Kabling i høyspent distribusjonsnett - Dagens praksis og analyse av eksempelnett for illustrasjon av nytteverdi
Master thesis
Date
2020Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for elkraftteknikk [2414]
Description
Full text not available
Abstract
Innen 2100 har klimascenarier gitt indikasjoner på en rekke klimaendringer som kan fåkonsekvenser for forsyningssikkerheten i distribusjonsnettet. Utstrakt bruk av kabel kan væreløsningen for å opprettholde god forsyningssikkerhet, selv med sterkere klimapåkjenningeri fremtiden. Spørsmålet er om kabling av eksisterende luftledninger er samfunnsøkonomisklønnsomt.
I denne masteroppgaven er det benyttet en kombinasjon av flere metoder. Intervjuer er utførtfor å undersøke fem nettselskapers strategier og kriterier for valg av overføringsteknologi,samt forskjeller i beredskap, drift og vedlikehold ved valgt teknologi. En teknisk-økonomiskanalyse som kombinerer pålitelighetsanalyser (RELRAD-metoden) og nåverdiberegninger,undersøker endringer i pålitelighetsindikatorer og lønnsomhet ved å erstatte eksisterendeluftledninger med kabel. Analysen er gjennomført som en casestudie av en fiktiv nettmodell,for kabelandeler 0 til 100 %, for tre prognoser for økning i gjennomsnittlig feilfrekvens.
Funnene fra intervjuene viser at ingen av nettselskapene kabler for enhver pris, eller har etmål om å kable en gitt andel av nettet. Enkelte av nettselskapene har økonomiske retningslinjer for når kabel skal benyttes. Nettselskapene forsøker å optimalisere gravekostnadenegjennom samordning av kabelgrøft eller justering av trase. Erfaringene til nettselskapene antyder mer organisering og høyere kostnader for beredskap, drift og vedlikehold for luftledningenn for kabel. ROS-analyser som inkluderer klimaendringer er ikke godt implementert hosalle nettselskapene, det gjelder også tilpasning til fremtidige klimaendringer. Resultatene fracasestudiet viser at Case 4, kabling av alle seksjoner, gir best pålitelighet i form av redusertårlig mengde ikke-levert energi, avbrutt effekt, SAIFI, SAIDI og avbruddsvarighet. Besparelsene er størst for prognose 2 for økning i feilfrekvens. Lønnsomhetsanalysen viser derimotat Case 0, videreføring av eksisterende luftledninger, gir lavest totalkostnad over analyseperioden. Alle casene som innebærer kabling gir negativ nåverdi, og anses ikke samfunnsøkonomisk lønnsomme. Det skyldes at investeringskostnadene er store, og at besparelser i kostnader for tap, vedlikehold og avbrudd ikke veier opp for dette.
Fra følsomhetsanalysen ble det funnet at skalering av feilfrekvens for kabel, grøftekostnaderog lengder samt endring i kundesammensetning ikke påvirker rangering av casenes lønnsomhet i kr. Skalering av disse parameterne, bortsett fra gravekostnadene, vil derimot påvirke pålitelighetsindikatorene. For at kabling av alle seksjoner i nettmodellen skal bli lønnsomt, må gjennomsnittlig feilfrekvens for luftledningene øke til 0,231 feil pr. km og år, gitt at gjennomsnittlig feilfrekvens for kabel holdes konstant. Endring i kundesammensetning viser at kabling blir mer fordelaktig dersom sluttbrukerne har høy spesifikk avbruddskostnad.
Resultatene viser at kabling gir bedre pålitelighet, men ikke nødvendigvis lavere totalkostnader. Det kreves imidlertid bedre undersøkelser av klimaendringers påvirkning på feilfrekvensen i kraftsystemet, samt mer tilpassede strategier hos nettselskapene. By 2100, climate scenarios indicate several climate changes which may impact the security ofsupply in the Norwegian distribution network. Extensive use of cables can make it possibleto maintain a sufficient level of security of supply, even with greater environmental stressesin the future. The question is whether or not cabling of existing overhead lines can beachieved in a way that is socioeconomically.
Two different methods are used in this master thesis. Firstly, interviews of five distributionsystem operators (DSO) are performed to investigate strategies and criteria when choosingenergy transmission technology. The interviews provide insight in pros and cons with chosentechnology, as well as differences within radiness, operation and maintainance. Secondly, atechnical-economic analysis is performed on an fictitious example network, by combiningreliability analysis (RELRAD-method) and net present value calculations. A case study iscarried out for cable share 0 to 100 %, using three prognosis for increase in fault frequency. The goal is to investigate how the reliability and profitability change when overheadlines are replaced with cables.
Main findings from the interviews show that none of the five DSOs chose cables at any price,nor have a goal of reaching a higher degree of cables in their distribution network. Someof them have economically guidelines for when cable is to be used. All five DSOs focus onexcavation cost reduction, mainly by common cable trench with other cable owners. Basedon experience it seems that costs for readiness, operation and maintenance are greater foroverhead lines compared to cables. Climate change risk- and vulnerability analysis is notdone at a sufficient level today, this also applies to climate change adaption.Results from the case study show that Case 4, cabling of all distribution lines, reachesthe highest level of reliability as the annual energy not supplied (ENS), annual interruptedpower, annual durration of outages, SAIFI and SAIDI are reduced. The reduction is greaterfor prognosis 2 of increase in fault frequency. Results from the economic analysis show incontrast that Case 0, continuation of overhead lines, gives the lowest total costs duringthe analysis period. All cases that includes cabling give negative present value and are notsocioeconomically. This is due to high investment- and material costs, and the reduction incost for losses, maintenance and customer interruption cannot make up for this.
From the sensitivity analysis it was found that scaling of lengths, fault frequency for cable,excavation costs and customer composition does not affect the outcome of the economicanalysis. On the other hand, scaling of these parameters, except for excavation costs, willaffect the resulting reliability indices. It appears from the sensitivity analysis that the faultfrequency for the overhead lines in the example network must increase to 0,231 failures perkm and year, given that fault frequency of cables stays at todays level, to make Case 4 preferable over Case 0. Changes in customer composition show that cabling is more preferablefor customers with high specific interruption costs.
The results indicate that cabling provides better reliability, but not necessarily lower totalcosts. However, better research on how climate changes impact the fault frequency, as wellas implementation of strategies at the DSOs is required.