Sähköaseman päämuuntaja

Muuntajia valmistavan Trafotek Oy:n tehtaan sähkönkulutuksen avulla voidaan arvioida muuntajien valmistamiseen kuluvaa energiaa. Yritys valmisti vuonna 2008 noin 100 000 kuivamuuntajaa ja valmistukseen kului sähköenergiaa 2 300 000 kWh. Näin ollen yhdelle muuntajalle kohdistuu valmistusvaiheen energiankulutuksesta noin 23 kWh. Valmistettu-jen muuntajien keskiteho oli noin 10 kVA, joten energiaa kului noin 2,3 kWh/kVA. Lu-keman perusteella esimerkiksi 25 MVA muuntajan valmistusvaiheen energiankulutuksek-si voidaan arvioida 57 500 kWh ja CO2-päästöiksi noin 13 000 kg.

Kuljetus

Päämuuntaja kuljetetaan yleensä lavetin avulla suoraan sen käyttöpaikalleen tai välivaras-toon. Oletetaan, että 25 MVA muuntaja kuljetetaan suoraan käyttöpaikalleen 100 km päähän tehtaalta. Polttoainetta kuluu noin 40 l, joten energiaa kuluu muuntajan kuljetta-misessa noin 430 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 106 kg.

Käyttöönotto

• Tarvitaan: kuorma-auto nosturilla, työryhmäauto, pakettiauto, 2 asentajaa, asennusväli-neet ja tarvikkeet

• Kesto: muuntajan koosta riippuen useita tunteja (12-24 h)

Suunnittelijat käyvät pakettiautolla sähköasemalla ennen muuntajan asentamisajankohtaa, joten kilometrejä kertyy 40 ja polttoainetta kuluu 4,4 l. Energiaa kuluu noin 47 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 12 kg. Asentajat tulevat asennuspaikalle työryhmäautolla, jolla ajetaan kolmen päivän aikana keskimäärin 120 km. Näin ollen dieseliä kuluu yhteensä 20,4 l. Energiaa kuluu noin 219 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 54 kg. Nosturilla varus-tettu kuorma-auto ajaa työpäivän aikana 40 km ja on 6 h nosturikäytössä, joten polttoai-netta kuluu tällöin 76 l. Energiaa kuluu 815 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 202 kg.

Li-säksi energiaa kuluttavat asennuksessa tarvittavat laitteet, mutta näiden osuus on suhteel-lisen pieni. Yhden päämuuntajan asennukseen kuluu yhteensä noin 1 080 kWh energiaa ja CO2-päästöjä aiheutuu 270 kg.

Käytössä aiheutuvat häviöt

Muuntajien käytössä syntyy tyhjäkäyntihäviöitä ja kuormitushäviöitä. Tyhjäkäyntihäviöi-den suuruus riippuu muuntajan koosta ja sen ominaisuuksista. Tyhjäkäyntihäviöt ovat koko ajan samansuuruiset eivätkä ne riipu muuntajan läpi siirrettävästä tehosta. Kuormi-tushäviöt sen sijaan riippuvat muuntajan kuormituksesta eli siitä, kuinka paljon tehoa muuntajan läpi siirretään. Muuntajan vuotuinen tyhjäkäynnissä kuluttama energia voidaan laskea yhtälöllä (4.1) (Partanen 2008):

0 8760

missä P0 on nimellinen tyhjäkäyntihäviöteho, U jännite ja Un nimellisjännite. Muuntajan kuormitushäviöihin kuluva energia voidaan laskea yhtälöllä (4.2) (Partanen 2008):

h

missä S kuormitusteho, Sn nimellisteho ja Pkn nimellinen kuormitushäviöteho. Häviöiden huipunkäyttöaika tk voidaan laskea yhtälöllä (4.3) (Partanen 2008):

83 8760

Kun käytetään kuormituksen huipunkäyttöaikana 4400 h (Vatanen 1998), saadaan hävi-öiden huipunkäyttöajaksi 2 582 h. Muuntajan vuosittaiset kokonaisenergiahäviöt saadaan laskettua yhtälöllä (4.4):

hk h

h E E

E = ₀ + (4.4)

Taulukossa 1 on esitetty häviölaskennan tulokset 25 MVA 110/20 kV päämuuntajalle, jonka huippukuorman on ajateltu olevan 60 % nimellisestä ja ensiöjännitteen nimellisar-vossa. Energiahäviöiden kattamiseksi vaaditaan lisäsähköä, jonka tuottamisessa ja siirtä-misessä aiheutuu uusia teho- ja energiahäviöitä sekä CO2-päästöjä. Lisäksi verkkoyhtiö joutuu itse ostamaan häviöenergian sähkömarkkinoilta.

Taulukko 1. Muuntajan vuotuiset häviöenergiat sekä laskemisessa käytetyt parametrit (ABB TTT).

Muuntajan pitoajan ollessa 40 vuotta, kuluu energiaa käytön aikaisiin häviöihin yhteensä 9 150 MWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 2 080 t, jos muuntajan kuormitus pysyy koko ajan samana ja sähkön tuotantorakenne ei muutu. Toisaalta jos muuntajan kuorma kasvaisi 40 a pitoaikana noin r = 0,5 %/a voidaan syntyvän geometrisen sarjan summaan perustuen määrittää oletusta vastaava häviöenergia pitoajalta yhtälön (4.5) mukaan.

