Kabling i høyspent distribusjonsnett - Dagens praksis og analyse av eksempelnett for illustrasjon av nytteverdi

Abstract

Innen 2100 har klimascenarier gitt indikasjoner på en rekke klimaendringer som kan få konsekvenser for forsyningssikkerheten i distribusjonsnettet. Utstrakt bruk av kabel kan være løsningen for å opprettholde god forsyningssikkerhet, selv med sterkere klimapåkjenninger i fremtiden. Spørsmålet er om kabling av eksisterende luftledninger er samfunnsøkonomisk lønnsomt.

I denne masteroppgaven er det benyttet en kombinasjon av flere metoder. Intervjuer er utført for å undersøke fem nettselskapers strategier og kriterier for valg av overføringsteknologi, samt forskjeller i beredskap, drift og vedlikehold ved valgt teknologi. En teknisk-økonomisk analyse som kombinerer pålitelighetsanalyser (RELRAD-metoden) og nåverdiberegninger, undersøker endringer i pålitelighetsindikatorer og lønnsomhet ved å erstatte eksisterende luftledninger 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 et mål om å kable en gitt andel av nettet. Enkelte av nettselskapene har økonomiske retningslinjer for når kabel skal benyttes. Nettselskapene forsøker å optimalisere gravekostnadene gjennom samordning av kabelgrøft eller justering av trase. Erfaringene til nettselskapene antyder mer organisering og høyere kostnader for beredskap, drift og vedlikehold for luftledning enn for kabel. ROS-analyser som inkluderer klimaendringer er ikke godt implementert hos alle nettselskapene, det gjelder også tilpasning til fremtidige klimaendringer. Resultatene fra casestudiet viser at Case 4, kabling av alle seksjoner, gir best pålitelighet i form av redusert årlig mengde ikke-levert energi, avbrutt effekt, SAIFI, SAIDI og avbruddsvarighet. Besparelsene er størst for prognose 2 for økning i feilfrekvens. Lønnsomhetsanalysen viser derimot at 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, grøftekostnader og 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 of supply in the Norwegian distribution network. Extensive use of cables can make it possible to maintain a sufficient level of security of supply, even with greater environmental stresses in the future. The question is whether or not cabling of existing overhead lines can be achieved in a way that is socioeconomically.

Two different methods are used in this master thesis. Firstly, interviews of five distribution system operators (DSO) are performed to investigate strategies and criteria when choosing energy transmission technology. The interviews provide insight in pros and cons with chosen technology, as well as differences within radiness, operation and maintainance. Secondly, a technical-economic analysis is performed on an fictitious example network, by combining reliability analysis (RELRAD-method) and net present value calculations. A case study is carried 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 overhead lines 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. Some of them have economically guidelines for when cable is to be used. All five DSOs focus on excavation cost reduction, mainly by common cable trench with other cable owners. Based on experience it seems that costs for readiness, operation and maintenance are greater for overhead lines compared to cables. Climate change risk- and vulnerability analysis is not done 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, reaches the highest level of reliability as the annual energy not supplied (ENS), annual interrupted power, annual durration of outages, SAIFI and SAIDI are reduced. The reduction is greater for prognosis 2 of increase in fault frequency. Results from the economic analysis show in contrast that Case 0, continuation of overhead lines, gives the lowest total costs during the analysis period. All cases that includes cabling give negative present value and are not socioeconomically. This is due to high investment- and material costs, and the reduction in cost 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 economic analysis. On the other hand, scaling of these parameters, except for excavation costs, will affect the resulting reliability indices. It appears from the sensitivity analysis that the fault frequency for the overhead lines in the example network must increase to 0,231 failures per km 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 preferable for customers with high specific interruption costs.

The results indicate that cabling provides better reliability, but not necessarily lower total costs. However, better research on how climate changes impact the fault frequency, as well as implementation of strategies at the DSOs is required.