Transcript INCA projektin esittelykalvot v7

Interaktiivinen asiakasliityntä
(INteractive Customer gAteway)
ja sen hyödyntäminen
sähköjärjestelmän hallinnassa ja
energiatehokkuuteen kannustavissa
palveluissa - INCA
Taustana EU-tason SmartGrid-visio
• EU-tasolla toimialan yhteistyönä (Smart Grid Technology Platform)
laaditussa strategiassa älykäs mittarointi (Intelligent metering,
SmartMeter) on nähty keskeiseksi osaksi älykkäitä energiaverkkoja
(Smart Grid), erityisesti paikallisen hajautetun tuotannon (DG, distributed
generation) verkkoon liittämisen ja sen hallinnan, kuorman ohjauksen ja
kysynnän jouston (DSM, demand side management) sekä aktiivisen
verkon hallinnan kehittämisessä.
• Asiakasliittymässä olevasta energiamittarista on kehittymässä älykäs
mitta- ja toimilaite (interactive customer gateway), joka sisältää
perinteisen energiamittauksen lisäksi erilaisia paikalliseen älyyn ja
tehoelektroniikkaan perustuvia toimintoja osana aktiivisia
sähkönjakeluverkkoja.
Networks tomorrow….
Distributed Energy Resources (DER) with fully integrated
network management
M. Sanchez. EC DG-Research.
February 2006. Slide n° 9/34
Sustainable Energy Systems
Need for communication
Present and forecast:
capacity, availability,
price, contract terms
Suppliers
Present and
forecast: capacity,
availability, price,
contract terms.
Managing balance,
losses, voltage,
frequency, reserve.
Present and forecast:
capacity, availability,
demand, price,
contract terms
Grid operator
Real-time cost,
availability, contracted
reliability, quality,
demand and supply,
packaged options,
electricity provider
responsive to client’s
request,
generation/demand
meets connection
requirements
Intelligent Metering is the gateway
Appliances, Equipment
Customer
Interaktiivinen asiakasliityntä…
Tutkimusprojektin tavoitteena on määritellä ja demonstroida interaktiivisen
asiakasliitynnän tekninen konsepti, asiakasrajapintaan liittyviä toimintoja,
teknologisia ratkaisuja sekä niiden hyödyntämistä ja liiketoimintamalleja verkon
hallinnassa ja sähkömarkkinoiden toiminnoissa
Energy
DSO
TSO
Other service
provider
supplier
Quality database Energy database
Aggregator
On-line
• voltage
• billing data
• mesurements
• interruptions
• load models
• control signals
Communication
CUSTOMER
AC/DC
distribution
network
Control of
• voltage
• interruptions
INTERACTIVE
CUSTOMER
Power
electronics
Actions by
• market
• DSO
AMR
•frequency
Efficient use of
energy
Distributed
generation
• TSO
INTERFACE
Active actions
Interaktiivinen asiakasliityntä mahdollistaa
• markkinapohjaisen kuorman ja hajautetun tuotannon ohjauksen ja niihin liittyvät uudet
liiketoiminnot
• energiansäästöä ja energiatehokkuutta tukevien toimintojen ja palvelujen kehittämisen
• joustavan liitynnän asiakkaan sähkölaitteille (esim. hydridi auto), energiavarastoille ja
hajautetulle sähköntuotannolle
• verkon taajuuteen perustuvan asiakkaan sähkölaitteiden ohjauksen hyödyntämisen
valtakunnallisen sähköjärjestelmän häiriötilanteiden hallinnassa
• tehoelektroniikkaan pohjautuvat ratkaisut asiakaskohtaisessa jännitteen säädössä (esim.
jännitteensäätö kuormien ohjauksen välineenä)
• tehoelektroniikkaan ja energiavarastoihin pohjautuvat ratkaisut, joilla voidaan vähentää
jännitekuoppien ja lyhyiden keskeytysten haittoja asiakkaille
• asiakkaan sähkölaitteiden, energiavarastojen ja hajautetun sähköntuotannon
hyödyntämisen aktiivisessa jakeluverkon hallinnassa
• interaktiivisen asiakasrajapinnan mittaustietojen ja toimintojen hyödyntämisen verkon
suunnittelussa ja käytössä
Interaktiivinen asiakasliityntä tarjoaa
uusia mahdollisuuksia
• kotimaiselle energiateollisuudelle, mm.
