loode-eesti avamere tuulepargi liitumine põhivõrgugamedia.voog.com/0000/0039/7997/files/hiiumaa...

Empower AS

K. A. Hermanni 8a ∙ 10121 Tallinn ∙ Tel 663 5600 ∙ Faks 663 5601 Registrikood 11445550 ∙ e-post: [email protected] ∙ www.empower.ee

Reg.kood 11445550

K. A. Hermanni 8A 10121 TALLINN

Tel. 6635600, Fax. 6635601

TEL000862

EEH002960

EEP001225

TELLIJA: Nelja Energia AS

Reg.kood 11183009

Regati pst 1, 11911 Tallinn

Tel. 639 6610, Fax. 639 6620

TÖÖ NR: PSC13320-14

Loode-Eesti avamere tuulepargi liitumine põhivõrguga

ARUANNE

Projekti põhitäitjad: Arvi Kupri

Juhan Karlis

Maksim Kalašnikov

Laura Laas

Jaanuar 2015

Loode-Eesti avamere tuulepargi liitumine põhivõrguga 2

SisukordEessõna .................................................................................................................................................... 3

Sissejuhatus ............................................................................................................................................. 4

1. Tuulepargi lähteandmed. ................................................................................................................ 5

2. Projekteeritava võrgu nimipinge(te) ja kahe võimaliku skeemivariandi valik. ................................ 7

2.1. Tuulepargisisene elektrivõrk – lahenduse valik....................................................................... 7

2.2. Tuulepargi kõrgepingevõrk .................................................................................................... 14

Kõrgepingevõrk läbi Kärdla (eksportkaablid) ................................................................ 14

2.3. Ülekandevõrk. ....................................................................................................................... 16

Variantide ülevaade ....................................................................................................... 16

150 kV vahelduvvoolu ühendus Kärdlast Auleppa ........................................................ 17

220kV vahelduvvoolu ühendus Kärdlast Auleppa ......................................................... 21

330 kV vahelduvvoolu ühendus Kärdlast Auleppa ........................................................ 25

2.4. Tuulepargi sõlmalajaam asub Aulepas. ................................................................................. 29

2.5. Hiiumaa jaotusvõrkude liitumispunkt. .................................................................................. 35

3. Muud liitumisvõimalused .............................................................................................................. 37

Liitumine alalispingel ..................................................................................................... 37

Liitumine läbi Kärdla 150/330kV alajaama ja õhuliiniga üle Saaremaa ........................ 37

Liitumine olemasolevate Eleringi sõlmalajaamadega ................................................... 37

4. Lõppsõna ....................................................................................................................................... 39

Kirjanduse loetelu .................................................................................................................................. 40


Eessõna

Käesolev aruanne käsitleb Loode-Eesti avamere tuulepargi liitumist põhivõrguga. Tuulepark

paikneb 12 km kaugusel Hiiumaa rannikust ning selle moodustab kolm sektsiooni.

Aruande raames on tehtud erinevate tuulepargi elektrivõrguga liitumise variantide analüüs

ning hinnatud nende tehnilistele- ja majanduslikke nõuetele vastavust.

Pakutud lahendused sisaldavad tuulepargi elektrivõrgu põhilisi tehnilisi parameetreid ja on

mõeldud abimaterjalina investeerimisotsuse tegemisel ning võrguettevõtjaga liitumisprotsessis

ning on hea alus tuulepargi elektrivõrgu tehnilise projekti koostamiseks.

Arvi Kupri, Juhan Karlis, Maksim Kalašnikov, Laura Laas

Tartu, jaanuar 2015


Sissejuhatus

Käesoleva töö eesmärgiks on uurida Nelja Energia AS poolt elektrienergia tootmiseks

kavandatava Loode-Eesti avamere tuulepargi tehnilisi aspekte liitumiseks põhivõrguga ja

hinnata lähteülesandes toodud erinevate liitumisvariantide maksumusi.

Käsitletavate küsimuste loetelu on järgmine:

Tuulepargi kesk- ja kõrgepinge elektrivõrgu skeemi valik

Tuulepargi elektrivõrgu töö- ja talitluskindlus

Elektrienergia vajalik kvaliteet

Tuulepargi elektrivõrgu ja liitumise maksumus


1. Tuulepargi lähteandmed.

Tuulepargi elektrivõrgu planeerimisel on aluseks võetud Hiiumaa avamere tuulepargi plaan, milles

tuulikute asukohad on mereseire süsteemiomanikega kooskõlastatud. Tuulikute üldarvuks on hetkel

planeeritud 159. Tuulepark rajatatkse aladele, kus mere sügavus ei ületa 30 m. Tuulepargis on kolm

sektsiooni:

Vinkovi II –läänepoolseim, tuulikute arv on 45.

Vinkovi I – asub keskel, tuulikute arv on 58.

Apollo – asub Hiiumaa rannikult kirde suunas, tuulikute arv on 56.

Tuulepargi rajamine eeldab kolme elektrivõrgu süsteemi osa projekteerimist ja ehitamist:

Tuulepargi sektsiooni sisene keskpinge elektrivõrk (tuulikud- merealajaam) moodustatakse

keskpinge merekaablitega.

Tuulepargi kõrgepinge võrk (tuulepargi merealajaam-merealajaam või merealajaam–

tuulepargi saare/mandri sõlmalajaam) moodustatakse kõrgepinge mere- või maakaablitega.

