pohjoismaisen taajuusohjattujen reservien kehitys –projektin kuulumiset

Julkinen

Pohjoismaisen

taajuusohjattujen

reservien kehitys –

projektin kuulumiset

Reservipäivä 10.5.2016

Minna Laasonen

1. FCP*-projektin lyhyt esittely

2. Katsaus mitä on tähän mennessä tehty

3. Seuraavat askeleet

*FCP: Revision of Frequency Containment Process

FCP-projektin tavoitteet ja organisointi

Julkinen

FCP-projektin tavoitteet


• Uudistaa ja harmonisoida taajuuden

vakautusreservien (FCR) tekniset vaatimukset

• taajuusohjattu käyttöreservi FCR-N

• taajuusohjattu häiriöreservi FCR-D

• Määritellä pohjoismaisittain yhteneväiset

vaatimukset reserveihin osallistuvilta

tarvittavista teknisistä tiedoista

• etukäteen tehtävät mittaukset &

toimitettava dokumentaatio

• reaaliaikaiset mittaukset

• häiriön jälkeen tarvittava data

Julkinen

Projektin organisointi

FG:n jäsenet projektissa

• Project team: Minna Laasonen

• Control design WG: Harri Kuisti, Mikko Kuivaniemi

• Pre Qualification WG: Mikko Kuivaniemi

• Ex. Communication WG: Laura Ihamäki

Suomalaiset, Reference group

• Hannu Korva, Kemijoki

• Raimo Ojala, Kemijoki

• Raimo Peltola, Fortum

• Teuvo Jouhten, PVO

• Holger Wik, VEO

• Eero Koski, ABB


Project team

Control design WG Pre Qualification WG Ex. Communications WG

Steering committee

NAG

Reference group

Projektipäällikkö: Evert Agneholm, Gothia Power

Julkinen

Uusi lähestymistapa suunnitteluun

• Vaatimuksia on lähdetty suunnittelemaan pohjoismaisesta lähtökohdasta: Mitkä olisivat

sähköjärjestelmän kannalta optimaaliset vaatimukset?

• taajuuden heilunnan vaimentaminen

• säätötekniikka vahvasti mukana vaatimusten suunnittelussa

• Vaatimusten suunnittelussa otettava huomioon pohjoismaisen sähköjärjestelmän

muuttuminen lähivuosina


49.9

49.95

50

50.05

50.1

Julkinen

Lähivuosina pohjoismainen sähköjärjestelmä muuttuu merkittävästi

• Tuulivoimaa ja aurinkovoimaa lisää yhteensä 2...5 TWh vuosittain

• Ruotsi sulkee ydinvoimaloitaan

• Suomessa suljetaan lauhdevoimalaitoksia, mutta kasvatetaan ydinvoimaa

• Rakennetaan uusia isotehoisia HVDC-yhteyksiä pohjoismaista muihin synkronialueisiin

tuonti- ja vientikapasiteetti kasvaa

• Teollisuuskuorman siirtyminen taajuusmuuttajien taakse jatkuu

kuormituksen taajuusriippuvuus pienenee


2016 2017 2018 2019 2020 2021

2013 Oskarshamn 2 –640 MW

Olkiluoto 3 +1600 MW

(+1300 MW)

Oskarshamn 1 –470 MW

NordLink +1400 MW

Ringhals 2 –870 MW

Ringhals 1 -880 MW

NSN +1400 MW

Projekti kestänyt 1,5 vuotta –

mitä on saatu aikaiseksi?

Julkinen

Paljon on tehty...

