BL40A2600 Tuuli- ja aurinkovoimateknologia ja
liiketoiminta
Tuulivoima osana uusiutuvia energiajärjestelmiä
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
20-20-20 - EU tavoite vuodelle 2020
100%
-20%
-20%
+20%
8,5%
Kasvihuonekaasut
Energian käyttö
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
Uusiutuvien osuus
Source; Matti Supponen, EU
3
Vähäpäästöinen yhteiskunta
-50 % ei riitä,
-70-90 % tarvitaan
Energy Technology Perspectives
2008, International Energy Agency
2008
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
4
Jäsenmaiden tavoitteet
%
Sw eden
50
Latvia
Finland
Austria
45
Portugal
Denmark
40
Estonia
Slovenia
35
Romania
France
Lithuania
30
EU 27
Spain
25
Germany
Greece
Italy
20
Bulgaria
Ireland
15
Poland
United Kingdom
10
Netherlands
Slovakia
Belgium
5
Cyprus
Source; Matti Supponen, EU
0
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
LUT Energy
2008
2009 2010
2011 |2012
2013 2014
Electricity
| Energy
Environment
Czech Republic
Hungary
2015 2016
2017
2018
2019
2020
Luxembourg
5
Malta
GWh
EU:n komission käsitys uusiutuvien
kehityksestä
3000000
T
=Liikenne
2500000
Biofuel import
Advanced biofuels
Traditional biofuels
Heating - Solar thermal and hot w ater
Heating - Solid biomass (non-grid)
2000000
Heat pumps
Heating - Geothermal (grid)
Heating - Biow aste (grid)
Heating - Solid biomass (grid)
Heating - Biogas (grid)
1500000
Wind offshore
Wind onshore
H
Tide & w ave
= Lämpö
Electricity - Solar thermal
Photovoltaics
Merituuli
1000000
Electricity - Geothermal
Electricity - Biow aste
Electricity - Solid biomass
Maatuuli
Electricity - Biogas
Hydro small-scale
Hydro large-scale
Biomassa
500000
E
= Sähkö
Vesivoima
0
2006
2007
2008
2009
2010
2011
LUT Energy
Electricity
| 2014
Energy2015
| Environment
2012
2013
2016
2017
2018
2019
2020
Source; Matti Supponen, EU
6
Sähkön ylijäämä- ja alijäämäalueet
TWh
Ylijäämä
25
15
20
TWh
20
Alijäämä
85
40
TWh
TWh
25
25 25
50
25
25
20 20 45
50 10
Tuuliylijäämä
30 25 25 10
25 35 10
25
25
10
10
20
10
10
25
25
Varasto
10
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
Source; Matti Supponen, EU
7
Energiankulutus Suomessa vuonna
2050
Energian loppukäyttö
140 %
120 %
100 %
Muut
80 %
Kaukolämpö
60 %
Sähkö
40 %
20 %
0%
2007
o
o
o
2050 BAU
2050 Visio
Energian kulutus vähentyy
Sähkön osuus energian loppukäytöstä kasvaa nykyisestä 28 %:sta 42 %:iin
o osa sähköstä tuotetaan käyttöpaikan läheisyydessä
Kaukolämmön osuus pysyy samana (10 %), vaikka lämmöntarve rakennuksissa pienentyy
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
Source; Energiateollisuuden visio 2050
8
Sähkön ja kaukolämmön tuotanto,
ET:n visio 2050
Kaukolämmön tuotanto vuonna 2050 26-34 TWh/a
Sähköenergian tuotanto vuonna 2050, 115-150 TWh/a
o vesivoima 16–18 TWh
o ydinvoima 45–60 TWh
o sähkön ja lämmön yhteistuotanto 25–30 TWh
o tuulivoima 15–20 TWh
o hajautettu pienimuotoinen sähköntuotanto 3–7 TWh
o erillinen sähköntuotanto fossiilisilla polttoaineilla
(yhteistuotantolaitosten yhteydessä) 10–15 TWh
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
Source; Energiateollisuuden visio 2050
9
Sähkö ja kaukolämpö vs.
