Reservipäivä 10.5.2016 Minna Laasonen, vanhempi asiantuntija, Fingrid Oyj Pohjoismaisen taajuusohjattujen reservien kehitys –projektin kuulumiset

1. Julkinen
Pohjoismaisen
taajuusohjattujen
reservien kehitys –
projektin kuulumiset
Reservipäivä 10.5.2016
Minna Laasonen

2. 1. FCP*-projektin lyhyt esittely
2. Katsaus mitä on tähän mennessä tehty
3. Seuraavat askeleet
*FCP: Revision of Frequency Containment Process

3. FCP-projektin tavoitteet ja organisointi

4. Julkinen
FCP-projektin tavoitteet
Reservipäivä 10.5.20164
• 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

5. 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
Reservipäivä 10.5.20165
Project team
Control design WG Pre Qualification WG Ex. Communications WG
Steering committee
NAG
Reference group
Projektipäällikkö: Evert Agneholm, Gothia Power

6. 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
Reservipäivä 10.5.20166
49.9
49.95
50
50.05
50.1

7. 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
Reservipäivä 10.5.20167
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

8. Projekti kestänyt 1,5 vuotta –
mitä on saatu aikaiseksi?

9. 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
Reservipäivä 10.5.20169

10. 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)
Reservipäivä 10.5.201610

11. 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.
Reservipäivä 10.5.201611

12. 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
Reservipäivä 10.5.201612

13. 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
Reservipäivä 10.5.201613
Grid
Reserve resource
Governor /
Controller
Measurement
recorder
Output
power
Grid
frequencySimulated input
frequency
Generated sine signal Generated 2-step step
signal
A
T
Δf
• 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

14. 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
Reservipäivä 10.5.201614
• 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

15. Mitä tehdään seuraavaksi?

16. 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
Reservipäivä 10.5.201616
massiivinen kulutuksen irtikytkentä
häiriöreservi aktivoituu
taajuuden normaali vaihtelualue
pieni inertia
tavanomainen inertia
taajuus
aika

17. 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 tarvitaan
Reservipäivä 10.5.201617

18. 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
Reservipäivä 10.5.201618

19. 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
Reservipäivä 10.5.201619

20. 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
Reservipäivä 10.5.201620

21. Fingrid Oyj
Läkkisepäntie 21
00620 Helsinki
PL 530, 00101 Helsinki
Puh. 030 395 5000
Fax 030 395 5196
Kiitos!