Tuulepargi ülekandevõrk (tuulepargi sõlmalajaam – teised ülekandevõrgu alajaamad)

moodustatakse kõrgepinge kaablitega ning õhuliinidega.

Joonis 1. Loode-Eesti meretuulepark lähteülesanne [1]


Tabel 1. Hiiumaa tuulepargi jaotus sektsioonideks.

Tuulepark Vinkovi II Vinkovi I Apollo Kokku

Tuulikute arv 45 58 56 159

Koguvõimsus (MW) 270 348 336 954

Summaarne tuulepargi võimsus on 954 MW.

Tuulepargis planeeritaks kasutada Siemens SWT-6.0-154 avameretuulikuid.

Aktiivnimivõimsus on 6 MW, rootori diameeter on 154 m (18600 m2) ning kõrgus on 197 m.

Tuulikut käivitava tuule kiirus on 3 – 5 m/s, nimivõimsus saavutatakse kiirusel 12 – 14 m/s,

tuule piirkiirus on 25 m/s. Tuuliku trafo väljundpinge on 33 kV. [2]

Joonis 2. Siemensi SWT-6.0-154 tuulik [2]


2. Projekteeritava võrgu nimipinge(te) ja kahe võimaliku

skeemivariandi valik.

2.1. Tuulepargisisene elektrivõrk – lahenduse valik

Ühendusskeemi järgi liigitatakse keskpingevõrgud:

radiaalvõrkudeks

hargnevateks radiaalvõrkudeks

ringvõrkudeks

silmusvõrkudeks

Joonis 3. Radiaal-, ring- ja silmusvõrk

Tabel 2. Erinevate võrguskeemide eelised ja puudused [3]

Skeem Eelised

Puudused

Radiaalvõrk

Skeemi lihtsus ja selgus Lihtne releekaitse

Madal elektrivarustuskindlus

Ringvõrk

Kõrgem elektrivarustuskindlus Parem pingepüsivus Väiksemad võimsuskaod

Keerukas releekaitse Keerukas käit

Silmusvõrk

Veelgi kõrgem varustuskindlus Veelgi parem pingepüsivus Veelgi väiksemad võimsuskaod

Keerukas ja kallis releekaitse Keerukas käit

Tuulepargi planeerimisel pakuvad huvi kaks esimest skeemi liiki: radiaal- ja ringvõrk.

Tänapäeval on maailmas tuuleparkides enim levinud radiaal keskpingevõrk (vt. Joonis 4).

Skeemi põhilised eelised on lihtsus, odavus ja lihtne releekaitse, samas on puuduseks

madalam elektrivarustuskindlus.


Joonis 4. Tuulepargi radiaalkeskpingevõrk – Walney 1 meretuulepark [4]

Teine võimalik skeemi variant on ringvõrk (vt. Joonis 5). Võrgu põhiline puudus on keeruline

releekaitse ning lisainvesteeringud. Samal ajal on olemas mitu eelist:

kõrgem elektrivarustuskindlus

väiksemad võimsuskaod - väljuv võimsus jaguneb ühtlasemalt

Joonis 5. Tuulepargi ringkeskpingevõrk Greater-Gabbard – meretuulepark [5]


Käesolevale aruandele eelnenud TTÜ aruandes „Hiiumaa avamere tuulepark ja selle liitumine

elektrisüsteemidega“ vaadeldakse radiaalvõrgu varianti. Tuulepargi sektsiooni reas on 8 – 9

tuulikut, mille summaarne võimsus on kuni 50 MW. Iga tuulikute rea pikkus on 8 – 9 km ning

nad on ühendatud järjestikku. [6]

Käesolev aruanne lähtub tuuliku nimivõimsusest 6 MW, lisaks on pikemad ka tuulikute

vahekaugused. Optimaalseks osutub samuti radiaalvõrk, kus on järjestikku ühendatud 3 – 5

tuulikut ning sektsiooni mere-alajaam asub tuulepargi keskel.

Ühelt poolt langeb kogu skeemi töökindlus, kuid saame arvestada, et:

tuulepargis järjestikku ühendatud ainult 3 – 5 tuulikut

kaablite töökindlus on suur

See tähendab, et tõenäoline seisaku aeg kogu tuulepargi ekspluatatsiooni aja jooksul, mis on

põhjustatud keskpinge kaabli rikkest on väike ning võimalikud kommertskaod on väiksemad

kui ringtoiteliiniks vajalikud lisainvesteeringud. Arvutused näitavad, et rikkesagedusel 1 rike

150km kohta aastas rikke likvideerimisajaga 60 päeva [Cigre töögrupp B1.10-379] ei ole

ringtoiteliinid majanduslikult tasuvad kui tuulegeneraatorite arv fiidris jääb alla kuue.

Majandusliku tasuvuse hindamisel on nüüd ja edaspidi tehtud lihtsustus – tasuvusajaks on

võetud 20 aastat energiahinna 50EUR/MWh juures. Konkreetse tootja valimisel võib rikke

ilmnemise sagedust ja likvideerimisaegu täpsustada.

Tabel 3. Ringtoiteliinide tasuvus

Ringtoiteliinide tasuvus Maksumus (MEUR)

Investeeringu maksumus fiidri kohta 1km 0,25

Saamata jääv tulu 4 tuuliku korral fiidri kohta 0,15





Samuti näitavad erinevate tuuleparkide kohta tehtud tasuvusarvutused, et generaatorite

nimivõimsuste suurenemisel muutub nimipinge suurendamine majanduslikult tasuvamaks.

