Säävarma ja älykäs jakeluverkko

Abstract

Tutkielmassa kuvataan Suomessa meneillään olevaa sähköenergian siirto- ja jakeluverkon modernisointia, sekä sähköverkkojen roolia osana yhteiskunnan kriittistä infrastruktuuria. Tutkimushankkeessa kehitettiin ratkaisuja ja menetelmiä sähköverkkojen suojaamiseksi ilmastonmuutoksen ja konfliktien kestäväksi. Tutkielmassa esitellään myrskyvarman ja älykkään maanalaisen jakeluverkon rakennustapa. Tutkielmassa esitellään ”Säävarma ja älykäs jakeluverkko” tutkimus-hankkeen olosuhdemittausten tuloksia. Hanke toteutettiin Tampereen aikuiskoulutuskeskuksen Sähkökenttä -oppimisympäristössä. Lisäksi esitellään Tampereen yliopiston suurjännitelaboratoriossa suoritettuja sähköteknisiä mittauksia.

Tutkielmassa esitetään havaintoja ja mittaustietoa maanalaisesta älyverkkoinfrastruktuurista rakentamisen ja koekäytön aikana. Konseptin ratkaisuja testattiin kentällä sähköasemaympäristössä vuoden ajan. Sähköisiä mittauksia suoritettiin suurjännitelaboratoriossa laitteiden turvallisen käytön rajojen varmistamiseksi ja takaamiseksi. Lisäksi kerättiin mittausdataa jatkokehityksen tueksi.

Kenttä- ja laboratoriomittausten tulokset on esitetty ja analysoitu tutkielmassa, sekä niitä on verrattu soveltuvin osin suomalaisen jakeluverkkoyhtiön toteuttamiin mittauksiin verkossaan. Mittausten perusteella maanalainen jakeluverkkoinfra tarjoaa suotuisat olosuhteet kriittiselle infralle. Tulosten perusteella maanalainen älyverkkoinfra voi olla pitkäikäisempää, energiatehokkaampaa sekä vähemmän vikaantuvaa verrattuna nykyisiin maanpäällisiin ratkaisuihin.

Tutkielmassa esitetään nykyisen maanpäällisen jakeluverkkoinfan rakennustapa, sekä maanalaisen rakennustavan menetelmiä. Lisäksi esitetään arvioita maanalaisen sähköverkon rakentamisen kustannuksista verrattuna nykyiseen rakennustapaan. Alustavat arviot osoittavat, että maanalainen rakennustapa voi olla jakeluverkonhaltijalle huomattavasti kustannustehokkaampi tapa rakentaa ja kunnossapitää jakeluverkkoa verrattuna nykyiseen maanpäälliseen rakennustapaan.

Tutkielman johtopäätös on, että maanalainen rakentaminen voi turvata yhteiskunnan kriittistä infraa nykyisiä ratkaisuja paremmin, sekä tarjota suuria hyötyjä jakeluverkon haltijalle ja asiakkaille. Tutkielmassa käsitellään aiheita maanalaisen rakennustavan tutkimisen jatkamiseksi, sekä tuotekehityksen mahdollisia tulevia painopisteitä.

The thesis describes the ongoing modernization of the electricity transmission and distribution network in Finland, as well as the role of electrical energy grids as part of societies critical infrastructure. The research developed solutions and methods to make electricity grids more resilient to climate change and conflicts, and it presents the construction method of a storm-proof and intelligent underground distribution grid. It presents the results of environmental condition measurements conducted in the "Weatherproof and Intelligent Distribution grid" research project carried out in the Tampere Adult Education Centre’s Electrical Field learning environment. Additionally, it introduces electrical measurements performed at Tampere University's high-voltage laboratory.

The thesis provides observations and measurement data on underground smart grid infrastructure during construction and field testing. Concept solutions were field tested in a substation environment for a year. Furthermore, underground infrastructure performance was tested in the high-voltage laboratory to ensure safe operating limits, and measurement data was collected to support further development.

The results of field and laboratory measurements are presented and analysed in the thesis, and they are also compared, where applicable, with measurements conducted by a Finnish distribution system operator on their network. Based on the measurements, underground distribution grid infrastructure offers favourable conditions for critical infrastructure. The results suggest that underground smart grid infrastructure may be more durable, energy-efficient, and less prone to faults compared to current above-ground solutions.

The thesis presents the current above-ground distribution grid construction method and methods for underground construction. Additionally, cost and energy efficiency assessments of underground infrastructure construction are presented, comparing them to the current construction method. Preliminary assessments indicate that underground construction may be a significantly cost-effective way for a distribution system operator to build and maintain the distribution grid compared to the current above-ground construction method.

The conclusion of the thesis is that underground construction can better safeguard societies critical infrastructure and offer significant benefits to the distribution system operator and customers compared to current solutions. The thesis addresses topics for further research into underground construction methods and potential future areas of product development.