( )

Yhtälön (4.5) mukaan tyhjäkäynti häviöihin kuluisi em. oletuksin pitoaikana noin 5 431 MWh ja kuormitushäviöihin 4 592 MWh, eli yhteensä häviöihin menisi 10 023 MWh energiaa. Myöskään sähköntuotannon CO2 päästöjen ei voida olettaa pysy-vän vakioina koko pitoaikaa. Kun huomioidaan samanlaisena koko pitoajan ylitse tapah-tuva CO2-päästöjen vuosittainen vähentyminen c, voidaan päästöille kirjoittaa yhtälö (4.6)

missä co2 on sähköntuotannon ominaispäästöt tarkastelun ensimmäisenä vuonna (226 gCO2/kWh). CO2-päätöt riippuvat lineaarisesti kulutetusta energiasta. Jos sähkön-tuotannon CO2-päästöt vähenevät c = 5 %/a koko 40 a ajan kuormituksen samalla kas-vaessa 5 %/a, saadaan kuormitushäviöiden aiheuttamiksi päästöiksi 403 t ja tyhjäkäynti-häviöiden aiheuttamiksi päästöiksi 508 t, eli yhteensä päästöjä syntyisi 911 t.

Kunnossapito

Muuntajille tehdään erilaisia tarkastuksia ja huoltotoimenpiteitä kuten öljyanalyysejä vuo-sittain. Lisäksi muuntajalle tulisi tehdä kokonaisvaltainen kuntokartoitus kerran sen elin-kaaren aikana.(abb.fi) Oletetaan, että tarkastukset ja huoltotoimenpiteet tehdään kerran vuodessa. Muuntajan luo kuljetaan pakettiautolla, jolla ajetaan 40 km. Polttoainetta ku-luu yhteensä 4,4 l. Energiaa kuku-luu noin 47 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 12 kg.

Viankorjaus

• Tarvitaan: kuorma-auto nosturilla, kuorma-auto + lavetti, työryhmäauto, asennus-välineet ja tarvikkeet kun muuntaja joudutaan viemään pois käyttöpaikaltaan

• Kesto: Muuntajan irrotus paikaltaan 6-12 h, korjaus kestää vian laadusta riippuen useita viikkoja huoltohallissa

Asentajat tulevat paikalle työryhmäautolla, jolla ajetaan päivän aikana 40 km. Näin ollen dieseliä kuluu yhteensä 6,8 l. Energiaa kuluu noin 73 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 18 kg. Tyypillisesti muuntajaa ei voida korjata paikan päällä, tarvitaan nosturilla varustet-tu kuorma-auto, joka ajaa työpäivän aikana 40 km ja on 4 h nosvarustet-turikäytössä. Polttoainet-ta kuluu 56 l. Energiaa kuluu tällöin 600 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 149 kg. Lavetilla varustettu kuorma-auto ajaa päivän aikana yhteensä 40 km ja polttoainetta kuluu noin 20 l. Energiaa kuluu noin 214 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 53 kg. Kun muuntaja on kor-jattu, tuodaan se takaisin käyttöpaikalleen tai se korvataan vaihtokoneella irrotusvaihees-sa. Tähän kuluu suunnilleen saman verran energiaa kuin muuntajan irrotukseen. Energiaa kuluu yhteensä noin 1 775 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 441 kg. Keskeytystilastoinnin mukaan sähköasemilla on tapahtuneiden vikojen määrä keskimärin on 0,43 kpl/a eli 4,3 vikaa 10 vuodessa (Energiateol. 2007). Päämuuntaja on kuitenkin hyvin käyttövarma komponentti, joten suurin osa vioista voidaan ajatella tapahtuvan muissa komponenteis-sa. Luonnonilmiöiden osuus sähköaseman vioista on tilastoinnin mukaan 0,09 vikaa/a (Energiateol. 2007). Jos oletetaan tämän osuuden kohdistuvan pääosin päämuuntajille vikaantuisi päämuuntaja likimain kerran kymmenessä vuodessa. Tällä oletuksella kuluu muuntajien vian korjaukseen energiaa noin 160 kWh/a ja CO2-päästöjä aiheutuu noin 40 kg/a. Todellisuudessa myös osa luonnonilmiöiden aiheuttamista vioista kohdistuu muille sähköaseman komponenteille.

Käytöstä poistaminen

• Tarvitaan: kuorma-auto nosturilla, kuorma-auto + lavetti, työryhmäauto, 2 asentajaa, asennusvälineet ja tarvikkeet

• Kesto: 8-16 h

Asentajat tulevat paikalle työryhmäautolla, jolla ajetaan kahden päivän aikana 80 km.

Näin ollen dieseliä kuluu yhteensä 13,6 l. Energiaa kuluu noin 146 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 36 kg. Nosturilla varustettu kuorma-auto ajaa yhden päivän aikana yhteensä 40 km ja on nosturikäytössä 6 h. Polttoaineen kulutus on yhteensä noin 76 l dieseliä.

Energiaa kuluu noin 815 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 202 kg. Lavetilla varustettu

kuorma-auto ajaa päivän aikana yhteensä 40 km. Tähän kuluu polttoainetta noin 20 l.

Energiaa kuluu noin 214 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 53 kg. Energiaa kuluu yhteensä 1 180 kWh ja CO2-päästöjä aiheutuu 290 kg.

4.1.2 Sähköaseman kojeiston kenno