Hetkel on kitsaskohaks avamere tuulikute keskpinge võrgu nimipinge suurendamisel asjaolu,

et tootmises reaalselt puudub 33kV nimipingest suurema pingega painduv keerdkaabel,

millega saaks teha ühenduse gondlisse. Tuulikute tootjate poolt on vastav teema aktiivselt

arendamisjärgus, nii et edaspidisel projekteerimisel tasub seda täiendavalt täpsustada.


Tabel 4. Tuulepargi fiidri arvutuslik nimipinge sõltuvalt koormusest

Tuulikuid fiidri kohta

Fiidri nimivõimsus korrigeeritud tootlikkusega [MW]

Soovitatav arvutuslik nimipinge [kV]

3 9 50

4 12 57

5 15 63

6 18 69

7 21 74

8 24 79

9 27 84

Käesolevas aruandes on kasutatud kahte XLPE 33 kV tüüpi merekaablit (vt. Joonis 6.):

Fiidri lõpus kasutatakse kaablit, mille ristlõige on 3x95 mm2 Cu ning läbilaskevõime

kuni 20 MW. Selliselt saab järjestikku ühendada kolm 6 MW tuulikut.

Fiidri alguses kasutatakse kaablit, mille ristlõige on 3x240 mm2 Cu (läbilaskevõime 33

MW). Selliselt saab järjestikku ühendada viis 6MW tuulikut.

Joonis 6. 19/33 (36) kV merekaabel [7]

Tuulikutega ühendatavad kaablid peavad üldiselt olema mehaanilisele vibratsioonile hästi

vastupidavad, seepärast kasutatakse nendena põhiliselt peenekiulisi vaskkaableid. Joonised 7-

9 kujutavad tuulepargi sektsioonidesisest elektrivõrku. Lilla punktiiriga tähistatud 3x95 mm2

vaskkaabel ning sinise punktiiriga 3x240 mm2 vaskkaabel.


Joonis 7. Tuulikute ühendamine Apollo sektsioonis

Joonis 8. Tuulikute ühendamine Vinkovi I sektsioonis


Joonis 9. Tuulikute ühendamine Vinkovi II sektsioonis

Tabel 5. Tuulepargi sisesed kaablid

Tuulepark 33 kV XLPE kaabel

3x95 mm2 Cu, km

33 kV XLPE kaabel

3x240 mm2 Cu, km Kaablite kogus kokku, km

Apollo 53 34 87

Vinkovi I 57 41 98

Vinkovi II 31 26 57

Kaablite kogus kokku, km

141 101 242


Joonis 10. Tuulepargi keskpinge fiidri modellerimise tulemused. Tuulepark töötab

täiskoormuse režiimil. (Apollo alajaam – G6, G7, G8, H1, H2 tuulikud).

Joonisel 10 on kujutatud tüüpse keskpingefiidri püsiseisundi elektrilist modelleerimist.

Normaalrežiimil on kõik võrguparameetrid lubatud piirides ja skeem vastab normaaltalitluse

nõuetele. Kaablite koormus ei ületa 90%, pinged asuvad lubatud piirides 1,00*UN > Usõlm >

1,11*UN. Aktiivvõimsuskaod on võrgus 0,32 MW, mis võrdub ~1% genereeritavast

võimsusest Pgen =30 MW. Kaablite mahtuvusest tingitud reaktiivvõimsuse kompenseerimisel

on arvestatud asjaoluga, et tuuliku enda reaktiivvõimsuse genereerimise võime on piisavalt

suur (vt. joonis 11), et ka tühijooksul (tuule puudumisel) kogu mahtuvus kompenseerida.

Joonis 11. SWT-6.0 PQ diagramm


2.2. Tuulepargi kõrgepingevõrk

Eelnev analüüs näitas, et põhiliselt pakuvad huvi kaks varianti:

tuulepargi sõlmalajaam asub Hiiumaal (Kanapeeksi-Kärdla piirkonnas, edaspidi

Kärdla AJ) kuhu on tuulepargi merealajaamad on ühendatud. Liitumispunkt

põhivõrguga on kas Hiiumaal või mandril Aulepas piirkonnas. Hiiumaa elektrivõrgu

ringtoide tagatakse Kärdla AJ kaudu.

tuulepargi sõlmalajaam asub mandril Aulepa piirkonnas. Tuulepargi merealajaamad

on ühendatud otse Aulepa alajaama. Hiiumaa elektrivõrgu ringtoide tagamiseks on 3

võimalust:

ehitatakse välja toiteliin merealajaamast

ehitatakse välja eraldi toiteliin Aulepa AJ-st

ehitatakse välja täiendav toiteliin Saaremaa Leisi AJ-st

Kõrgepingevõrk läbi Kärdla (eksportkaablid)

Merealajaamade ja Kärdla AJ vahelise kõrgepingevõrgu (töötavates avamere tuuleparkides

enamasti tähistatud terminiga „eksportkaablid“) nimipinge valiku arvutused andsid

soovitavaks nimipingevahemikuks 118-198kV. Sama näitavad arvutused, et kommertskaod

võimalikust rikkest ületavad oluliselt investeeringu maksumust, seega on vajalik iga sektsioon

ühendada sõlmalajaamaga vähemalt kahe kaabliga.