energiatehokkuustavoitteet
Päästöt vuonna 2050
o Sähkön tuotanto 30-45 g/kWh (220-280 g/kWh nykyisin)
o Kaukolämmön tuotanto 25 g/kWh (220 g/kWh nykyisin)
o Sähkön ja kaukolämmöntuotannon kokonaispäästöt 5-7
MtCO2/a (nykyisin 25-30 MtCO2/a)
Sähkö ja kaukolämpö korvaavat muuta energian käyttöä,
vaikutukset päästöihin – 12 MtCO2/a
o lämmitys (öljy korvattu), -8 MtCO2/a
o liikenne (suuri osa maaöljystä korvattu), -3 MtCO2/a
o teollisuus, -1 MtCO2/a
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
Source; Energiateollisuuden visio 2050
10
Sähkö ja kaukolämpö vs.
energiatehokkuustavoitteet
250 %
Sähkön käytön tehostuminen
200 %
CO2-päästöt
Rakentamisen tehostuminen
Henkilöautoliikenteen sähköistyminen
150 %
Uusiutuvat
100 %
Ydinvoima
50 %
CCS
0%
2007
2050 BAU
2050 Visio
•Energiankäytön tehostumisen ja tuotantorakenteen
muutosten vaikutukset CO2-päästöihin. Kuvassa
tarkastellut päästöt sisältävät sähkön ja
kaukolämmön tuotannon, henkilöautoliikenteen sekä
rakennusten lämmityksen polttoainekäytön CO2päästöt (n. 66 % Suomen CO2-päästöistä)
Sähkön ja kaukolämmön käyttö on tehokas tapa
toteuttaa ilmastotavoitteita
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
Source; Energiateollisuuden visio 2050
11
Wind power economics and market integration
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
12
Tuulivoiman ominaisuuksia
+
1. Puhdasta energiaa
2. ’Rajaton’ kapasiteetti
3. Polttoaine ’ilmaista’
1. Tuotantoa ei voida
kontrolloida; vaatii rinnalle
nopeasti säädettävää
säätövoimaa (esim. vesivoimaa)
2. Kalliit investoinnit; 1.4
M€/MW. Merituuliinvestoinnit vielä kalliimpia ->
tukiehtoiset investoinnit
3. Ympäristöhaitat; välkyntä,
maisema, ääni tornin vieressä
4. Verkkovaikutukset
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
13
•Source: EWEA, 2013
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
14
Lähienergia
Paikallinen sähköntuotanto; tuuli, aurinko, bio
Pientuuli; heikko hyötysuhde (30-50 kWh/m2/a ),
huollettavia osia, maston viritystä, merkitys jäänee vähäiseksi
Tuulipuistot 10-100 MW; hyvä hyötysuhde (750
kWh/m2/a) , ympäristökysymykset, merkittävä
lähienergialähde, suuria pääomia ja toimijoita
Pienaurinko; kohtuullinen hyötysuhde (150 kWh/m2/a),
huoleton, helppo asentaa, massavalmistus, hajautunut omistus
• suuri globaali potentiaali
Bioenergia; ’huono’ hyötysuhde (0,5-1,0 kWh/m2/a), puuhaa
ja touhua, Suomessa merkitystä, suuria ja pieniä yksiköitä,
globaalisti haasteellinen
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
15
15
Tuulivoiman kustannusrakenne
Esimerkki tuulivoiman kustannusrakenteesta; 3 MW tuulivoimala, pitoaika
20 a, korko 8 %, käyttöaika 97 %, sähköinen hyötysuhde 90 %
Investointi 3*1,4 M€ = 4,2 M€
investoinnin annuiteetti = 0,10*4,2 M€ = 0,428 M€/a
huipputehon käyttöaika 2200 h/a
MWh/a
vuotuinen tuotanto = 3*2200*0,97*0,9 MWh/a = 5762
investointikustannus energiayksikköä kohti €/MWh
428 000/5762 €/MWh = 74,3 €/MWh
tasesähkökustannukset
2,0 €/MWh
siirtomaksut
0,7 €/MWh
huolto- ja ylläpito
kiinteistövero
maavuokrat
Yhteensä
Kustannusrakenne on erittäin
voimakkaasti paikasta
riippuvainen (investointi,
tuulisuus)
10,0 €/MWh
2,0 €/MWh
X €/MWh
89 + X €/MWh
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
16
Tuulivoiman kustannusrakenne
Investointikustannukset sisältävät seuraavia osakustannuksia
Tuulipuiston kehityskustannukset; Työ, asiantuntijalausunnot, kaavoitus, ymv.
