Tuulivoimapuiston sähköasemaratkaisujen käyttövarmuusanalyysi
Pihlajasaari, Mikko (2023)
2023
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
2023-09-14
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202308097508
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202308097508
Tiivistelmä
Tuulivoimatuotanto kasvaa Suomessa erittäin nopeaa vauhtia. Myös energiatehokkuuden merkitys korostuu jatkuvasti, jonka yhtenä mittarina voidaan pitää järjestelmän käyttövarmuutta. Tässä työssä tutkittiin tyypillisiä tuulivoimapuiston sähköasemaratkaisuita niiden käyttövarmuuden osalta. Tämä työ rajattiin käsittelemään pelkästään tuulivoimapuiston sähköasemaan kuuluvia komponentteja.
Työn kirjallisuusosiossa käsitellään tuulivoimapuiston sähköaseman rakennetta sekä käyttövarmuuteen liittyvää teoriaa, käsitteitä sekä vikaantumisen mallintamista. Työn tutkimusosuudessa esitetään eri sähköasemavaihtoehtojen yksiviivapiirrokset sekä millainen vikavaikutus yksittäisellä komponentilla on. Yksittäisten komponenttien vikataajuus- sekä toipumisaika-arvot on kerätty pääsääntöisesti julkisesti saatavilla olevasta materiaalista. Kaikille eri sähköasemavaihtoehdoille tehdään käyttövarmuuden simulointimallit AFRY Finland Oy:n omistamalla ELMAS-simulointiohjelmistolla neljillä eri vikataajuus- sekä toipumisaika-arvoilla. Käyttövarmuuden simuloinnin tulosten pohjalta on tuulisuustietoja hyödyntäen määritetty elinkaaren aikana tapahtuvat energiahäviöt. Energiahäviöiden, investointikustannusten sekä huoltokustannusten pohjalta on määritetty jokaiselle vaihtoehdolle elinkaarikustannukset.
Työn tulosten perusteella voidaan todeta, että lähtökohtaisesti tyypilliset tuulivoimapuistojen sähköasemaratkaisut ovat verrattain hyvin luotettavia. Lisäksi voidaan todeta, että redundanttisuuden lisääminen vähensi elinkaaren aikana tapahtuvia epäkäytettävyyshäviöitä merkittävästi. Kuitenkin lähes kaikissa tarkastelluissa tilanteissa pienimmän investointikustannuksen ratkaisu oli kannattavin. Kun sähkönhinta ja käytettävät vikataajuus- sekä toipumisaika-arvot oletettiin suuremmaksi, huomattiin, että suuremman redundanttisuuden omaavat ratkaisut olivatkin kannattavampia.
Työn kirjallisuusosiossa käsitellään tuulivoimapuiston sähköaseman rakennetta sekä käyttövarmuuteen liittyvää teoriaa, käsitteitä sekä vikaantumisen mallintamista. Työn tutkimusosuudessa esitetään eri sähköasemavaihtoehtojen yksiviivapiirrokset sekä millainen vikavaikutus yksittäisellä komponentilla on. Yksittäisten komponenttien vikataajuus- sekä toipumisaika-arvot on kerätty pääsääntöisesti julkisesti saatavilla olevasta materiaalista. Kaikille eri sähköasemavaihtoehdoille tehdään käyttövarmuuden simulointimallit AFRY Finland Oy:n omistamalla ELMAS-simulointiohjelmistolla neljillä eri vikataajuus- sekä toipumisaika-arvoilla. Käyttövarmuuden simuloinnin tulosten pohjalta on tuulisuustietoja hyödyntäen määritetty elinkaaren aikana tapahtuvat energiahäviöt. Energiahäviöiden, investointikustannusten sekä huoltokustannusten pohjalta on määritetty jokaiselle vaihtoehdolle elinkaarikustannukset.
Työn tulosten perusteella voidaan todeta, että lähtökohtaisesti tyypilliset tuulivoimapuistojen sähköasemaratkaisut ovat verrattain hyvin luotettavia. Lisäksi voidaan todeta, että redundanttisuuden lisääminen vähensi elinkaaren aikana tapahtuvia epäkäytettävyyshäviöitä merkittävästi. Kuitenkin lähes kaikissa tarkastelluissa tilanteissa pienimmän investointikustannuksen ratkaisu oli kannattavin. Kun sähkönhinta ja käytettävät vikataajuus- sekä toipumisaika-arvot oletettiin suuremmaksi, huomattiin, että suuremman redundanttisuuden omaavat ratkaisut olivatkin kannattavampia.