Nimipinge valimiseks kasutatakse universaalset valemit, mis sobib optimaalse nimipinge

ligikaudseks hindamiseks alates pingest 35 kV ja üle selle

𝑼𝑵 =𝟏𝟎𝟎𝟎

√𝟓𝟎𝟎𝒍

+𝟐𝟓𝟎𝟎

𝑷

Siin P – võimsus (MW), l – liini pikkus (km). Nimipingete ökonoomseid piirkondi esitatakse

tavaliselt piirikõveratena alternatiivsete pingepaaride vahel.


Tabel 6. Tuulepargi mere- ja maakaablite nimipinge valik

Ahel Lõigu pikkus [km]

Fiidri nimivõimsus korrigeeritud tootlikkusega [MW]

Soovitatav arvutuslik nimipinge [kV]

Apollo-Kärdla 2 kaablit 29 84 146

Apollo-Kärdla 1 kaabel 29 168 176

Vinkovi1-Kärdla 2 kaablit 29 87 147

Vinkovi1-Kärdla 1 kaabel 29 174 178

Vinkovi2-Kärdla 2 kaablit 45 67,5 144

Vinkovi2-Kärdla 1 kaabel 45 135 184

Vinkovi2-Vinkovi1 2 kaablit 15 67,5 119

Vinkovi2-Vinkovi1 1 kaabel 15 135 139

Vinkovi1+2-Kärdla 2 kaablit 29 151,5 172

Vinkovi1+2-Kärdla 1 kaabel 29 303 198

Liinilõik Investeeringu maksumus kaabli kohta

Kommertskaod riketest MEUR

Investeeringu maskumus MEUR

Lõigu pikkus km

Apollo-Kärdla 187,17 34,8 29

Vinkovi I-Kärdla 187,17 34,8 29

Vinkovi II-Kärdla 290,59 54 45

Vinkovi I-Vinkovi II 96,77 18 15

Eeldame, et kaablid paigaldatakse kaevikusse üksteise kõrvale. Kaabli varjestus on mõlemast

otsast maandatud. Parandustegureid ei arvestata.

Kaablite mahtuvusest tingitud reaktiivvõimsustarbe vähendamiseks on otstarbekas hoida

pingestatuna võimalikult väike arv kaableid. Pingetute kaablite pingestamisvalmidust saab

samal ajal monitoorida varjestuse külge ühendatava transponderiga.

Kaablite ristlõiked pingel 150kV kujunevad sel juhul vastavalt tabelile 7.

Tabel 7. Eksportkaablite valik

Ahel Fiidri

nimivõimsus [MW]

Kaabli koormusvool

[A]

Kaablile lubatud vool

[A] Ristlõige [mm2]

Apollo-Kärdla 2 kaablit 336 647 855 Cu 630

Vinkovi1-Kärdla 2 kaablit 348 672 855 Cu 630

Vinkovi2-Kärdla 2 kaablit 270 520 659 Cu 400


2.3. Ülekandevõrk.

Variantide ülevaade

Kärdla AJ ja Eleringi ülekandevõrguga ühendamisel on esimene eeldus, et vastavalt

võrgueeskirjale toimub sellistel võimsustel liitumine pingel 330kV. Arvutustest selgub, et

ülekandevõrgu optimaalne nimipinge on vahemikus 185-230kV.

Tabel 8. Kärdla ja Aulepa vaheliste kaablite nimipinge valik

Ahel Lõigu pikkus

[km]

Fiidri nimivõimsus

korrigeeritud

tootlikkusega [MW]

Soovitatav

arvutuslik

nimipinge [kV]

Kärdla-Aulepa 2 kaablit 55 250 229



Kaableid toodetakse kuni ristlõikeni 2500mm2.

Paigaldusviisi ja varjestuse osas on eeldused eelnenuga analoogsed (mõlemast otsast

maandatud).

Tabel 9. Liitumiskaablite valik

Skeem TP nimivõimsus

[MW]

Kaablite koormusvool

[A]

Kaabli lubatud vool

[A] Ristlõige [mm2]

Kärdla-Aulepa 4 kaablit 150kV

954 3676 929 Cu 2000


954 2506 855 Cu 1600


954 1671 929 Cu 2000

Järgnevatel joonistel on Tabeli 9. Liitumiskaablite valik põhjal teostatud püsioleku elektrilised

modelleerimised.

Reaktiivvõimsuse kompenseerimise probleemideta reguleerimiseks erinevatel koormustel

tuleb mingis osas ette näha reguleeritavaid kompensaatoreid näiteks STATCOM või SVC

tehnoloogial.

Trassi valikul on kaks võimalikku alternatiivi, kas Vormsist mööda või üle Vormsi.

Tehniliselt ja majanduslikult on eelistatud üle Vormsi kulgev trass, kuna see on tunduvalt


odavam ja võimaldab vajadusel Vormsil realiseerida varjestuse transponeerimist ning

reaktiivvõimsuse kompenseerimist.

150 kV vahelduvvoolu ühendus Kärdlast Auleppa

Joonis 12. 150kV ülekandevõrgu arvutused koormustel 0MW (tühijooks).


Joonis 13. 150kV ülekandevõrgu arvutused koormusel 954MW (täiskoormus).