Turbiinien hankintahinta
Tuulipuiston sisäinen sähköverkko
Sähköverkon liittymismaksut
110 kV siirtojohto + 110/20 kV sähköasema
Tuulipuiston perusinfra; maaperätutkimukset, perustukset, tiet,
Rakentamisen aikainen projektointi; työt, valvonta, rahoitus
Rahoituksen hankintakustannukset
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
Kustannusrakenne on erittäin
voimakkaasti paikasta riippuva
17
Fingrid grid liittymismaksut 2014
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
•Source: Fingrid, http://www.fingrid.fi/en/customers/connection/connectionfees/Pages/default.aspx
7.3.2014
18
•18
Tuulivoiman kustannusrakenne
Esimerkki tuulivoiman kustannusrakenteesta; 3 MW tuulivoimala, pitoaika
20 a, korko 8 %, käyttöaika 97 %, sähköinen hyötysuhde 90 %
Investointi 3*1,4 M€ = 4,2 M€
investoinnin annuiteetti = 0,10*4,2 M€ = 0,428 M€/a
huipputehon käyttöaika 2200 h/a
MWh/a = 5762 MWh/a
vuotuinen tuotanto = 3*2200*0,97*0,9
investointikustannus energiayksikköä kohti €/MWh
428 000/5762 €/MWh =
74,3 €/MWh
tasesähkökustannukset
2,0 €/MWh
siirtomaksut
0,7 €/MWh
huolto- ja ylläpito
10,0 €/MWh
kiinteistövero
2,0 €/MWh
Yhteensä
Sähkön markkinahinta
on ollut viime vuosina
30 – 60 €/MWh
ilman tukitoimia
tuulivoima ei ole
taloudellisesti
kannattavaa
89,0 €/MWh
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
19
Price of electricity – Elspot prices
•Realised spot prices: system price and area price for Finland
€/MWh
•Nasdaq OMX
Commodities quotations
for future system prices
€/MWh
LUT •Source:
Energy
Finnish Energy Industries, Electricity market review 3.3.2014
Electricity | Energy | Environment
•Source: Noordpool Spot, daily prices 7.3.2014 for Nordic markets
20
Tuulivoiman
takuuhintajärjestelmä syöttötariffi
Tuulivoimainvestointeja ei toteudu laajassa mittakaavassa ilman
yhteiskunnan tukitoimia – tilanne on samankaltainen kaikkialla maailmassa.
Tukitoimien tavoitteena on aikaansaada tuulivoimainvestointeja ja
kiihdyttää teknologista ja taloudellista kehitystä siten, että lopulta
tuulivoima on kilpailukykyinen tuote sähköenergiamarkkinoilla ilman
tukitoimia.
Suomessa valtioneuvosto ja eduskunta ovat asettaneet tavoitteen, jossa
vuonna 2020 Suomessa sähköä tuotetaan 6 TWh/a tuulivoimalla.
Käytännössä tämä tarkoittaa noin 2500 MVA uutta tuulivoimatuotantoa eli
lähes 1000 uutta tuulivoimalaa.