– laitevalmistus (aktiivinen sähköverkko, interactive customer gateway)
– tietoliikenneteknologioita kehittävä teollisuus (interaktiivisen
asiakasrajapinnan tiedonsiirtokysymykset)
– tietojärjestelmätoimittajat (aktiivisen sähköverkon hallinta, energiapalveluihin
liittyvät tietojärjestelmät) ja
– palveluntuottajat (VPP-hallinta, microgridien hallinta, energiansäästöpalvelut)
• verkkoyhtiöille, mm.
– asiakasrajapinta, aktiivinen sähköverkon hallinta, ….
• sähköyhtiöille, mm.
– asiakasrajapinta, reaaliaikainen hinnoittelu, …..
• asiakkaille, mm.
– energiansäästöä ja energiatehokkuutta tukevat toiminnot, ….
Tutkimusprojektin osatehtävät
1) Kokonaiskonsepti; toiminnot, hyödyntävät prosessit sekä niihin liittyvät
liiketoiminnalliset arvoverkostot sekä kustannusanalyysit (4 htkk, LUT)
2) Verkkorajapinnan toimintojen ja teknologian määrittely ja demonstrointi (13 htkk, LUT)
3) Energiamittausten kaukoluentaan liittyvät toiminnot (18 htkk, TUT)
4) Hajautetun tuotannon verkkoonliityntä osana interaktiivista asiakasrajapintaa (3 htkk,
TUT)
5) Hybridiauton verkkoon liityntä ja sen vaikutukset verkon ja sähkömarkkinoiden
toimintoihin (32 htkk, TUT)
6) Asiakkaan kuorman ohjauksen teknologiset ratkaisut ja markkinapohjaisen ohjauksen
liiketoimintamallit (30 htkk, VTT)
7) Interaktiivisen asiakasrajapinnan vaikutus kokonaisjärjestelmän energiatehokkuuteen
sekä asiakasrajapintaan liittyvien energiansäästöä ja energiatehokkuutta tukevien
toimintojen ja palvelujen kartoitus (20 htkk, LUT)
8) Interaktiivisen asiakasrajapinnan mittaustietojen ja toimintojen hyödyntäminen
aktiivisessa jakeluverkon hallinnassa, sen suunnittelussa sekä verkosto-omaisuuden
hallinnassa ((50 htkk, TUT)
1) Kokonaiskonseptin määrittely
• Määritetään interaktiivisen asiakasliitynnän kokonaiskonsepti; toiminnot,
liiketoimintamahdollisuudet, kustannusanalyysi, hyödyt
• Toteutus kaksivaiheinen. Aluksi yleismäärittely osatehtävien toteutuksen tueksi.
Loppuvaiheessa kootaan yhteen hankkeen muissa osatehtävissä tehdyt
määrittelyt ja saavutetut tulokset huomioiden myös rinnakkaishankkeissa tehty
tutkimustyö.
• Osatehtävän toteutus tapahtuu osin kaikkien projektiosapuolien yhteisinä
työpajoina.
• Interaktiivisen asiakasrajapinnan kokonaiskonseptin määrittelyssä otetaan
huomioon myös mm. EU-tason tavoiteasetanta markkinapaikan kehittämiselle,
älykkäiden energiaverkkojen (SmartGrid) teknologiset mahdollisuudet sekä
kansalliset ja kansainväliset velvoitteet energian säästön, päästöjen hallinnan ja
uusiutuvien energiamuotojen osalta.
2) Verkkorajapinnan toimintojen ja
teknologian määrittely ja demonstrointi
Q3 ja Q4/2008
• Kokonaiskonseptin toimintojen muuntaminen asiakasrajapinnan fyysiseksi
määrittelyksi ja toteutussuunnitelmaksi.
– Verkkorajapinnan toiminnot
– Liityntä sähkönjakeluverkkoon
– Liityntä kiinteistöverkkoon ja kuormituksiin
– Liityntä hajautettuun tuotantoon
– Liityntä ulkoisiin tietojärjestelmiin
– Liityntä asiakkaan tietojärjestelmiin
– > määritelmät ja ehdotus demonstroitavista toiminnoista
Q1 ja Q2/2009
• Valittujen toimintojen demonstrointilaitteistojen suunnittelu
– Pienjänniteverkon automaatiosovellukset ?
– Sähköauton verkkoliityntä ?
– ….