Tabel 10. Eelarveline kalkulatsioon variandile 150kV Vormsist mööda

ühik kogus ühiku hind

MEUR kokku

MEUR

3 ahelaline 330kV õhuliin Aulepa-Risti km 40 0,2 8,0

1 ahelaline 330kV õhuliin Risti-Kiisa km 60 0,2 12,0

Kiisa lahter (dupleks) tk 1 1,2 1,2

Aulepa AJ tk 1 8 8,0

330kV trafod tk 2 3,5 7,0

Aulepa 150kV jaotla tk 1 2 2,0

Muud liitumisega seotud rekonstrueerimised 32,0

150 kV Hiiumaa elektrivõrkude liitumine tk 1 1 1,0

Kärdla-Aulepa AC link

Merekaablid 150kV Vormsist mööda 4x2000mm2 km 128 1,2 153,6

Maakaablid 150kV Vormsist mööda 4x2000mm2 km 92 0,6 55,2

reaktorid MVAr 340 0,015 5,1

kaod 3,2MW/kaablis MW/20a 560640 50 28,0

Kokku liitumistasu 313,1

Kärdla 150kV jaotla (8 lahtrit dupleks) tk 1 4 4,0

150kV export-kaablid

merekaablid km 82 1,2 98,4

maakaablid km 70 0,6 42,0

Vinkovi 2 kaod 2x2MW MW/20a 350400 50 17,5




Apollo kaod 2x1MW MW/20a 175200 50 8,8


Merealajaam

3 sektsiooni tk 2 14 28,0


33kV maatriks (AL300, CU240 vmt) km 242 0,25 60,5

Kokku 4E võrgud 280,5

Investeering koos kadude maksumusega 593,6

Investeering 530,6

kaod 63,1


Tabel 11.Eelarveline kalkulatsioon variandile 150kV üle Vormsi


MEUR kokku

MEUR

























Merealajaam






Investeering 492,2

kaod 63,1


220kV vahelduvvoolu ühendus Kärdlast Auleppa

220kV pingel on maksimaalne koormusvool 24750A, seega on vajalikud vähemalt 3 kaablit

ristlõikega 1600mm2. Kompenseerimist vajava mahtuvusliku reaktiivenergia jaoks tuleb

paigaldada reaktorid mahus 3x75MVAr Kärdlasse ja 220kVAr Auleppa.

Joonis 14. 220kV ülekandevõrgu arvutused koormusel 954MW.


Tabel 12.Eelarveline kalkulatsioon variandile 220kV üle Vormsi


MEUR kokku

MEUR




Aulepa 330kV jaolta tk 1 8 8,0

Aulepa 330/220kV trafod tk 2 3,5 7,0


Kärdla 220kV jaotla tk 1 8 8,0




















Merealajaam






Investeering 571,4

kaod 59,3




MEUR kokku

MEUR




Aulepa 330kV jaolta tk 1 8 8,0

Aulepa 330/220kV trafod tk 2 3,5 7,0






















Merealajaam






Investeering 600,2

kaod 59,3


330 kV vahelduvvoolu ühendus Kärdlast Auleppa

330kV pingel on maksimaalne koormusvool 1650A, seega on vajalikud vähemalt 2 kaablit

ristlõikega 2000mm2. Erinevate tootjate andmed on erinevad. Arvutustes on aluseks võetud

1600mm2. Kompenseerimist vajava mahtuvusliku reaktiivenergia jaoks tuleb paigaldada

reaktorid mahus 2x150MVAr Kärdlasse ja 360kVAr Auleppa.



Joonis 17. 330kV ülekandevõrgu arvutused koormustel 954MW.




MEUR kokku MEUR










Maakaablid Vormsist mööda 2x1200..1600mm2 km 46 1,8 82,8

reaktorid 330MVAr (onshore) MVAr 660 0,015 9,9














kaod+reaktorid 37,6

Merealajaam



33kV maatriks (CU240 vmt) km 242 0,25 60,5



Investeering 556,2

Kaod 48,2


Tabel 15. Eelarveline kalkulatsioon variandile 330kV üle Vormsi


MEUR kokku MEUR









Merekaablid 330kV Vormsist mööda 2x1200..1600mm2 km 32 2,2 70,4

Maakaablid Vormsist mööda 2x1200..1600mm2 km 78 1,8 140,4

reaktorid 330MVAr MVAr 660 0,015 9,9














kaod+reaktorid 37,6

Merealajaam






Investeering 543,4

Kaod 48,2


2.4. Tuulepargi sõlmalajaam asub Aulepas.

Lihtsustatult võib öelda, et summaarselt on Hiiumaa vahealajaama (Kärdla 150 kV , 220kV

või 330 kV AJ) puhul kaablite pikkus ~50 km suurem, kui kaablid otse Aulepasse viies.

Arvutuslik võimsus on ½ nimivõimsusest (tootlikkustegur 0,5).

Apollo tuulepargi võimsus P = 336 MW ja summaarne kaabelliini pikkus l= 45 km.

𝑼𝑵 =𝟏𝟎𝟎𝟎

√𝟓𝟎𝟎𝟒𝟓

+𝟐𝟓𝟎𝟎

𝟖𝟒

= 𝟏𝟓𝟔 𝒌𝑽 → 𝐕𝐚𝐥𝐢𝐭𝐚𝐤𝐬𝐞 𝟏𝟓𝟎 𝐤𝐕 𝐧𝐢𝐦𝐢𝐩𝐢𝐧𝐠𝐞

Vinkovi I tuulepargi võimsus P = 348 MW ja summaarne kaabelliini pikkus l= 77 km.

𝑼𝑵 =𝟏𝟎𝟎𝟎

√𝟓𝟎𝟎𝟕𝟕

+𝟐𝟓𝟎𝟎

𝟖𝟕

= 𝟏𝟔𝟗 𝒌𝑽 → 𝐕𝐚𝐥𝐢𝐭𝐚𝐤𝐬𝐞 𝟏𝟓𝟎 𝐤𝐕 𝐧𝐢𝐦𝐢𝐩𝐢𝐧𝐠𝐞

Vinkovi II tuulepargi võimsus P = 270 MW ja summaarne kaabelliini pikkus l= 94

km.