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
21
Tuulivoiman
takuuhintajärjestelmä syöttötariffi
Tuulivoiman syöttötariffin pääpiirteet
uusille tuulivoimaloille, joiden teho on vähintään 500 kVA
voimalan sähkö syötetään sähköverkkoon ja siitä maksetaan
takuuhinta 83,50 €/MWh 12 vuoden ajan voimalaitoksen käyttöönotosta
laskettuna. Aikajaksolla 31.12.2015 saakka maksetaan korotettua
takuuhintaa 105,30 €/MWh, kuitenkin enintään 3 vuoden ajan
tuki maksetaan tuotantoyhtiölle takuuhinnan ja markkinasähkön 3
kuukauden keskihinnan erotuksena. Esimerkiksi, jos markkinasähkön
(pörssin spot-hinta) keskihinta on ollut 50 €/MWh, maksetaan tukena
33,50 €/MWh (korotettu tuki 55,30 €/MWh)
tukea ei makseta siltä osin kuin markkinahinnan keskiarvo alittaa 30
€/MWh (esim. jos 3 kk keskihinta on 20 €/MWh, tuki on 83,5 – 30 =
53,5 €/MWh)
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
22
Tuulivoiman
takuuhintajärjestelmä syöttötariffi
Tuulivoiman syöttötariffin pääpiirteet
takuuhinnan maksusta aiheutuneet kustannukset maksetaan valtion
talousarviosta (budjetista). Arvioidut kustannukset vuonna 2022 ovat noin
330 M€/a (riippuu voimakkaasti sähkön markkinahinnasta)
tuen piiriin hyväksytään enintään 2500 MVA tuulituotantoa
Energiavirasto (EV) on vastuussa järjestelmän käyttöönoton valmistelusta
ja käytännön toteutuksesta
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
23
Tuulivoima ja tasesähkö
Tasesähkö
Fingrid ylläpitää kansallisesti kulutuksen ja tuotannon tehotasapainoa
osana tehotasapainon hallinta toteutetaan säätö- ja tasesähkömarkkinoita
tehotasapainon ylläpito on sitä helpompaa mitä tarkemmin kulutus ja
tuotanto pystytään ennakoimaan
sähkötuottajan tasesähkö on erotus ennustetusta ja toteutuneesta
tuotannosta, näin myös tuulisähkön tuottajalla
tuottajan taloudellinen tulos paranee, jos tuottaja pystyy ennustamaan
tuotantonsa hyvin. Tuulivoiman kohdalla tämä on erityisen tärkeää mutta
samalla myös haasteellista
Seuraavissa kalvoissa on kuvattu sähkön markkinahinnan muodostusta
pörssissä sekä tasesähkömarkkinoiden toteutusta Suomessa
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
24
Tehotasapaino
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
25
Sähkökauppa
Tukkusähkö- ja vähittäismyyntimarkkinat
G
G
G
Markkinat;
pörssi ja
OTC-kauppa
Vähittäismyynti
Tukkusähkö
Asiakas
Asiakas
Asiakas
Asiakas
Asiakas
G
Sähkön hintataso määräytyy pääosin tukkusähkömarkkinoilla
Asiakas = sähkönkäyttäjä G = sähkön tuottaja
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
26
Sähköpörssin (Nord Pool)
markkinat/tuotteet
Fyysinen
sähköpörssikauppa
Sähköjohdannaiset
Nord Pool/OTC
Futuurit
Viikot
Nord Pool
EL-EX
Hinta
Tase- ja
säätösähkökauppa
Systeemioperaattorit
Hinta
Blokit
Forwardit
MW
MW
¼-vuodet
Vuodet
• Jatkuva
kaupankäynti
• Elspotin
Systeemihinta
referenssihintana
• Selvitystoiminta
ELSPOT-markkina
• Day-ahead
• Yksi päivittäinen
kaupankäyntikierros
365 päivää vuodessa
ELBAS-markkina
• Jatkuva-aikainen
kaupankäynti
• 24 h/päivä 365
päivää vuodessa
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
Säätösähkökauppa
-- Epätaseiden korjaus
Tasesähkökauppa
-- Taloudellinen korvaus/
hyvitys tase-eroista
27
Nord Pool ELSPOT
Tuote
erilliset tunti- ja blokkituotteet
0.1 MWh:n kiinteä sähköntoimitus koskien seuraavan päivän toimitustunteja 01-01 (12-36h