Tehoelektroniikka ja DC-jakelu
- Konsepti
• Tavoitteena lisätä PJ-verkon siirtokykyä ja näin laajentaa sen teknistaloudellista käyttöalaa
– Tavoitteena parantaa verkon toimitusvarmuutta ja asiakkaan sähkönlaatua
• Käytetään pienjännitejakeluverkoissa tehoelektronista jännitteenmuuntoa sille parhaiten soveltuvin
tavoin, mm:
– 1/0,4 kV muuntajien korvaus, AC/AC-jännitteenmuunto asiakkaalla
– PJ-DC-jakelu, koko PJ- verkon toteutus DC-verkkona asiakkaalle asti
– PJ-DC-linkit, sähkön siirto suoralla DC-linkillä pisteestä toiseen kahden AC-verkon välillä
3) Energiamittausten kaukoluentaan
liittyvät toiminnot
• AMR –teknologia ja mittausliiketoiminnan arvoverkostot
– AMR:n vaikutus sähköyhtiöiden eri toimintoihin ja mahdollisuudet niiden kehittämiseen
• liiketoimintamallien määrittely ja analysointi; multi-utility konsepti,
kustannusrakenteet, BSP –arkkitehtuuri
AsiakasLaskutus ja
– tiedonsiirtokysymykset
ASIAKKAAT
tietokanta
asiakaspalvelu
Mittaustietokanta
Taseselvitys
Valvomo
Verkon käyttö
ja suunnittelu
Laatutietokanta
Asiakaspalvelu
A
• energiatiedot
• hälytykset
• laatutiedot
B
C
SÄHKÖASEMAT
• tapahtumat
• hälytykset
• mittaukset
• tallenteet
• AMR-pohjaiset toiminnot osana interaktiivisessa asiakasrajapinnassa olevia
tehoelektroniikkaa hyödyntäviä sovelluksia
2) + 3) Pienjänniteverkon automaatiokonsepti
• Tavoitteena tuottaa tulevaisuuden kuva pienjänniteverkon automaatiosta
– referenssinä KJ-automaatio
– kansainvälinen state of art, PiHa -projekti, …
– AMR-teknologian ja muuntamoautomaation mahdollisuudet
– primääriverkon ratkaisut
– järjestelmätason ratkaisut
– hajautettu tuotanto ja MicroGrid –konsepti
– sähköverkkotiedonsiirron tarjoamat mahdollisuudet
• Toteutus diplomityönä, tutkijatyönä ja workshop-työskentelynä
• Tuloksena, mm.
– kehittyneen pj-automaation asettamat vaatimukset AMR-teknologialle
– muuntamoautomaation rooli kokonaiskonseptissa
– järjestelmätason toimintojen määrittely
Sähköverkon hallinta ja AMR
- yhdessä enemmän
Suunnittelu
Kunnonhallinta
verkkotiedot
asiakastiedot
Valvomo
DMS
SCADA
Sähköasemaautomaatio
Laskutus
Mittaustietokanta
AMR luentajärjestelmä
Taseselvitys
Kuorman
ohjaus
4) Hajautetun tuotannon verkkoonliityntä
osana interaktiivista asiakasrajapintaa
• Osatehtävään liittyvä tutkimustyö tapahtuu pääosin muissa hankkeissa
– lähinnä EU-rahoitteisessa ADINE-projektissa.
• INCA -projektissa
– tarkastellaan ainoastaan interaktiivisen asiakasrajapinnan tarjoamia
mahdollisuuksia hajautetulle tuotannolle
– huomioidaan osatehtävässä 1 hajautettu tuotanto yhtenä keskeisenä
elementtinä interaktiivisen asiakasrajapinnan kokonaiskonseptia
määriteltäessä
ADINE
Tavoite ja demonstroitavat tekniset ratkaisut
• ADINE -projekti kehittää, demonstroi ja validoi aktiivisen jakeluverkon
hallintamenetelmää hajautetun tuotannon yhteydessä
• Jakeluverkon suojaus hajautettu tuotanto huomioiden
– Kommunikaatioon pohjautuvien releiden sovellukset jakeluverkossa
– Vianpaikannus hajautettua tuotantoa sisältävässä verkossa
– Koordinoitu suojauksen suunnittelu verkkotietojärjestelmässä
• Jakeluverkon jännitteen säätö
– Pienitehoisen mikroturbiinin droop säätö pienjänniteverkossa
– Koordinoitu jännitteensäätösovellus SCADA / DMS järjestelmässä
• Uuden sukupolven keskijännitteinen STATCOM
– Kykenee suodattamaan harmoonisia yliaaltoja, eliminoimaan flikeriä ja
kompensoimaan loistehoa
– Voi osallistua myös jännitekuoppien ”lieventämiseen” ja jännitteen säätöön
ADINE
Aktiivisen jakeluverkon hallinta
Hajautetun tuotannon verkkoonliityntä osana
interaktiivista asiakasrajapintaa
1. Siirretään tietoa ja osaamista ADINE -projektista INCA-projektiin
• Interaktiivinen asiakasrajapinta yksinkertaistaa monia aktiivisen jakeluverkon
hallintatehtäviä
• Mitä nämä hallintatehtävät voisivat olla hajautetun tuotannon tapauksessa?
