Pienjännitteisen tasasähkönjakelun hyödyntäminen ja siihen liittyvä tutkimus maailmalla

(1)

Kandidaatintyö 12.10.2015 LUT School of Energy Systems

Sähkötekniikka

PIENJÄNNITTEISEN TASASÄHKÖNJAKELUN HYÖ- DYNTÄMINEN JA SIIHEN LIITTYVÄ TUTKIMUS MAAIL-

MALLA

Utilization of low voltage DC distribution and related research activity globally

Tommi Huhtinen

(2)

TIIVISTELMÄ

Lappeenrannan teknillinen yliopisto LUT School of Energy Systems Sähkötekniikka

Tommi Huhtinen

Pienjännitteisen tasasähkönjakelun hyödyntäminen ja siihen liittyvä tutkimus maa- ilmalla

2015

Kandidaatintyö.

36 s.

Tarkastaja: DI Janne Karppanen

Tässä kandidaatintyössä selvitetään kirjallisuustutkimuksena, minkälaista tutkimusta maailmalla on tehty liittyen pienjännitteiseen tasasähkönjakeluun, sekä missä sovelluskohteissa sitä hyödynnetään. Työssä esitetään yleisimmät järjestelmärakenteet ja sovelluskoh- teet sekä organisaatiot, joiden on havaittu tutkivan tasasähkönjakelua kiinteistöissä, mic- rogrideissä tai julkisessa sähkönjakelussa.

Katsauksen perusteella havaittiin, että maailmalla on tehty erityisesti laskennallisia tutkimuksia ja simulointeja liittyen pienjännitteiseen tasasähkönjakeluun. Näkökulma on pää- asiassa ollut kiinteistöissä ja microgrideissä, vähäisemmässä määrin myös julkisissa säh- könjakeluverkoissa. Pienjännitteistä tasasähkönjakelua hyödynnetään, tai ainakin voitaisiin hyödyntää näissä kohteissa. Pääasiassa konseptilla on pyritty hakemaan kustannus- säästöjä ja toisaalta parantamaan hyötysuhdetta.

Ympäri maailmaa on käynnissä pilottihankkeita sekä kiinteistöihin, että julkiseen sähkön- jakeluun liittyen. Bipolaarinen ratkaisu näytti olevan yleisempi. Käytetyt ja tutkitut jännite- tasot vaihtelivat riippuen sovelluskohteesta – kiinteistön sisällä oli käytössä tasot pienois- jännitteestä aina 350–400 VDC jännitetasoon asti, ja sama 350–400 VDC oli selvästi suosittu jännitealue myös jakeluverkossa, mutta myös korkeampia jännitteitä, kuten 700–

750 VDC, oli käytössä.

(3)

ABSTRACT

Lappeenranta University of Technology LUT School of Energy Systems

Electrical Engineering Tommi Huhtinen

Utilization of low voltage DC distribution and related research activity globally

2015

Bachelor’s Thesis.

36 p.

Examiner: M.Sc. Janne Karppanen

In this bachelor’s thesis, it is examined by a literature review what kind of research related to low voltage direct current distribution has been done and where it is utilized globally.

The work presents the most common system structures, utilization environments and or- ganizations internationally which are active in the field of research related to direct current distribution in buildings, microgrids or public electricity distribution.

In the review, it was found that especially mathematical analyses and simulations related to low voltage direct current have been done. The research has mainly concentrated on direct current in buildings and microgrids, but also to some extent in public electricity distribution. Low voltage direct current is, or at least could be utilized in these cases. The main drivers in the utilization of low voltage direct current have been the improvements in terms of cost and energy efficiency.

There are several pilot projects going on related both to the building installations and public electricity distribution around the world. The most common system solution seems to be the bipolar one. The voltage levels were dependent on the application – in building installations the voltages ranged from extra low voltage to 350–400 VDC and the same 350–400 VDC was also favored in distribution, but higher voltages such as 700–750 VDC were also utilized.