kaupankäyntikierroksesta eteenpäin)
Kaupankäyntimuoto
suljettu huutokauppapörssi (markedskryss), tarjoukset tehdään tietämättä muiden osapuolien
tarjouksia
Kaupankäynti
7 pv/viikossa, 365 pv vuodessa
Tarjousten teko
kerran päivässä elektronisesti (EDIEL, internet)
ehdollinen rajatarjous, samalle tunnille ostoa tai myyntiä
blokkitarjous ja tuntitarjous
Kaupankäyntikierros
joka päivä klo 13.00
yksi markkinahinta kaikille osapuolille
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
28
Spot-hinta eli systeemihinta
Tarjonta
Kysyntä
Systeemihinta määritetään vuorokauden
jokaiselle tunnille
Vuorokautinen systeemihinta on kaikkien 24
tunnin systeemihinnan volyymipainottamaton
keskiarvo
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
29
Sähköenergian markkinahinnan
muodostuminen
CHP
Ydinvoima
Vesivoima
TUOTANTO [TWh]
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
Kaas ut urbiini
TARJONTA
Öljylauhde
S YSTEEMIHINTA
Hiili lauh de
M uuttuvat tuotanto kus tan nuks et [€/M Wh ]
KYSYNTÄ
VAIHTO
30
Price of electricity – Elspot prices
•Realised spot prices: system price and area price for Finland
€/MWh
•Nasdaq OMX
Commodities quotations
for future system prices
€/MWh
LUT •Source:
Energy
Finnish Energy Industries, Electricity market review 3.3.2014
Electricity | Energy | Environment
•Source: Noordpool Spot, daily prices 7.3.2014 for Nordic markets
31
Valtakunnallisen sähkötaseen
hallinta - tasesähkökauppa
Jokaiselle tasevastaavalle
(tuottajalle/myyjälle) määritetään erikseen
Tuotantotase
Kulutustase
Tase kertoo suunnitellun ja toteutuneen
toiminnan vastaavuuden, + tai –merkkinen
ero
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
32
Tuotantotase
Tuotantotaseeseen lasketaan kuuluvaksi voimalaitoksen generaattori, joka on
nimellisteholtaan 1 MVA tai sitä suurempi. Alle 1 MVA generaattorit lasketaan kuuluvaksi
osaksi kulutustasetta ja käsitellään siellä kulutusta pienentävästi.
Mikäli tasevastaava tuottaa vähemmän sähköä kun on suunnitellut tuottavansa eli toteutunut
tuotanto on pienempi kuin kokonaistuotantosuunnitelma syntyy tuotantotaseeseen
alijäämää, jonka kattamiseksi tasevastaava ostaa tasesähköä Fingridiltä.
Vastaavasti mikäli tasevastaava tuottaa enemmän sähköä kun on suunnitellut tuottavansa eli
toteutunut tuotanto on suurempi kuin kokonaistuotantosuunnitelma syntyy tuotantotaseeseen
ylijäämää, eli tasevastaavan tasesähkön myyntiä Fingridille.
Tuotantotaseen tasesähköön sovelletaan ns. kaksihintajärjestelmää eli tasesähkön osto- ja
myyntihinnalle lasketaan oma hinta.
Tuotantotaseen tasesähkölle ei kohdisteta volyymimaksua.
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
33
Kulutustase
Tasevastaavan kulutustase muodostuu tasevastaavan kokonaistuotantosuunnitelmasta,
kiinteistä kaupoista sekä toteutuneesta kulutuksesta.
Kulutustaseen tasepoikkeama syntyy toteutuneen kulutuksen ja sähkönhankinnan (kiinteät
kaupat, tuotantosuunnitelma) erotuksena seuraavasti:
Mikäli tasevastaava kuluttaa enemmän sähköä kun on suunnitellut kuluttavansa, syntyy
kulutustaseeseen alijäämää, jonka kattamiseksi tasevastaava ostaa tasesähköä Fingridiltä.
Vastaavasti mikäli tasevastaava kuluttaa vähemmän sähköä kun on suunnitellut
kuluttavansa, syntyy kulutustaseeseen ylijäämää, eli tasevastaavan tasesähkön myyntiä
Fingridille.