2. Interaktiivisen asiakasrajapinnan mahdollisuudet hajautetuille resursseille
• Aktiivisen jakeluverkon tarvitsemien toiminnallisuuksien huomiointi
asiakasrajapinnassa
• hajautettu tuotanto
• DSM
• kuorman ohjaus
• Asiakasrajapinta mahdollistaa hajautettujen resurssien liittämisen
yksinkertaistamisen valvonnan, ohjauksen, mittauksen, jne. osalta
5) Hybridiauton verkkoonliityntä ja sen vaikutukset
verkon ja sähkömarkkinoiden toimintoihin
• Liityntärajapinta
– fyysinen liitäntä ja sen standardointi
– akuston kapasiteetti ja latausteho ja niiden valvonta
– latauksen ajoittuminen  erilaiset lataustavat
• Vaikutukset sähköverkkoon
– tarkasteluja erikseen pienjännite-, keskijännite- ja siirtoverkkotasoilla
– kuormitusmuutokset teho- ja energiamielessä  vaikutukset suunnitteluun ja
mitoitukseen, jännitteisiin jne.
– auton toimintamoodit: kuorma, V2G (Vehicle to Grid) ja V2H (Vehicle to Home)
– lisäpalvelumahdollisuudet
• kuormana: taajuusriippuva lataus, ohjattava kuormitus
• V2G: ”Pyörivä” reservi, säätösähkö”, jännitekuoppien kompensointi jne.
• V2H: Kiinteistökohtainen varavoima, UPS-käyttö
• Vaikutukset sähkömarkkinoiden toimintoihin
– autosähkön hankintavaihtoehtoja ja niiden vaikutuksia sähkömarkkinaosapuoliin
Sähköauto – utopiaako ?
Sähköauton ominaisuuksia (Tesla Motors)
• Energian kulutus 11 kWh/100 km (vastaa 1,5 l dieseliä)
• Akkujen hyötysuhde 86 %
• Akkujen kesto 160 000 km
• Ajomatka yhdellä latauksella 350 km
• Akkujen tehotiheys 0,19 kWh/kg (200 kg)
• Latausaika muutamia tunteja
Sähköauton suorituyskyky (Tesla Motorsin tuote)
• 185 kW
• Nollasta sataan 4 s, huippunopeus 200 km/h
Verkosta ladattavien hybridiautojen (PHEV –
Plug-in Hybrid Electric Vehicle) toiminta
22
8.4.2015
23
PHEV:n sähkönhankinta,
Case 1: ”Autosähkö”-tuote
8.4.2015
24
PHEV:n sähkönhankinta,
Case 2: ”Pysäköintimaksu”-periaate
8.4.2015
Ladattavan auton lisäpalvelutoimintoja
Ladattavan auton sidosryhmiä ja rajapintoja
- case aggregaattori
27
6) Taajuusriippuva
sähkölämmityskuorma – DDC-periaate
• Perusidea: tehdään sähkölämmitystä säätävän termostaatin
asetusarvo taajuusriippuvaksi
• Saadaan aikaiseksi taajuusriippuva kuormitus, jota voidaan käyttää
esimerkiksi taajuusohjattuna käyttö- tai häiriöreservinä
8.4.2015
28
Taajuusriippuva sähkölämmityskuorman
simulointia
• PSCAD-simulointeja
• Sähkölämmityskuormalle
termodynaaminen malli
• 430 000 kpl taajuusriippuvia
sähkölämmityskuormia
verkkoon (10 %
kokonaiskuormasta)
• Aiheutettiin häiriöitä
verkkoon ja tarkkailtiin
järjestelmän käyttäytymistä
8.4.2015
29
Taajuusriippuva sähkölämmityskuorman
demonstrointi
• Laboratoriodemonstraatio
– yksittäisen sähkölämmitys kuormanohjaus
• Verkkoyhtiössä toteutettavan käytännön toteutuksen edellytysten
kartoitus ja määrittely
8.4.2015
6) Asiakkaan kuorman ohjauksen teknologiset
ratkaisut ja markkinapohjaisen ohjauksen
liiketoimintamallit
•
Markkinaehtoinen kysynnän hallinta pohjautuu joko erilaisiin
hinnoittelumekanismeihin tai liiketoimintamalleihin, joilla hajautetut resurssit
saadaan energiamarkkinoiden käyttöön.
