lämpöpumppukohteissa,
lisäksi lämpöpumpuissa usein ”smart grid –
valmius”, mutta sitä ei ole otettu käyttöön.
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Lähde: DR-pooli
projektin
tulosaineisto
Sähkön käyttö ja verkossa siirrettävä
teho ja energia
Teho
A . sähkönkäyttökojeiden (esim .
LED-lamput) energiatehokkuus
B . sähkönkäyttökojeiden määrä
E.
Haasteellinen
verkkoyhtiölle
D2.
B.
D1.
F.
D3.
Energia
I.
K.
C.
H.
A.
J.
G.
Myönteisiä
vaikutuksia
verkkoyhtiölle
C . energiansäästö elämän
asenteena
D 1 . lämpöpumput
sähkölämmityskohteessa
D 2 . lämpöpumput muissa kuin
sähkölämmityskohteissa
D 3 . sähkön käyttö muulla tavoin
lämmityksessä
E . sähköautot ; ohjaamaton
lataus
F . sähköautot ; älykäs lataus
G. asiakkaan energiavarastot
H. kuorman ohjaus
myyjän/aggregaattorin toimesta
I. kuorman ohjaus asiakkaan
toimesta
J . kuorman ohjaus verkkoyhtiön
toimesta
LUT Energy Systems K . asiakkaiden oma sähkön
Electricity | Energy | Environment | Mechanical tuotanto
Engineering
Lähde: Partanen et al. Jakeluverkkoyhtiöiden tariffirakenteiden kehitysmahdollisuudet
Sähköverkkoliiketoiminta:
Regulaatio
−
Yleinen sähkönjakelun valvonnan kehittyminen
− Suomessa regulaatiomallin päivitys (2016-2023)
− Malli pyritään määrittämään kerralla 8 vuodelle
− Pitoaikojen valinta
− Avataan nykyiset pitoajat, jolloin mahdollista sovittaa vastaamaan todellisia pitoaikoja
− Komponenttien yksikköhintaluetteloon tulossa uusia komponentteja
− Todennäköisesti pieniä muutoksia eri kannustinmenetelmissä mm.
− Tehokkuuskannustimessa muutoksia (StoNED mallin muuttujissa muutoksia, KAH voi
nostaa sallittua kopexia)
− Laatukannustimeen muutoksia (referenssitason laskenta, kannustimen vaikutus
kasvaa)
− Sallitun tuoton laskenta WACC mallilla (vuotuiset päivitykset laskentaparametreihin)
− Innovaatiokannustin (vähennysoikeuteen muutoksia, 1 % liikevaihdosta, mahdollisuus
käyttää suurempi osuus yksittäisenä vuonna)
− Toimitusvarmuuskannustimen täysimääräinen hyödyntäminen
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Sähköverkkoliiketoiminta:
Lainsäädäntö
Toimitusvarmuus
Lain asettamat vaatimukset toimitusvarmuuden kehittämiselle (Suomi ja Ruotsi)
−
−
−
Jakeluverkkojen kehittämiselle toimintaa ohjaava reunaehto suuressa osassa haja-asutusalueella toimivista
jakeluverkkoyhtiöistä
Tulossa merkittäviä muutoksia sähkönjakeluverkkoihin seuraavan 15 vuoden aikana, mm.
− Kaapelointia sekä kj- että pj-verkoissa
− Topologisia muutoksia
R e quire d M D P
R e quire d
le v e l in c a s e o f
M D P le v e l in
− Verkostoautomaatio lisääntyy
m o re dif f ic ult
e a s ie s t c a s e
o pe ra t io na l
Nykyinen 2028 vuoteen ulottuva aikataulu haasteellinen verkkoyhtiöille
−
−
Ei mahdollista toteuttaa ilman merkittävää velkarahan osuutta
Aikataulun pidennys helpottaa ongelmaa
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
1
3
5
Liikevaihto
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
investoinnit
Tuotto
Velka
Tasapoisto
Kassavirta
Suurin sallittu keskeytys-aika 36 he nv iro nm e nt
100%
network
rate in MV osuus
Major-disturbance-proof
Suurhäiriösietoisen kj-verkon
−
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
Tavoite A: Ei odotettavissa pahoja myrskyjä
Tavoite B: Vakavat myrskytuhot todennäköisiä
Tavoite C: Erittäin suuret myrskytuhot mahdollisia
10%
0%
Kuva. Taloudellisten tunnuslukujen kehittyminen, kun investoinnit ovat vuosina 0-15 a kaksinkertaiset
alkuhetken tasapoistoihin verrattuna ja alkuhetken tasapoistojen tasolla vuosina 16-40. Rahoitus
hoidetaan tasapoistoilla ja vieraalla pääomalla.