Kulutustaseen tasesähköön sovelletaan ns. yksihintajärjestelmää eli tasesähkön osto- ja
myyntihinta on samansuuruinen.
Kulutustaseen tasesähkölle kohdistetaan volyymimaksu.
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
34
Tasesähkön hintajärjestelmä
Kaksihintajärjestelmässä (tuotantotase) tasesähkön ostolle ja myynnille lasketaan oma hinta.
Tasesähkön myyntihinta: Fingridin tasevastaavalle myymän tuotantotaseen tasesähkön hinnaksi tulee
tunnin ylössäätöhinta. Mikäli ylössäätöä ei ole tehty tai tunti on määritetty alassäätötunniksi, käytetään
tuotantotaseen tasesähkön myyntihintana spothintaa (Elspot FIN).
Tasesähkön ostohinta: Fingridin tasevastaavalta ostaman tuotantotaseen tasesähkön hinnaksi tulee
tunnin alassäätöhinta. Mikäli alassäätöä ei ole tehty tai tunti on määritetty ylössäätötunniksi, käytetään
tuotantotaseen tasesähkön ostohintana spothintaa (Elspot FIN).
Perusmaksu 200 €/kk, tuotantomaksu 0,035 €/MWh
Yksihintajärjestelmässä (kulutustase) tasesähkön osto- ja myyntihinnat ovat samansuuruiset.
Tasesähkön hinnaksi tulee ylössäätötunnilla ylössäätöhinta ja alassäätötunnilla alassäätöhinta. Mikäli
tunnilla ei ole tehty säätöjä, käytetään tasesähkön hintana spothintaa (Elspot FIN).
Kulutusmaksu 0,075 €/MWh
Volyymimaksu 0,5 €/MWh (tasesähkön määrästä)
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
35
Tasesähkön hintajärjestelmä
Tuottaja,
• jonka poikkeama on tarvitun säädön suuntaan, maksaa
• jonka poikkeama auttaa säädön toteutuksessa, ei maksa
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
36
Valtakunnallisen sähkötaseen
hallinta - tasesähkökauppa
Hinta (€/MWh)
Hinta (€/MWh)
Ylössäätöhinta
- MW
+ MW
Tasesähkön myyntihinta,
tuotantotase
- MW
+ MW
Alassäätöhinta
Säätösähkö
Tasesähkön ostohinta,
tuotantotase
Tasesähkö
Säätösähkön ja tasesähkön hinnan yhteys
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
37
SPOT-hinta vs. säätö- ja tasesähkö
SPOT-hinta
Säätösähkön hinta
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
38
Wind power and Balancing power
trade
Balancing power of wind power producer is determined as the marginal between the
forecasted (planned) production and realised production (similarly for all types of
producers)
Balancing power is always required, in practice it is impossible to end up in
balanced situation between realised and planned production
Wind power producer has to buy balancing service from balance provider, in Finland
from Fingrid
For balance provider, the easier is the balancing, the better are the forecasts for
production and consumption
Similarly for the wind power producer:
The better are the production forecasts, the smaller is the error between planned
and realised and the less producer has to buy balancing power
Good forecasts reduce efficiently the costs due to balancing power!
Forecasting is challenging but at the same time crucial both from the perspectives of
the producer itself and the power system operator
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
39
Sources of balancing power
Domestic hydro power, import/export and condensing power plants (steam turbines)
Daily balancing (average):
-
Hydro 40 %
Scandinavian import 30 %
Condensing power plants 15 %
Other sources 15 %
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
•Source: Reima Päivinen, Fingrid, 2012
•40
40
Tuulivoimalat; verkkoliityntöjä
roottori
vaihde
laatikko
generaattori
verkko
Us
Is
kompensointikondensaattorit
Oikosulkumoottori generaattorina
(Squirrel cage induction generator)
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
41
roottori
vaihde
laatikko
Kaksoissyötetty
epätahtigeneraattori (Doubly
fed wound rotor induction
generator)
epätahti
generaattori
verkko
Ur konvertteri
Ir
Ic
roottori
tahtigeneraattori
Taajuusmuuttajan kautta
syötetty tahtigeneraattori
(Syncronous generator and
inverter)
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
konvertteri
verkko
Us Is
42
Tuulivoiman verkkokoodit, perusteet
tuulivoimalaitoksen samoin myös muiden voimalaitosten
verkkoliitännälle ja voimalaitoksen käyttöominaisuuksille on laadittu
sääntöjä eli ns. verkkokoodeja.