•
Uutena toimijana voidaan tarvita ns. aggregaattoria (~VPP), joka toimii joustavien
hajautettujen resurssien omistajien ja markkinoiden välissä.
– aggregaattori kerää pienimuotoiset kysyntäjouston ja hajautetun tuotannon
resurssit kokonaisuudeksi.
– hajautettujen resurssien hallitsemiseksi aggregaattori tarvitsee sekä selkeät
liiketoimintakonseptit että tekniikat/työkalut.
•
Tässä projektissa keskitytään markkinapohjaiseen kysynnän hallintaan erityisesti
aggregaattorin näkökulmasta ja AMR-järjestelmien vaatimusten osalta
– muut hintaohjausmallit (uudet vähittäismyyjähinnoittelut) ja ohjauksen
toteuttaminen kuluttajien järjestelmissä käsitellään erillisessä ENETE –
projektissa
Aggregaattori / VPP osana
sähkömarkkinoita ja verkon hallintaa
OHJATTAVAT LAITTEET
ASIAKKAAT
SÄHKÖMARKKINAOSAPUOLI
VPP
A
SÄHKÖVERKKOYHTIÖ
B
C
Laskutustiedot:
• energiatiedot
• toimintakerrat
• toiminta-ajat
Ohjaustiedot:
• käynnistys / pysäytys
• toiminta-aika
6) Asiakkaan kuorman ohjauksen teknologiset
ratkaisut ja markkinapohjaisen ohjauksen
liiketoimintamallit
1) Sähkömarkkinoilta sekä kantaverkko- ja jakeluverkkotoiminnasta tulevat tarpeet ja
mahdollisuudet kysynnän hallintaan
• Kantaverkon häiriötilanteiden hallinta
• Valtakunnallisen tehotasapainon hallinta ja säätösähkömarkkinat; kasvavan
ohjaamattoman tuotannon vaikutus (tuulivoima ym.)
• Oman taseen hallinta
• NordPoolin markkinat ja tuotteet
• Jakeluverkon hallinta yhdistettynä paikalliseen tuotantoon, mahdollinen
saarekekäyttö
2) Aggregaattorin liiketoimintakonseptit
• Erityyppisten aggregaattorien analysointi
• Niihin liittyvät ansaintalogiikat; sopimukset ja hinnoittelu asiakkaiden suuntaan,
liiketoimintamallit muiden toimijoiden suuntaan
• Rajapintojen määrittely eri toimijoiden kesken (informaatio-, energia- ja
rahavirrat)
• Asiakasrajapinnalle asetettavat vaatimukset
6) Asiakkaan kuorman ohjauksen teknologiset
ratkaisut ja markkinapohjaisen ohjauksen
liiketoimintamallit
3) Hajautettujen resurssien analysointi aggregaattorin näkökulmasta
• Erityyppiset asiakkaat ja ohjattavat kuormat sekä asiakkaiden energiavarastot
• Asiakkaiden oma tuotanto
• Mahdollinen aggregaattorin hallinnassa tai omistuksessa oleva muu tuotanto
4) Aggregaattorikonseptien valinta työkalujen kehittämistä ja demonstraatioita varten
• isojen kuluttajien aggregointi (yli 100 kW)
• pienkuluttajien aggregointi (kotitalous- ja sähkölämmityskuluttajat, muut
SME:t)
5) Aggregaattorin työkalujen (softa) demo-versioiden kehittäminen ja testaus
6) Käytännön demonstrointi
•
Puolustusvoimien varavoimalaitteet, kasvihuoneiden aggerointi, pienkuluttajien
reaaliaikainen hinnoittelu, taajuusriippuva sähkölämmityskuorman demonstrointi
Kohtiin 2-4 liittyy uusi IEA-yhteistyö, joka tukee suoraan pienkuluttajaaggregaatiotoimintaa.
7) Interaktiivista asiakasrajapintaa hyödyntävien
energiansäästöä ja energiatehokkuutta tukevien
toimintojen ja palvelujen kartoitus
Osatehtävän tavoitteena on analysoida interaktiivisen asiakasrajapinnan toimintojen
hyödyntämistä kokonaisjärjestelmän (energiatase, kantaverkko, sähkönjakeluverkko)
energiatehokkuutta kehitettäessä sekä kartoittaa energiansäästöä ja
energiatehokkuutta tukevia palveluja, jotka voivat hyödyntää interaktiivisen
asiakasrajapinnan toimintoja.