LUT Energy Systems
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90% 100%
Suurhäiriösietoisen pj-verkon
Major-disturbance-proof
rate in LV osuus
network
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Uudet teknologiat
−
−
−
−
−
−
Kysynnän jousto, markkinakelpoisuus, 0 -….. a
LVDC tekniikka, 2-5 a
Kaapelointitekniikan kehittyminen, 0 – 10 a
Energiavarastot ja niiden hyödyntäminen, 5-10 a
Sähköautojen vaikutukset sähkönjakeluun, 5-10 a
Hajautettu tuotanto, 1 -5 a, 5- 10 a
Lähde: LUT
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Kysynnän jousto eri toimijoiden kannalta
Ohjattavat kuormat
Pientuotanto
Energiavarastot
Hajautetut energiaresurssit ja
kysyntäjousto
Asiakas
Energiakustannusten
minimointi
Jakeluverkko
Huipputehon
rajoitus
Siirtoverkko
Myyjä
Spot-markkinat
Tasehallinta
Säätösähkömarkkinat
Reservimarkkinat
Elspot
Taajuusohjattu
käyttöreservi
Elbas
Taajuusohjattu
häiriöreservi
Taajuuden
palautusreservi
Nopea häiriöreservi
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Markkinapohjaisen ohjauksen vaikutukset
KJ-johtolähtöjen kuormituksiin
Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
Kysyntäjouston hyödyntäminen
sähkönmyyntiliiketoiminnassa
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Kysyntäjoustoresurssin taloudellinen
potentiaali eri markkinapaikoilla (case
sähkölämmitysten ohjaus)
Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
LVDC site illustrated on the map
±750 VDC underground cable
Local communications network
CEI 3
Connected to + DC
Rectifying
substation
CEI 2
Connected to + DC
DMS system
CEI 1
Connected to ‒ DC
Pasi Nuutinen et Al., ” Research Site for Low-Voltage Direct Current Distribution in Utility Network Structure, Functions and Operation”, IEEE Transactions on Smart Grids, Special issue of smart DC
distribution
−
−
−
70 kVA rectifying substation, supplied with double-tier transformer from 20 kV
MV network
1.7 km long underground cabled bipolar ±750 V DC network, unearthed (IT)
Three 16 kVA customer-end inverters (CEIs) supplying end-users
29
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
4.12.2013
30
Kehittyvät kaapelointitekniikat
Maakaapeloinnin kustannusten trendi on
laskeva vs. ilmajohtokustannusten nouseva
40 000
Unit cost €/km or €/pcs
35 000
30 000
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
OHL: Pole mounted substation (+3.6 %/a)
0
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
Year
Lähde: Energiavirasto
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Energiavarastot
Energiavarastot ja niiden hyödyntäminen
− Millä aikavälillä on tulossa?
− Liiketoimintamalli
− Mahdollisuudet mm.
− Huipputehon leikkauksessa (verkkoyhtiö, asiakas)
− Keskeytysten hallinnassa (verkkoyhtiö)
− Uusiutuvan energian tuotannon tasapainottamisessa sekä järjestelmä- että
loppukäyttäjätasolla (asiakas, sähköntuottaja)
− Taajuussäädössä
− Tasehallinnassa (myyjä)
− Nykyisellään energiavaraston omistaminen suoraan verkkoyhtiön toimesta kiellettyä
− Tarve muutokselle  mahdollisuus energiavarastojen omistamiseen ja operointiin
−
Haasteena tasehallinta; Kenen energiaa siirretään missäkin vaiheessa
− Verkkoyhtiön tekemät ohjaukset aiheuttavat tasevirhettä myyjän taseeseen
− Pohdinta lähitulevaisuudessa
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Energiavarastot
Akkujen hintakehitysarvio,
oppimiskäyrä; -20 % per kapasiteetin tuplaus
1 000 000 MWh on 500 milj. 20 kWh akkua a’ 2000 €
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Aurinkopaneeleiden vaikutukset kesäajan
kuormitukseen - jakelumuuntajat
Kaikki sähkölämmitteiset omakotitalot (25 % kaikista asiakkaista)
hankkivat 5 kWp aurinkopaneelin
=> pientuotannon muodostuminen mitoittavaksi tekijäksi
jakeluverkossa Suomessa on epätodennäköistä.