verkkokoodien avulla pyritään varmistamaan voimalaitosten
turvallinen
luotettava
tehokas
koordinoitu
käyttö osana sähköenergiajärjestelmää
- Verkkoliitäntään liittyvien sääntöjen ymmärtäminen on välttämätöntä
verkkoyhtiöiden, tuulivoimalatoimijan ja laitetoimittajien näkökulmasta
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
43 •43
Verkkokoodit; Osapuolia
•20 kV
•Generation
company
•110 kV
•20 kV
•20 kV
LUT Energy
Electricity | Energy •DSO
| Environment
= Distribution system operator
•TSO = Transmission system operator
44 •44
Tehotasapainon ylläpito
• tehovajeen tai ylituotannon seurauksena on nopeasti säädettävä
tuotantoa ylös- tai alaspäin
• tarvitaan ’pyörivää’ hetkellistä reserviä
• jokainen voimalaitos osallistuu säätöön, jos taajuus poikkeaa
nimellisestä 50 Hz
50 Hz
Aika
Taajuus
Taajuus
Taajuudesta
riippuva kuorman
Liike-energia
pieneneminen
Kuorma
Nopea reservi
(minuuttitasolla)
Hetkellinen reservi
Teho
Hidas reservi
(tuntitasolla)
Aika
0
Sekunteja
Minuutteja
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
Tunteja
•45
45
Tuulivoiman verkkokoodit, perusteet
Tuulivoimalaitoksen verkkoliitännälle ja käyttöominaisuuksille on laadittu sääntöjä
eli ns. verkkokoodeja. Koodien tavoitteena on turvata sähköenergiajärjestelmän
toiminta erilaisissa käyttötilanteissa.
Sähköjärjestelmän toimintavaatimuksia
Tehotasapaino normaalitilassa
Tehotasapaino häiriötilanteissa
Jännitteen ylläpito
Hallittu saarekekäyttö
Vikavirtasuojauksen selektiivinen toiminta
Vikavirtasuojauksen nopea toiminta
Voimalaitokselle asettava vaatimus
pätotehon asettelumahdollisuus
pätötehon automaattinen säätö taajuuden funktiona
vaatimus pysyä verkossa tietty aika
jännitteen säätö/loistehon automaattinen säätö
saarekekäytön esto/vaatimukset
yhteensopivuus verkon suojauksen kanssa
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
46 •46
Tuulivoiman verkkokoodit, perusteet
Tuulivoimalaitoksen verkkoliitännän vaatimukset, kansanomainen tiivistys
On tuettava kaikissa tilanteissa sähköenergiajärjestelmän tehotasapainon ylläpitoa
On oltava ohjattavissa verkko-operaattorin toimesta
On pysyttävä kiinni verkossa verkkohäiriöiden aikana ja kyettävä jatkamaan toimintaansa
niiden selvittämisen jälkeen.
On irrottauduttava verkosta, jos uhkana on jäädä osaksi muusta verkosta irrallista
saareketta
Ei saa haitata verkon suojauksen toimintaa eikä vaarantaa verkossa käytössä olevien
pikajälleenkytkentöjen toimintaa
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
•47
47
Tuulivoiman verkkokoodit
Tuulivoimalaitoksen verkkoliitännän toimintavaatimukset
Verkkokoodit ovat erilaiset eri maissa.