• Taajuusohjatusta käyttöreservistä on saatu ensimmäiset versiot kommenteille

• uusista vaatimuksista alkaa pikkuhiljaa olla käsitys

• Ensimmäinen versio Tekniset vaatimukset -dokumentista

• sisältää myös etukäteen tarkistettavat kelpoisuusvaatimukset

• Pohjoismaisen sähköjärjestelmän kuormituksen ja tuotannon välistä epätasapainoa selvitetty

• epätasapainon määrittäminen on haastava tehtävä

• on kuitenkin tärkeä tieto, kun suunnitellaan miten se saadaan vaimennettua reserveillä

• Pohjoismaisesta vesivoimakapasiteetista on teetetty selvitys

• Ensimmäisiä alustavia simulointeja liittyen taajuusohjattuun häiriöreserviin on tehty


Julkinen

Tulossa todennäköisesti kolme tuotetta

• Suunnittelua on tehty työmäärän rajaamiseksi käyttämällä vesivoimaloiden malleja

• Lopulliset vaatimukset koskevat kuitenkin kaikkia resursseja, jotka osallistuvat reserveihin

• Näillä näkymin tulossa kolme tuotetta

1. Taajuusohjattu käyttöreservi FCR-N

2. Taajuusohjattu häiriöreservi FCR-D ylössäätö (alitaajuustilanteet)

3. Taajuusohjattu häiriöreservi FCR-D alassäätö (ylitaajuustilanteet)


Julkinen

Uusien vaatimusten suunnittelussa käytetään erilaisia työkaluja

• Lineaarisella yksinkertaistetulla mallilla haetaan sähköjärjestelmän kannalta optimaalisia toiminta-

arvoja.

• optimoidaan reservin toimintaa suhteessa järjestelmän kulutuksen ja tuotannon väliseen

epätasapainoon

• mallissa kuvattu yksinkertaistettu vesivoimakoneen taajuudensäätö sekä sähköjärjestelmän

inertia

• Epälineaarisella mallilla testataan lineaarisella mallilla saatua ratkaisua koko järjestelmän kannalta

• epälineaarisessa mallissa on kuvattu sähköjärjestelmän taajuuteen vaikuttavat asiat, kuten

reserveistä saatava vaste, sähköjärjestelmän inertia ja kuormien taajuusriippuvuus

• tuloksia arvioidaan erilaisilla taajuuden laatuun liittyvillä kriteereillä

• Koko pohjoismaista sähköjärjestelmää kuvaavassa laajassa mallissa on kuvattu mm. voimajohdot,

sähköasemat ja voimalaitokset. Tällä mallilla varmistetaan vielä lopullisesti vaatimusten toimivuus.


Julkinen

Taajuusohjattu käyttöreservi – ensimmäinen versio teknisistä vaatimuksista tehty

• Ensimmäiset version FCR-N:n uusille vaatimuksille saatu lineaarisella mallilla ja niitä on

myös testattu yksinkertaistetulla epälineaarisella mallilla.

• Tällä hetkellä näyttäisi sille, että uusien vaatimusten mukainen FCR-N olisi hieman

nykyisiä vaatimuksia nopeampaa

Parempi vaimennus nopeammille taajuuden vaihteluille

• yksiköillä, joilla on paljon välystä, on haasteellista täyttää vaatimuksia

• Uudet vaatimukset tullaan todennäköisesti esittämään hieman eri tavalla kuin nykyiset.

• uusi esitystapa soveltuu vaatimusten esittämiseen nykyistä paremmin, mutta saattaa

alkuun tuntua haastavalle

• tavoitteena kuitenkin tehdä vaatimuksista mahdollisimman ymmärrettävät


Julkinen

Kelpoisuusvaatimukset osana kokonaisuutta

• Pohdinnassa, millaiset kelpoisuusvaatimukset taajuusohjattua käyttö- ja

häiriöreserviä toimittavalle toimijalle asetetaan

• Tekniset vaatimukset -dokumentti tulee sisältämään nämä

kelpoisuusvaatimukset

• kuvauksen vaadittavasta dokumentaatiosta

• tarvittavat testit

• mittaukset


Grid

Reserve resource

Governor / Controller

Measurement recorder

Output power

Grid frequencySimulated input

frequency

Generated sine signal Generated 2-step step signal

A

TΔf

• Suomessa testataan jo tälläkin hetkellä reservit, joten asia ei ole meillä uusi