𝑼𝑵 =𝟏𝟎𝟎𝟎

√𝟓𝟎𝟎𝟗𝟒

+𝟐𝟓𝟎𝟎

𝟔𝟕

= 𝟏𝟓𝟑 𝒌𝑽 → 𝐕𝐚𝐥𝐢𝐭𝐚𝐤𝐬𝐞 𝟏𝟓𝟎 𝐤𝐕 𝐧𝐢𝐦𝐢𝐩𝐢𝐧𝐠𝐞

Joonis 18. Tuulepargi võrgu skeem

Projekteerimisel ja arvutustel on valitud joonisel 18 kujutatud võrgu lahendus, (samuti vt.

Lisa 1 – 330 kV alajaam asub Aulepas, üldplaan):

Vinkovi I ja Vinkovi II merealajaamade vahele paigaldatakse kaks merekaablit

Vinkovi I ja Apollo merealajaamade vahele paigaldatakse üks merekaabel


Vinkovi I ja Aulepa alajaamade vahele paigaldatakse üks merekaabel

See on vajalik, et

tagada Vinkovi I ja Vinkovi II tuuleparkide tippvõimsuse edastamine

ülekandevõrgule. Kui Vinkovi I ja Vinkovi II tuuleparkide võimsus langeb alla

40% nimivõimsusest, on mõistlik kaabel välja lülitada, hoidmaks kokku

investeeringuid kaablimahtuvusest tingitud reaktiivvõimsuse kompenseerimise

seadmetesse.

reserveerida Vinkovi I ja Apollo alajaamade vahelist kaablit. Kui Apollo ja

Vinkovi vahelisel kaablil toimub rike, siis saab ümber suunata ca 50% Vinkovi I ja

Vinkovi II tuuleparkide võimsusest otse Aulepasse. Kui arvestada, et tuuleparkide

reaalne tootmisvõimsus on 35 – 40 % , siis kaabli läbilaskevõime on tagatud.

Apollo ja Aulepa alajaamade vahele paigaldatakse kaks merekaablit. Põhjused on

samad nagu eelmisel juhul.

Kui kogu tuulepargi võimsus langeb alla 25 – 30 %, siis ühendatakse kõik tuulepargi

alajaamad järjestikku (vt. Joonis 19, punasega märgitud) vähendamaks

reaktiivvõimsuskadusid .

Joonis 19. Tuulepargi võrgu skeem nimikoormusel PN = 25%

Arvutuse alusel valitud kaablite lõpptulemused on esitatud tabelis 16.

Kolmesoonelise kaabli erikaal on 120t/km. Üldiselt suudavad merekaablite paigaldus-praamid

kanda ca 6000t koormat, mis teeb lõigu maksimum-pikkuseks 50km. Sellest lähtuvalt on üle

50km lõigud valitud 1-faasilise paigaldusviisiga.


Tabel 16. Kõrgepinge kaablite ristlõiked

Ahel

Fiidri nimivõimsus [MW]

Kaablile lubatud vool [A]

Kaablite arv

Soonte arv kaablis

Ristlõige [mm2]

Kaabli pikkus [km]

Vinkovi II- Vinkovi I 270 586 2 3 Cu 400 2x17

Vinkovi I- Apollo 309 1196 1 3 Cu 1200 32

Vinkovi I-Aulepa 309 1029 1 1 Cu 2500 76

Apollo- Aulepa 322 1029 2 3 Cu 2500 2x45

Joonis 20. Ühe- ja kolmesooniline merekaabel [8]

Edasisel võrgu modelleerimisel vaadeldakse kahte võrgu koormusrežiimi - tuulepargi PGEN =

100% ning PGEN = 30%.


Joonis 21. Tuulepargi kõrgepingevõrgu skeem nimikoormusel PN = 100%

Esimesel variandil on tuulepargi genereeritav võimsus 100%. Skeemilt on näha (Joonis 21),

et kaablite koormus on piiri peal. Pinged asuvad lubatud piirides 1,00*UN > Usõlm >1,1*UN.

Aktiivvõimsuskaod on 19 MW, mis võrdub ~2% genereeritavast võimsusest Pgen = 954 MW

(koos tuulepargi keskpingevõrkude kadudega).


Joonis 22. Tuulepargi kõrgepingevõrgu skeem nimikoormusel PN = 30%

Teisel variandil on kontrollitud püsiolekut tuulepargi genereeritaval võimsusel 30%. Skeemilt

(Joonis 22) on kujutatud olek, kus sektsioonid on ühendatud järjestikku ja töös on

paralleelkaablitest üks ning on näha et kaablite koormus jääb lubatud piiridesse. Pinged

asuvad lubatud piirides 1,00*UN > Usõlm >1,1*UN. Oluliselt väiksemad on ka

aktiivvõimsuskaod 3,6MW, mis võrdub ~1,2% genereeritavast võimsusest Pgen = 283 MW.