Euroopassa tavoitteena on yhtenäistää
koodisto. ENTSO E:n koodistosakin on
erilaisia vaatimuksia eri
maantieteellisille alueille
Jänniterajat jatkuvassa tilassa
Taajuusrajat jatkuvassa tilassa
Pätötehon säätövaatimukset
Loistehon säätövaatimukset
Jännitesietoisuus häiriötilanteissa (FRT, Fault Ride Through)
Nopeat jännitevaihtelut
Harmoniset yliaallot
Suomessa Fingridin määrittämät
liitäntävaatimukset ovat voimassa yli 10
Jälleenkytkennät
MVA tuulipuistoille
Saarekekäyttö
Verkkoliitynnän suojalaitteet
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
•48
48
Muita vaatimuksia, Suomi
• Tuulipuiston yksiköt eivät saa pysähtyä yhtäaikaisesti suuren
tuulennopeuden takia. Pysäytyksen tulee olla porrastettu
• Tuulipuiston kauko-ohjaus on oltava mahdollista ja mittausten tulee olla
Fingridin käytettävissä
• Tuulivoimalan ja tuulipuiston simulointimalli tulee toimittaa Fingridille
• Erilliset kokeet liittymisvaatimusten täyttymisen testaamiseksi sovitaan
Fingridin kanssa
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
49
Muita vaatimuksia, Suomi
Kun tuulivoimapuiston teho
250 MVA, on liitettävä 400 kV verkkoon
Kun tuulivoimapuiston teho 250 MVA, voidaan liittää 110 kV verkkoon.
Verkon siirtokyky on tarkistettava
Enintään 25 MVA tuulipuisto voidaan liittää harkiten suoraan 110 kV
voimajohtoon
haarajohdon pituus enintään puolet etäisyydestä lähimpään
110 kV johdon suojaavaan katkaisijaan
+ suuri joukko muita tapauskohtaisia ehtoja
Yli 25 MVA tuulipuisto on liitettävä kytkinlaitoksen kautta
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
50
Kotitehtäviä
1. Tuulivoimalan teho on 3 MW. Tuulisuusolojen perusteella määritetty
huipun käyttöaika on 2900 h/a. Korko on 6 % ja pitoaika 12 a. Laske
tuulivoimalan investointikustannukset kustannukset/energiayksikkö
(€/MWh)
2. Mitä muita kustannuksia on otettava huomioon tuulivoimalan
taloudellista kannattavuutta laskettaessa. Kuinka suuria ne ovat?
3. Millä tavoin voidaan kiihdyttää tuulivoimainvestointeja
4. Mitkä ovat keskeisimmät haasteet tuulivoiman hyödyntämisessä osana
sähköenergiajärjestelmää
5. Miksi tuulivoimalalle asetetaan verkkoliityntävaatimuksia. Poikkeavatko
ne muille voimalaitoksille asetetuista vaatimuksista
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
51
References
1.
Hallituksen esitys HE 152_2010 vp.pdf,
http://www.finlex.fi/fi/esitykset/he/2010/20100152.pdf
2.
Laki uusiutuvilla energialähteillä tuotetun sähkön tuotantotuesta 30.12.2010/1396,
http://www.finlex.fi/fi/laki/ajantasa/2010/20101396 (vaatii vielä Euroopan Unionin
notifioinnin ennen voimaantuloa)
3.
SYÖTTÖTARIFFITYÖRYHMÄN LOPPURAPORTTI; Ehdotus tuulivoimalla ja biokaasulla tuotetun
sähkön syöttötariffiksi,
http://www.tem.fi/files/24645/Sy_tt_tariffity_ryhm_n_loppuraportti_29-09-09.pdf
4.
ENTSO-E, Network Code on Requirements for Grid Connection applicable to all Generators
(RfG), available: https://www.entsoe.eu/major-projects/network-codedevelopment/requirements-for-generators/
5.
ENTSO-E, Network Codes Mini Website: http://networkcodes.entsoe.eu/
6.
Fingrid, Technical requirements for generators (Voimalaitosten järjestelmätekniset
vaatimukset) 2013, available:
http://www.fingrid.fi/fi/asiakkaat/asiakasliitteet/Liittyminen/2013/Voimalaitosten%20järjeste
lmätekniset%20vaatimukset%20VJV2013.pdf
7.
Fingrid, Grid connection guidelines, available:
http://www.fingrid.fi/en/customers/connection/Pages/default.aspx
LUT Energy
Electricity | Energy | Environment
52