Lähde: DR-pooli projektin tulosaineisto
Verkkoyhtiön tariffimalli
Monia ohjureita tehopohjaiseen hinnoitteluun (kapasiteetti)
• Kysynnän muutokset tehon ja energian suhteen
• Kysynnän jouston toteutus kansantaloudellisesti parhaalla tavalla
• Hajautetun tuotannon mahdolliset verkkovaikutukset
• AMR & tuntimittaukset tarjoavat hyvän perustan hinnoittelun
toteuttamiselle
• Kuormien ohjaus & paikallisvarastot tarjoavat sähkönkäyttäjälle
työkalut kapasiteetin hallintaan (palveluntuottaja tai oma
automaatio)
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Pohjoismainen vähittäismarkkina ja
asiakasrajapinta
− Pohjoismainen ministerineuvosto 2005: julkilausuma visiosta rajattomasta
pohjoismaisesta sähkömarkkinasta ml. yhteinen vähittäismarkkina
− Aikataulu: alun perin 2010, siirretty myöhemmin 2015
− NordREG 2009: Ei tarvetta muuttaa nykyisiä käytäntöjä
asiakasrajapinnassa.
− NordREG 2010: Asiakasrajapinnan tulisi perustua myyjävetoiseen malliin.
− Pohjoismainen ministerineuvosto, marraskuu 2014: Tavoite ollut liian
kunnianhimoinen.
− ”Sähkömarkkinaryhmä katsoo, että täysin yhteisiä loppukäyttäjämarkkinoita
ei ole tarvetta pitää yleistavoitteena…Sähkömarkkinaryhmä suosittaa, että
hankkeessa ei siirryttäisi syvällisempään selvitys- ja suositusvaiheeseen
vaan että NordREG jatkaisi pohjoismaisten sähkömarkkinoiden kehittämistä
myös muilla alueilla.”
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Kilpailu?
Asiakasrajapinta
Myyjien määrä
Helppous asiakkaalle
− Yhden luukun mallin hyödyt
− Helppous ja yksinkertaisuus asiakkaan kannalta
− Yhden luukun mallin riskit
− Myyjä: tehtävien lisääntyminen, asiakkaan vakavaraisuuteen liittyvät riskit
tuplaantuvat -> keskittyvätkö pienet perinteiseen alueeseen/pysyvätkö
markkinalla?
− Verkkoyhtiö: tiedotus omista tuotteista ja palveluista, myyjän
vakavaraisuuteen liittyvät riskit
− Tanska: päätös pakollisesta yhden laskun mallista kesällä 2012, toteutus
1.10.2014-> 1.10.2015 -> 1.3.2016 ->?
− Ruotsi: Energimarknadsinspektionen ehdottanut pakolliseen yhteislaskutukseen
siirtymistä
− NVE:n ehdotus: läpilaskutus käyttöön 1.1.2016 (yhteislaskutus vapaaehtoista
myyjille, jos verkko tarjoaa mahdollisuutta yhdelle -> on tarjottava kaikille)
− Mikä on Suomen linja ja kuinka pitkälle markkinoiden sääntöjen harmonisointi
toteutuu?
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Verkkoyhtiön rooli asiakasrajapinnassa ja vähittäismarkkinoilla
−
−
Verkkoyhtiöt, joilla ei omaa sähkönmyyntiorganisaatiota (toimitusvelvollinen
sähkönmyyntiyhtiö boldattuna)
− Caruna (Fortum markets)
− Caruna Espoo (Fortum markets)
− Elenia (Vattenfall)
− Haukiputaan Sähköosuuskunta, Kemin Energia, Keminmaan Energia,
Raahen Energia, Rantakairan Sähkö, Tenergia, Tornion Energia (Oulun
Sähkönmyynti)
− Enontekiön Sähkö, Koillis-Lapin Sähkö, Muonion Sähköosuuskunta, Pellon
Sähkö, Rovakaira, Rovaniemen Verkko, Tornionlaakson Sähkö,
Tunturiverkko (Energiapolar)
− Karhuvoima (Loiste Sähkönmyynti)
− Rauman Energia, Vakka-Suomen Voima (Lännen Omavoima)
Osuus
− kokonaisasiakasmäärästä 37 %,
− kokonaisliittymämäärästä 45 %
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
FLEXe - ohjelma
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
FLEXe - ohjelma
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Smart Grid & Customer Gateway at
Lappeenranta University of Technology
LUT Energy Systems
Electricity | Energy | Environment | Mechanical Engineering
Winner of the International Sustainable
Campus Network (ISCN) Excellence
Award, 2013
Creating the future with green technology and business
Lappeenranta University of Technology (LUT)