Teollisuuden sähköverkkojen kehittyminen älykkäiksi sähköenergiajärjestelmiksi
Kukkonen, Tommi (2020)
2020
Sähkötekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-11-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202009277137
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202009277137
Tiivistelmä
Teollisuudessa sähköverkkojen tehtävä on perinteisesti ollut varmistaa sähkönsaanti ajettavalle tuotantoprosessille. Jatkuva tarve parantaa tuotantoprosessin toimintavarmuutta sekä halu vähentää sähkönkulutuksesta syntyviä kustannuksia ja päästöjä ovat kuitenkin herättäneet teollisuusyritysten mielenkiinnon kehittää omia sähköverkkojaan. Ratkaisuna ongelmiin on usein esitetty sähköverkkojen älyllistämistä, joka mahdollistaisi näiden tavoitteiden saavuttamista.
Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia älykkäiden sähköenergiateknologioiden hyödyntämismahdollisuuksia teollisuuden sähköverkoissa. Lisäksi selvitettiin teollisuusverkkojen älyllistämisen taloudellista kannattavuutta vertailemalla sen kustannuksia perinteiseen teollisuusverkkoon.
Diplomityö muodostuu kirjallisuus- ja kyselytutkimuksesta sekä simulaatiosta. Kirjallisuustutkimuksessa tarkastellaan sähköverkkojen ja voimalaitosten rakentamista koskevaa lainsäädäntöä, pohjoismaisten sähkömarkkinoiden toimintaperiaatteita, älykkäiden sähköenergiajärjestelmien sovelluksia sekä teollisuusverkkojen nykyisiä rakenteita. Kyselytutkimuksessa selvitetään teollisuusyritysten sähköverkkojen rakenteita, niihin liittyviä tavoitteita sekä suunnitelmia koskien verkkojen älyllistämistä. Kyselytutkimuksesta saatavien vastausten sekä kirjallisuustutkimuksen avulla luotiin laskentamalli, missä älyllistetyn sähköverkon taloudellista kannattavuutta selvitetään vertailemalla sitä perinteiseen teollisuusverkkoon. Kannattavuutta tarkastellaan kolmen eri järjestelmän avulla. Niiden avulla halutaan selvittää, kuinka teollisuusakusto vaikuttaa älyllistetyn teollisuusverkon kannattavuuteen. Lisäksi halutaan selvittää, kuinka akuston koko vaikuttaa syöttävässä jakeluverkossa esiintyvien keskeytysten aiheuttamien haittojen kustannuksiin.
Tutkimuksesta saatujen tulosten perusteella teollisuusverkon älyllistämisen kannattavuus on sidonnainen käytettävän teollisuusakuston kokoon. Viiden vuoden tarkastelu-jaksolla teollisuusverkon älyllistäminen muuttuu kannattamattomaksi, jos käytettävän akuston suuruus ylittää 750 kW:n tehon ja 750 kWh:n energiamäärän. Lisäksi tuloksista ilmenee, että akuston vaikutukset keskeytysten aiheuttamien haittojen kustannuksiin on marginaaliset, eikä niillä ole huomattavaa vaikutusta kokonaiskustannusten suuruuteen. Taloudellisesti kannattavimmaksi tavaksi toteuttaa teollisuusverkon älyllistäminen osoittautui järjestelmällä, joka ei sisältänyt teollisuusakustoa.
Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia älykkäiden sähköenergiateknologioiden hyödyntämismahdollisuuksia teollisuuden sähköverkoissa. Lisäksi selvitettiin teollisuusverkkojen älyllistämisen taloudellista kannattavuutta vertailemalla sen kustannuksia perinteiseen teollisuusverkkoon.
Diplomityö muodostuu kirjallisuus- ja kyselytutkimuksesta sekä simulaatiosta. Kirjallisuustutkimuksessa tarkastellaan sähköverkkojen ja voimalaitosten rakentamista koskevaa lainsäädäntöä, pohjoismaisten sähkömarkkinoiden toimintaperiaatteita, älykkäiden sähköenergiajärjestelmien sovelluksia sekä teollisuusverkkojen nykyisiä rakenteita. Kyselytutkimuksessa selvitetään teollisuusyritysten sähköverkkojen rakenteita, niihin liittyviä tavoitteita sekä suunnitelmia koskien verkkojen älyllistämistä. Kyselytutkimuksesta saatavien vastausten sekä kirjallisuustutkimuksen avulla luotiin laskentamalli, missä älyllistetyn sähköverkon taloudellista kannattavuutta selvitetään vertailemalla sitä perinteiseen teollisuusverkkoon. Kannattavuutta tarkastellaan kolmen eri järjestelmän avulla. Niiden avulla halutaan selvittää, kuinka teollisuusakusto vaikuttaa älyllistetyn teollisuusverkon kannattavuuteen. Lisäksi halutaan selvittää, kuinka akuston koko vaikuttaa syöttävässä jakeluverkossa esiintyvien keskeytysten aiheuttamien haittojen kustannuksiin.
Tutkimuksesta saatujen tulosten perusteella teollisuusverkon älyllistämisen kannattavuus on sidonnainen käytettävän teollisuusakuston kokoon. Viiden vuoden tarkastelu-jaksolla teollisuusverkon älyllistäminen muuttuu kannattamattomaksi, jos käytettävän akuston suuruus ylittää 750 kW:n tehon ja 750 kWh:n energiamäärän. Lisäksi tuloksista ilmenee, että akuston vaikutukset keskeytysten aiheuttamien haittojen kustannuksiin on marginaaliset, eikä niillä ole huomattavaa vaikutusta kokonaiskustannusten suuruuteen. Taloudellisesti kannattavimmaksi tavaksi toteuttaa teollisuusverkon älyllistäminen osoittautui järjestelmällä, joka ei sisältänyt teollisuusakustoa.