Q4/2008
• Asiakasrajapinnan eri toimintoihin sisältyvät energiatehokkuus- ja energian
säästömahdollisuudet ja niiden toteutusperiaatteet, perusanalyysi
• Alustava arvio energiansäästö- ja energiatehokkuuspotentiaaleista (asiakas, alue,
valtakunnallinen), kustannushyötyanalyysit
Q1/Q2/2009
• Energiapalvelujen innovointisessio (GDSS-laboratorio, LTY)
• Palvelujen toteutuksen ohjausmekanismit ja liiketoimintamahdollisuudet
8) Interaktiivisen asiakasrajapinnan
mittaustietojen ja toimintojen hyödyntäminen
aktiivisessa jakeluverkon hallinnassa
ja verkosto-omaisuuden hallinnassa
Verkosto-omaisuuden hallinta
Kunnonhallinta
Suunnittelu
Asiakkuuden
hallinta
Asiakaspalvelu
verkkotiedot
asiakastiedot
Laskutus
QMS
Valvomo
DMS
SCADA
Mittaustietokanta
AMR luentajärjestelmä
Taseselvitys
Kuorman
ohjaus
Sähköasemaautomaatio
DMS = Käytöntukijärjestelmä
QMS = Laadun seurantajärjestelmä
8) Interaktiivisen asiakasrajapinnan
mittaustietojen ja toimintojen hyödyntäminen
aktiivisessa jakeluverkon hallinnassa
ja verkosto-omaisuuden hallinnassa
• Kuormituskäyrien ja verkostolaskennan kehittäminen
– Osatehtävän tavoitteena on toisaalta kuormitusmallien mallintamismetodiikan
kehittäminen sekä kuormitusmallien hyödyntäminen reaaliaikaisessa
tilaestimoinnissa ja verkostosuunnittelua tukevassa verkostolaskennassa.
• oleellista tehtävänasettelussa on mittausten, mallien ja verkostolaskennan
yhdistäminen joustavaksi kokonaisuudeksi
– Osatehtävän toteutus sisältää seuraavia tehtävänasetteluja:
• mittaustiedon keruu
– datan analysointi ja validointi
• asiakasryhmäjaottelun tarkentaminen
• kuormitusmallinnuksen metodiikan kehittäminen
• verkostolaskennassa käytettävien kuormitusmallien määrittäminen.
• tietojärjestelmäkokonaisuuteen liittyvät määrittelyt.
• toiminnallisuuden demonstrointi ja testaus laajemmalla mittausaineistoilla
osana reaaliaikaista tilaestimointia ja verkostolaskentaa
Lähtökohdat kuormitusmalleihin liittyvälle
tutkimukselle
• Saatavilla AMR-mittareiden tarjoama laaja mittausaineisto
• Tiukentuneet vaatimukset verkostolaskennan tarkkuudelle
– Jakeluverkon aktiivisen hallinnan lisääntyminen => automaattiset säätötoimenpiteet
esim. koordinoitu jännitteensäätö vaativat tarkkoja tietoja verkon tilasta.
– Verkon mitoituksen tiukentumisesta johtuen suunnittelu- ja seurantalaskennalta
vaaditaan entistä parempaa tarkkuutta.
• Nykyisten kuormituskäyrien puutteet
– Kuormituskäyrät perustuvat enimmäkseen 16–25 vuotta vanhoihin mittauksiin.
• Muutokset asiakkaiden sähkönkulutuksessa
– lämpöpumppujen ja ilmastoinnin lisääntyminen
– viihde-elektroniikan lisääntyminen
– muutokset vapaa-ajan asumisessa
– tulevaisuudessa uudet tekniikat esim. plug-in hybridit ja kiinteistökohtainen
sähköntuotanto muuttavat sähkönkulutuskäyttäytymistä.
Kuormitusmalleihin liittyvät
osatehtävät ja tutkimusmenetelmät
• Mittaustiedon hankinta
– Kerätty AMR-dataa Koillis-Satakunnan Sähkön mittaustietokannasta.