Tabel 17.Eelarveline kalkulatsioon variandile 150kV otse Auleppa


MEUR kokku

MEUR


1 ahelaline 330kV õhuliin Risti-Harku km 60 0,2 12,0




Leisi-Kärdla 110kV AC link koos alajaamaga, S=20 MVA

Merekaabel km 6 0,6 3,6

110 kV õhuliin km 55 0,11 6,1

110 kV liini lahter Aulepa alajaamas tk 1 0,7 0,7

110/35/10 kV Kärdla alajaam tk 1 1 1,0


WP-Aulepa 150kV AC link

Vinkovi-Apollo-Aulepa Cu 2500mm2 km 232 1,2 278,4

kaod 15MW MW/20a 1314000 50 65,7

reaktorid (offshore) MVAr 110 0,15 15,0

reaktorid (onshore) MVAr 160 0,015 1,5


Aulepa 110kV jaotla (8 lahtrit dupleks) tk 1 4 4,0

Merealajaam






Investeering 477,0

Kaod 65,7


2.5. Hiiumaa jaotusvõrkude liitumispunkt.

Hiiumaa tuulepargi ehitamine sisaldab ka Hiiumaa kohaliku jaotusvõrgu liitumispunkti

rajamist nimivõimsusega kuni 20 MVA. Perspektiivsele Kärdla alajaamale on sobiv asukoht

Vabaduse tänava lõpus olemasoleva 35 kV õhuliini juures (vt. Joonis 23) [14]

Joonis 23. Kärdla alajaama perspektiivne asukoht.

Antud juhul pakuvad huvi kolm võimalust:

tuulepargi sõlmalajaam asub Kärdlas. Sel juhul on tuulepargi Kärdla 330/150 (220)

sõlmalajaamas või 150 (220) kV jaotlas vaja ehitada lisa 150 (220) kV trafo lahter

ning ehitada 35 kV ja 10 kV jaotlahoone. Paigaldada jõutrafo 150 (220) /35/10 kV

nimivõimsusega 20 MVA. See eeldab, et 330kV kaablid Kärdla ja Aulepa vahel

jäävad Eleringi bilanssi.

Teine võimalus – tuulepargi sõlmalajaam ehitatakse Aulepas. Selleks on vaja ehitada

Kärdla 110/35/10 kV ja Aulepa alajaamas lisa 110 kV lahter. Aulepa ja Kärdla

alajaamade vahel paigaldada 110 kV kaabel pikkusega ca 54 km. Kärdla alajaamas

ehitatakse:

110 kV üks liini- ja üks trafo lahter

110 kV juhtimishoone

35 kV ja 10 kV jaotlahoone


Samuti on vaja paigaldada jõutrafo 110/35/10 kV nimivõimsusega 20 MVA ning

reaktor nimivõimsusega 30 MVAr. Modellerimise tulemused on esitatud joonisel 2.16.

Mudelis on kasutatud 3 soonelist 110 kV vaskkaablit ristlõikega 3x185 mm2.

Joonis 24. Aulepa ja Kärdla alajaamade vahele paigaldatakse 110 kV kaabel.

Kolmas võimalus – teostada Hiiumaa elektrivõrkude liitumine Saaremaa kaudu

vastavalt Eleringi eraldi tellitud uuringule.

Selleks on vaja ehitada:

110 kV liini lahter Saaremaal Leisi alajaamas

Kärdla ja Leisi alajaamade vahel 110 kV õhuliin, mille summaarne pikkus on

ca 55 km ning Saaremaa ja Hiiumaa vahel paigaldada merekaabel pikkusega

ca 6 km.

Kärdla alajaama ja olemasolevate 35kV liinide rekonstrueerimine

Ilmselt on vajadus ka rekonstrueerida Aulepa-Lihula 110kV õhuliin

Kui vaadelda majanduslikku poolt, siis esimese variandi maksumus on ca 1 M€, teise variandi

maksumus ca 11 M€ (see ei sisalda olemasoleva 35kV võrgu rekonstrueerimise maksumust)

ning kolmanda variandi ca 33 M€.


3. Muud liitumisvõimalused

Liitumine alalispingel

Tuulepargi liitumine kasutades alalisvooluühendust ei ole majanduslikult tasuv, kuna

hinnavahe vahelduvvooluühendusega on suur. Samuti on alalisvooluühendus tehniliselt

keerulisem. Majanduslikul võrdlusel on eeldatud järgmist:

Kasutatakse LCC tehnoloogiat, mis on odavam ja väiksemate kadudega. Samas on

nimetatud tehnoloogia aeglaselt reguleeritav, vajab reaktiivenergia kompenseerimist

ning ei võimalda külmkäivitust.

Alalisnimipinge on 350kVDC

Liitumine läbi Kärdla 150/330kV alajaama ja õhuliiniga üle Saaremaa

Liitumisel Kärdla 330 kV alajaamas, ühendusega läbi Saaremaa, on vaja ehitada Lihula 330

kV alajaam, uued 330 kV õhuliinid Harku-Lihula-Sindi 330 kV alajaamade ühendamiseks

ning vähemalt kaheahelaline õhu/kaabelliin Lihula 330 kV alajaamast läbi Muhumaa,

Saaremaa ja Hiiumaa ehitatavasse Kärdla 330 kV alajaama. Antud lahendus oleks

majanduslikult küllaltki konkurentsivõimeline ja Saaremaa ning Hiiumaa varustuskindlust

oluliselt suurendav, kuid kindlasti väga keerulise maa-eraldus protsessiga.

