Tasasähkön käyttömahdollisuudet siirtoverkossa

Abstract

Tasasähkön käyttö osana sähköenergiajärjestelmää ei ole uusi asia, vaikka se on perinteisesti toteutettu ja edelleen perustuu pitkälti kolmivaiheisen vaihtosähköjärjestelmän hyödyntämiseen. Maailman ensimmäinen jakeluverkosto rakennettiin New Yorkiin vuonna 1882 ja se toimi tasasähköllä. Vaihtosähkön käyttöön liittyy kuitenkin tietyissä käyttökohteissa sellaisia teknisiä rajoitteita, joita tasasähköllä ei ole. Tämän takia siirtoverkoissa on myöhemmin ryhdytty käyttämään tasasähköä laajemmin. Nykyisin sitä hyödynnetään laajasti merikaapeleissa ja pitkissä siirtoyhteyksissä sekä eri vaihtosähköverkkojen yhdistämisessä. Jo vuonna 1954 on otettu käyttöön ensimmäinen kaupallinen merikaapeliyhteys Ruotsin ja Gotlannin välille ja nyt niitä on jo pelkästään Euroopan merissä kymmenittäin. Vuonna 2018 Kiinassa on otettu käyttöön yli 3000 kilometrin pituinen tasasähköyhteys, joka on tällä hetkellä maailman pisin siirtoyhteys. Tasasähköyhteyksien käyttö on lisääntynyt voimakkaasti viime vuosikymmenten aikana, sillä niissä käytettävät tehopuolijohdekomponentit ovat kehittyneet ja hinnat ovat laskeneet. Näiden komponenttien hinnat ovat kuitenkin edelleen merkittävä osuus tasasähköyhteyden kokonaiskustannuksista ja oleellinen tekijä, kun tehdään kustannusvertailua tasa- ja vaihtosähköyhteyksien välillä.

Tässä kandidaatintyössä selvitettiin, millaista hyötyä tasasähkön käytöllä voidaan saavuttaa suurjännitteisessä voimansiirrossa siirtoverkkojen jännitetasolla. Lähestymistapana on teknisten ja taloudellisten näkökulmien tarkastelu. Näiden avulla perustellaan, miksi tasasähköä tyypillisesti käytetään yllä mainittuihin käyttökohteisiin. Työ on kirjallisuuskatsaus, jossa on perehdytty aihetta käsittelevään kirjallisuuteen ja koottu yhteen sekä analysoitu tutkimuskysymyksen kannalta oleellisinta tietoa.

Työn alussa käsitellään siirtoverkkojen rakennetta ja käyttötarkoitusta, jossa on esimerkinomaisesti otettu tarkasteluun Suomen siirtoverkko. Tasasähköyhteydet toimivat osana muuta vaihtosähköverkkoa, joten ne vaativat suuntaaja-asemat yhteyden molempiin päihin, joilla vaihtosähkö muutetaan tasasähköksi ja päinvastoin. Suuntaajien toteutukseen on vakioitunut kaksi erilaista tyyppiä, joiden toiminnan pääpiirteet kuvataan työssä. Koska työ käsittelee tasasähkön käyttöä siirtoverkoissa, on välttämätöntä ymmärtää siirtoverkon tarkoitus ja periaatteet tasasähköyhteyksien toiminnasta. Näiden jälkeen työ perustuu pitkälti tasa- ja vaihtosähköyhteyksien ominaisuuksien vertailuun yllä mainituista näkökulmista, mikä on luonnollista, kun etsitään tasasähkön käytöstä saatavia hyötyjä ja perustellaan, miksi se sopii vaihtosähköä paremmin tiettyihin käyttökohteisiin. Tasasähköyhteyksien avulla pystytään myös parantamaan muun vaihtosähköverkon toimintaa monin eritavoin, joista muutamaa havainnollistetaan tässä työssä. Tämä perustuu siihen, että suuntaajien avulla tasasähköyhteyden tehon suuruutta pystytään säätämään ja suuntaa muuttamaan erittäin nopeasti. Työn lopussa on lyhyehkö katsaus tasasähkön käytön tulevaisuuden näkymiin, mikä perustuu sähkönsiirtotekniikan parissa työskentelevien organisaatioiden mielipiteisiin.