• AMR-mittausten hyödyntäminen kuormituskäyrien muodostamisessa
– Kuormituskäyrien päivitys
– Asiakasryhmäjaottelun tarkentaminen
– Kulutuksen lämpötilariippuvuuden tarkentaminen
– Alueellisten ja asiakaskohtaisten kuormituskäyrien muodostaminen
• Kuormitusmallinnuksen metodiikan kehittäminen
– Asiakasryhmäjaottelu klusterointimenetelmillä (SOM, ISODATA, K-means,
hierarkkinen klusterointi)
– Kuormituskäyrien muodostaminen tilastomatemaattisilla menetelmillä
(hermoverkot, regressio- ja aikasarjamallit, ARIMA)
– Tavoitteena tehdä kuormitusmallinnuksesta entistä dynaamisempaa ja adaptiivista
• Toiminnallisuuden demonstrointi ja testaus laajemmalla mittausaineistolla
8) Interaktiivisen asiakasrajapinnan
mittaustietojen ja toimintojen hyödyntäminen
aktiivisessa jakeluverkon hallinnassa
ja verkosto-omaisuuden hallinnassa
• AMR verkosto-omaisuuden hallinnan tukena
– Käyttötoiminnan kannalta verkon reaaliaikainen tilaseuranta tarkentuu (jännitteet,
kuormitukset, häviöt, komponenttien kuormittuminen) sekä mahdollisuudet
käyttötilanteen optimointiin paranevat (kytkentätilan optimointi, jännitteen säätö,
kuorman ohjaus).
– Jännitteen laadun jatkuva seuranta (hetkellisarvot / pitkän aikavälin toteutumat)
sekä keskeytysten rekisteröinti tarjoavat uusia mahdollisuuksia sähkön laadun
seurannan ja hallinnan kehittämiseen.
– Tarkennetut kuormitusmallit (tarkennettu kuluttajaryhmäjako, alueelliset mallit,
jne.), tarkempi tietoisuus sähkön laadun toteutumista (keskeytykset, kuopat,
jännitetaso) sekä häviöistä ja komponenttien kuormittumisesta mahdollistavat
tarkemman toimenpiteiden kohdistamisen. (=> seurantalaskenta uusiksi)
• Osatehtävän tavoitteena on
– luoda kokonaisvaltainen kuva AMR -pohjaisten mittausten hyödyntämisestä
erilaisista verkon hallintaan ja suunnitteluun liittyvissä
tietojärjestelmäsovelluksissa ja verkkoyhtiön toiminnoissa
– tehdä verkkotietojärjestelmällä erilaisia teknis-taloudellisia tarkasteluja edellä
mainittujen toimintojen osalta.
8) Interaktiivisen asiakasrajapinnan
mittaustietojen ja toimintojen hyödyntäminen
aktiivisessa jakeluverkon hallinnassa
ja verkosto-omaisuuden hallinnassa
• Aktiivisen verkon hallinta ja saarekekäyttö
– Interaktiivinen asiakasrajapinta sisältää mahdollisuuden liittää verkkoon yhä
enemmän erilaisia aktiivisia laitteita ja komponentteja, jotka osallistuvat verkon
käyttäytymiseen.
– Osatehtävän pitkänaikavälin tavoitteena on kehittää menetelmiä, joita voidaan
soveltaa verkkotieto- ja käytöntukijärjestelmissä aktiivisen verkon hallinnan
suunnittelemiseksi ja valvomiseksi.
– Osatehtävässä menetelmäkehitys tapahtuu saarekekäyttökysymyksiä lukuun
ottamatta TTY:llä käynnissä olevassa EU-rahoitteisessa ADINE-projektissa.
– Tässä hankkeessa keskitytään saarekekäyttöön liittyviin tehtävänasetteluihin
sekä tarkastellaan interaktiivisen asiakasrajapinnan tarjoamia mahdollisuuksia
aktiivisen verkon hallinnan näkökulmasta.
• Jakeluverkon tasolla toteutettava saarekekäyttö tarjoaa uusia ratkaisuja
sähkönjakeluverkon käyttövarmuuden kehittämiseen.
• Tutkimuksessa on tavoitteena tarkastella saarekekäyttöä sähköteknisten
kysymysten lisäksi perinteisesti verkon suunnittelussa sovelletun teknistaloudellisen tehtävänasettelun näkökulmasta.