• nykyisten testien lisäksi vaadittaneen myös reservilähteen vaste sinimuotoiselle taajuudelle

• koska testien määrä kasvanee, niihin jouduttaneen käyttämään nykyistä enemmän aikaa

• Varsinaisen Tekniset vaatimukset –dokumentin tueksi tehdään erillinen lisädokumentti, jossa on

tarkemmin avattu teknisiä yksityiskohtia

• tavoitteena helpottaa uusien vaatimusten käyttöönottoa ja kelpoisuusvaatimusten täyttämistä

• Alustava versio dokumentista tullee kommenteille referenssiryhmälle kesän alkupuolella

Julkinen

Selvitys taajuudensäätökapasiteetista• Osana FCP-projektia teetettiin myös erillinen selvitys käytettävissä olevasta

pohjoismaisesta vesivoimakapasiteetista

• Selvityksen tavoitteena oli saada karkea kuva, kuinka paljon pohjoismaissa

on erityyppistä vesivoimaa (turbiinityyppi, putouskorkeus, jne..)

• Selvityksen teki Norconsultista Terje Ellefsrød, jolla on pitkä kokemus

vesivoimaloista

• Tutkimuksessa keskityttiin erityisesti mekaaniseen kuolleeseen alueeseen,

lähtötietona käytettiin aikaisemmin tehtyjä testejä erityyppisillä

vesivoimayksiköillä


• Johtopäätökset selvityksestä:

Vaatimukset saattavat osoittautua hankaliksi erityisesti Kaplan-turbiineille

Myös voimalaitoksilla, joissa on suuri putouskorkeus ja Francis-turbiini, saattaa olla vaikeuksia

täyttää vaatimukset

Ikääntymisellä myös vaikutusta

Mitä tehdään seuraavaksi?

Julkinen

Taajuusohjatun häiriöreservin (FCR-D) vaatimusten suunnittelu osoittautunut haasteelliseksi• Tällä hetkellä valmistellaan ensimmäistä versiota uuden FCR-D:n

teknisistä vaatimuksista.

• Vaatimusten lähtökohtana:

1. Stabiliusvaatimus (sama kuin FCR-N:lle)

2. Toimintanopeusvaatimus

• Tilanteet, joissa sähköjärjestelmän inertia on pieni tai pienehkö ja

taajuus laskee nopeasti, osoittautuneet haastaviksi

• Taajuusmittauksissa viivettä, taajuushäiriön alkuvaiheessa

taajuus ei ole sama joka paikassa

• Vesivoimareservin aktivoituminen vie 1-2 sekuntia

• Pienen inertian tilanteissa osa tarvittavasta FCR-D:stä pitää

todennäköisesti olla hyvin nopeasti aktivoituvaa reserviä, kuten

kuormia


massiivinen kulutuksen irtikytkentä

häiriöreservi aktivoituu

taajuuden normaali vaihtelualue

pieni inertia

tavanomainen inertia

taajuus

aika

Julkinen

Automaattisen taajuudenhallintareservin (aFRR) rooli tulevaisuudessa?

• aFRR ei varsinaisesti sisälly projektin laajuuteen, mutta tavoitteena on selvittää

optimaalinen jako FCR-N:n ja aFRR:n määrille.

• FCR-N ja aFRR toimivat molemmat samalla taajuusalueella 49,9...50,1 Hz

• aFRR:n teknisiä ominaisuuksia ei tutkita osana projektia, vaan selvityksessä oletetaan

näiden pysyvän nykyisinä

• aFRR:n tekniset vaatimukset soveltuvat lähes kaikille reservilähteille

• Alustavia simulointeja, joissa tutkittu sekä reservimäärää että sen jakoa FCR-N:n ja aFRR:n

välillä

• Käytetty yksinkertaista epälineaarista mallia, arvioinnin kriteerinä normaalin

taajuusalueen ylitysminuutit, taajuuden heilahtelu sekä taajuuden tasapainottamisen