Liitumine olemasolevate Eleringi sõlmalajaamadega

Aulepa 330kV alajaam ühendatakse vastavalt Eleringi esialgsele liitumispakkumisele Harku

ja Lihula-Sindi alajaamadega. Aulepa - Harku 330 kV liini pikkus on 78 km. Harku alajaam

on tänapäeval üks tähtsamatest sõlmalajaamadest Eesti energiasüsteemis. Alajaamast saavad

toited Tallinna ja Harjumaa tarbijad. Sinna on ühendatud ka Eesti ja Soome vaheline

alalisvoolu merekaabel Estlink1.

Aulepa – Lihula - Sindi 330 kV liini pikkus on 142 km. Sindi alajaama hetkel

rekonstrueeritakse ning laiendatakse. Perspektiivis on see tähtsaim energiasõlm Lääne-Eestis,

mis on ühendatud Harku, Paide, Tartu ning Lätis asuva Riia 330 kV alajaamadega.


Joonis 25. Vahelduvvoolu ühendus Harku AJ ja Sindi AJ eelistatuim variant „Hiiumaa avamere

tuulepark ja selle liitumine elektrisüsteemiga“ aruandes [10]

Selline lahendus tagab tuulepargile tugeva ja töökindla ühenduse põhivõrguga ning suurte

tarbimiskeskustega. Nende hulgas Tallinn, Tartu, Riia ja merekaabli kaudu ka Helsinki.

Eleringil on kavas aastaks 2020 rajada Harku-Lihula-Sindi trassile 330kV õhuliin

läbilaskevõimega 1140MVA. Tõenäoliselt tuulepargi liitumiseks piisab kaheahelalise õhuliini

rajamisest selle liinini, kus teostatakse sisselõige (näiteks Ristil). Võib tekkida vajadus

kolmanda ahela lisamiseks ja selle viimiseks nt. Kiisani.


Joonis 26. Balti – Kiisa 330 kV õhuliin (faasi juhe 3x400 mm2). [13]

4. Lõppsõna

Aruande põhjal võime väita, et suure tõenäosusega on investeeringute maksumuselt

odavaimaks variandiks tuulepargi sektsioonide ühendamine otse Auleppa 150/330kV

alajaama (vt. Tabel 3.1). Arvestades aga Hiiumaa elektrivarustuse suurenemisest tulenevaid

eeliseid ja kadude maksumust on ilmselt mõistlik Hiimaa vahealajaama ehitamine.

Pingeklassi valikul saab arvestada, et ühendus on teostatav kõigi uuritud pingetega.

Määravaks saab tootjate hinnakujunduspoliitika, kuna üle 220kV pingetel merekaablite

tootjate hulk on piiratud.

Tabel 18. Variantide koondvõrdlus

Variantide koondvõrdlus Koos kadudega MEUR Puhas investeering MEUR

150kV otse Auleppa 541 475

150kV Kärdlast Auleppa üle Vormsi 555 492


150kV Kärdlast Auleppa Vormsist mööda 594 531




330kV Kärdlast ÕL Lihulasse üle Saaremaa 725 445

HVDC Kärdlast Auleppa 760 607

Odavaima variandi puhul jäävad kõik kadude maksumused tootja kanda.

Teistel variantidel jagunevad kadude maksumused ca 50% tootjale ja 50% Eleringi võrgukadudeks.


Kirjanduse loetelu

[1] Hiiumaa avamere tuulepark, tuulepargi plaan 12.04.2013.

[2] Siemens, http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/power-

generation/renewables/wind-

power/platform%20brochures/D6%20Offshore%20brochure_English_Apr2014_WEB

.pdf

[3] M.Meldorf, H. Tammoja, H. Treufeldt, J. Kilter, „Jaotusvõrgud.“ TTÜ Kirjastus,

Tallinn, 2007, 546 lk.

[4] http://www.lorc.dk/offshore-wind-farms-map/walney-1

[5] http://www.lorc.dk/offshore-wind-farms-map/greater-gabbard

[6] H. Tammoja, M. Kell, R. Oidram, P. Raesaar, J. Valtin „Hiiumaa avamere tuulepark

ja selle liitumine elektrisüsteemidega“, Tallinn, 2008, 37 lk.

[7] http://www.nexans.de/eservice/Germany-

en/navigateproduct_540145473/V333x24025.html#characteristics

[8] ABB, "XLPE Submarine Cable Systems Attachment to XLPE Land Cable Systems -

Users Guide," ABB, April 2010.

[9] Elering AS, Hiiumaa avamere tuulepargi elektrivõrguga liitumise eeltingimused.

07.04.2014

[10] Nelja Energia AS, Loode-Eesti meretuulepargist, 26.03.2014.

[11] Cigre, „HV Submarine Cable Systems Design, Testing and Installation“, 06.10.2014

[12] Interconnected network of ENTSO-E. 01.07.2011

[13] Empower AS- i piltide arhiiv.

[14] Nelja Energia, „Kohtumine Eleringi ja Elektrileviga“, 29.08.2014

http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/power-generation/renewables/wind-power/platform%20brochures/D6%20Offshore%20brochure_English_Apr2014_WEB.pdf




http://www.lorc.dk/offshore-wind-farms-map/walney-1

http://www.lorc.dk/offshore-wind-farms-map/greater-gabbard

http://www.nexans.de/eservice/Germany-en/navigateproduct_540145473/V333x24025.html#characteristics

http://www.nexans.de/eservice/Germany-en/navigateproduct_540145473/V333x24025.html#characteristics

loode-eesti avamere tuulepargi liitumine põhivõrgugamedia.voog.com/0000/0039/7997/files/hiiumaa...

Documents