INCA - Saarekekäyttökysymykset
.. koostuu seuraavanlaisista tarkasteluista:
• Saarekekäyttöön liittyvien sähköteknisten ongelmien tarkastelu
– saarekesuunnittelu, suojaus, sähkönlaatu, toiminta saarekkeessa
• Saarekekäyttöön liittyvien ei-sähköteknisten ongelmien tarkastelu
– viranomaisvalvonta ja valvontamallit, verkon käyttö ja suunnittelu, tietojärjestelmät
• Teknistaloudellinen tehtävänasettelun näkökulma
– missä tilanteissa saarekekäyttö kannattaa
Näiden pohjalta lähestytään interaktiivista
asiakasrajapintaa useasta suunnasta: miten
rajapinta ja siihen liittyvät laitteet voisivat
osallistua sähkönjakelun luotettavuuden
parantamiseen
saarekekäyttöön liittyvät tekijät
muut tekijät
Energy
DSO
TSO
Other service
provider
supplier
Quality database Energy database
Aggregator
On-line
• voltage
• billing data
• mesurements
• interruptions
• load models
• control signals
Communication
CUSTOMER
AC/DC
distribution
network
Control of
• voltage
• interruptions
INTERACTIVE
CUSTOMER
Power
electronics
Actions by
• market
• DSO
AMR
•frequency
Efficient use of
energy
Distributed
generation
• TSO
INTERFACE
Active actions
INCA - Saarekekäyttökysymykset
• Saarekekäytön ja asiakaskohtaisen varavoiman (+ mobiili varavoima) vaikutus
luotettavuuspohjaiseen verkostosuunnitteluun
– eri tyyppisen tuotannon vaikutus (skenaarioita)
– pitkät / lyhyet keskeytykset (myös lyhytaikaisen energiavaraston, esim. plug-in
hybrid vaikutus)
• Saarekkeen (~microgrid) sähköteknisen käyttäytymisen mallintaminen (PSCAD simulointeja)
– tehonsäätö, suojaus, taajuus
– eri kokoiset saarekkeet (kj, pj, asiakastaso)
– saarekkeen säätöresurssit
• eri tyyppinen tuotanto, kulutuksen ohjaaminen, energiavarastot
• Varavoiman huomioiminen keskeytyskustannusten laskennassa (KAH-parametrit,
keskeytystilastointi, valvontamalli, kannustimet)
• Interaktiivisen rajapinnan ja AMR –mittareiden hyödyntäminen saarekekäytön
näkökulmasta
– saarekkeistumisen havaitseminen ja esto
– kuormien ohjaaminen, lukitus- tai ohjaussignaalit
Tutkimusryhmien kokoonpano - TTY
• TTY:
– prof. Pertti Järventausta, projektin vastuullinen johtaja
– prof. Pekka Verho, verkosto-omaisuuden hallinta
– TkT Sami Repo, hajautetun tuotannon verkostovaikutukset, aktiivinen verkon
hallinta
– TkL Antti Mäkinen, energian mittaus, kuormitusmallit, verkostolaskenta
– DI Petri Trygg, mittausliiketoiminnan arvoverkostot ja kustannusanalyysit
– DI Jussi Antikainen, saarekekäyttökysymykset
– DI Antti Mutanen, kuormitusmallit ja verkostolaskenta
– DI Antti Rautiainen, taajuuspohjainen kuorman ohjaus, hybridiauton
verkostovaikutukset
– DI Mika Marttila, verkosto-omaisuuden hallinta
– DI Janne Strandén, suurhäiriöiden hallinta
Tutkimusryhmien kokoonpano - LTY
• LTY:
– prof. Jarmo Partanen, sähkömarkkinat, tehoelektroniikka
– prof. Satu Viljainen, sähkömarkkinat
– prof. Jero Ahola, pienjänniteverkon automaatiotoiminnot
– TkT Samuli Honkapuro, sähköjärjestelmän energiatehokkuus, proj. päällikkö
– DI Jukka Lassila, sähköautojen vaikutus verkostojen strategiseen
kehittämiseen
– DI Pasi Nuutinen, verkkoliitynnän tehoelektroniikka
– DI Tero Kaipia, verkkoliitynnän kokonaiskonsepti, LVDC
Tutkimusryhmien kokoonpano - VTT
• VTT:
– Tutkimusprofessori Seppo Kärkkäinen, DSM, aggregaattoriliiketoiminnat
– TkT Pekka Koponen, DSM, AMR ja tiedonsiirtokysymykset
– TkL Hannu Pihala, energiatehokkuusasiat
– DI Jussi Ikäheimo, aggregaattorin työkalut (softa, optimointi),
kuormituskäyrämallit
– DI Corentin Evens, DSM, aggregaattoritoiminnot
– DI Maija Ruska, kuormituskäyrämallit