onnistuminen

• Alustavasti näyttäisi sille, että kokonaismäärästä voi olla huomattavakin osa aFRR:ää,

mutta FCR-N:ää kuitenkin tarvitaanReservipäivä 10.5.201617

Julkinen

Uusien vaatimusten markkinavaikutukset

• Selvitetään, kuinka paljon pohjoismaissa on uudet vaatimukset täyttävää

reservikapasiteettia

• Tavoitteena varmistaa, että markkinat toimivat tulevaisuudessakin

• Vesivoiman osalta saatu ensimmäisiä arvioita (Norconsultin raportti), mutta tämän

tuloksia on vielä arvioitava uudestaan alan asiantuntijoiden kanssa

• Selvitetään myös muiden reservilähteiden kapasiteetti

• Kapasiteettiselvitysten pohjalta pyritään arvioimaan ainakin karkealla tasolla uusien

vaatimusten vaikutuksia hintaan

• Mitkä asiat vaikuttavat reservien hintaan nykyisin?

• Entäpä tulevaisuudessa?

• Jos havaitaan haasteita uudet vaatimukset täyttävän kapasiteetin määrässä suhteessa

tarvittavaan määrään, joudutaan teknisiä vaatimuksia miettimään uudestaan


Julkinen

Käyttöönotosta• Tavoitteena saada projekti päätökseen vuoden 2017 alkupuolella ja siirtyä tämän jälkeen jouhevasti

käyttöönottovaiheeseen

• Ennen lopullista päätöstä uusien vaatimusten käyttöönotosta tehdään kustannus-hyötyanalyysi (CBA)

• Reservituottajat – Mikä on taajuuden heilahtelun vaikutus esim. koneiden kulumiseen? Entäpä uusien

vaatimusten käyttöönoton aiheuttamat kulut?

• Kantaverkkoyhtiöt – Mikä on paremman taajuuden laadun merkitys? Mitä vaikutuksia uusilla

vaatimuksilla on reservikuluihin?

• Tutkitaan myös markkinanäkökulmasta, miten uusien vaatimusten mahdollinen käyttöönotto olisi

edullisinta toteuttaa pohjoismaisella tasolla

• Siirtymäjakson pituus?

• Voidaanko käyttöönotto yhdistää esim. perusparannuksiin tms.?

• Miten luodaan toimivat markkinat: nykyiset tuotteet versus uusien vaatimusten mukaiset tuotteet?

• Pohjoismaisen suunnitelman pohjalta mietittävä miten tämä jalkautetaan kansalliseksi

käyttöönottosuunnitelmaksi


Julkinen

Suomalainen taajuusohjattu käyttöreservi

• Suomalaiset tuottajat ovat ansiokkaasti osallistuneet projektiin ja tehneet myös omia

testejä voimalaitoksillaan. Myös säätäjävalmistajat olleet erittäin aktiivisia.

• Viitteitä siitä, että vesivoimalaitoksilla joissa on Kaplan-turbiinit tai Francis-turbiinit ja suuri

putouskorkeus, voi olla hankaluuksia täyttää nämä vaatimukset.

• Suomessa käytännössä kaikilla vesivoimalaitoksilla on Kaplan-turbiinit

• Toistaiseksi on liian aikaista sanoa, miten uudet vaatimukset soveltuvat suomalaisille

resursseille.

• Projektissa pohditaan tarvittavan FCR-N:n määrä, tulevaisuudessa osa normaalialueen

taajuudensäädöstä saatetaan toteuttaa aFRR:n avulla.

• Kansallisesti mietittävä myös toiminta poikkeustilanteissa, esim. saarekekäyttötapauksissa


Fingrid Oyj

Läkkisepäntie 21

00620 Helsinki

PL 530, 00101 Helsinki

Puh. 030 395 5000

Fax 030 395 5196

Kiitos!

pohjoismaisen taajuusohjattujen reservien kehitys –projektin kuulumiset

Engineering