(4)

SISÄLLYSLUETTELO

Käytetyt merkinnät ja lyhenteet ... 5

1. JOHDANTO ... 6

2. LVDC-SÄHKÖNJAKELUJÄRJESTELMÄ ... 6

2.1 Kannusteita tasasähkönjakelulle ... 7

2.2 Järjestelmärakenne ... 8

2.2.1 Unipolaari- ja bipolaarijärjestelmä ... 8

2.2.2 Jännitetasot ... 9

3. KIRJALLISUUSTUTKIMUS ...11

3.1 Kiinteistöt ...12

3.2 Microgridit ...18

3.3 Sähkönjakeluverkot ...20

3.4 Datakeskukset ...22

4. KÄYNNISSÄ OLEVIA TUTKIMUSHANKKEITA ...22

4.1 Center for Power Electronic Systems (CPES), Virginia Tech, USA ...22

4.2 Korean Electric Power Corporation (KEPCO), Etelä-Korea ...24

4.3 De Stroomversnelling, Alankomaat ...25

4.4 DC=DeCent, Alankomaat ...26

4.5 The Green Village, Technische Universiteit Delft, Alankomaat ...26

4.6 High Tech Campus (HTC), Eindhoven, Alankomaat ...26

4.7 Project Edison, University of Bath, Yhdistynyt kuningaskunta ...27

4.8 DC Components and Grid ...28

4.9 Elegant Power Application Research Center (EPARC), National Chung Cheng University (CCU), Taiwan ...30

5. KATSAUKSEN ANALYSOINTI ...31

6. YHTEENVETO ...31

LÄHTEET ...34

(5)

KÄYTETYT MERKINNÄT JA LYHENTEET

AC alternating current, vaihtosähkö CCU National Chung Cheng University

CHP combined heat and power, sähkön ja lämmön yhteistuotanto DC direct current, tasasähkö

DCC+G DC Components and Grids

EMI electromagnetic interference, sähkömagneettinen häiriö EPARC Elegant Power Application Research Center

EU Euroopan Unioni

HTC High Tech Campus

IEC International Electrotechnical Commission, kansainvälinen sähköalan standardisoimisjärjestö

IISB Institut für integrierte Systeme und Bauelementetechnologie

IT maadoitusjärjestelmä, kaikki jännitteiset osat on eristetty maasta tai yksi piste yhdistetty maahan impedanssin kautta.

KEPCO Korean Electric Power Corporation LED light emitting diode, hohtodiodi

LVAC low voltage alternating current, pienjännitteinen vaihtosähkö LVDC low voltage direct current, pienjännitteinen tasasähkö

MPPT maximum power point tracking, maksimitehopisteen seuranta MVAC medium voltage alternating current, keskijännitteinen vaihtosähkö

PELV protective extra-low voltage, sähköjärjestelmä, jossa jännite ei voi ylittää pienoisjännitettä yhden vian tapauksessa, pl. maasulut toisissa piireissä SELV safety extra-low voltage, sähköjärjestelmä, jossa jännite ei voi ylittää pie-

noisjännitettä yhden vian tapauksessa, ml. maasulut toisissa piireissä SHS Solar Home System, kodin aurinkopaneelijärjestelmä

TN maadoitusjärjestelmä, yksi piste on maadoitettu suoraan teholähteessä TN-S maadoitusjärjestelmä, yksi piste on maadoitettu suoraan teholähteessä ja

sähkölaitteiston jännitteelle alttiit osat on yhdistetty tähän pisteeseen suojajohtimilla, erilliset nolla- ja suojajohtimet

USB Universal Serial Bus

VAC volts of alternating current, vaihtojännite, volttia VDC volts of direct current, tasajännite, volttia

(6)

1. JOHDANTO

Pienjännitteiseen tasasähkönjakeluun (low voltage direct current, LVDC) liittyvän tutkimuksen on havaittu yleistyvän ympäri maailmaa, aina 2000-luvun taitteesta erityisesti viime vuosiin. Samalla erilaiset pilottiasennukset ja laajamittaisempi hyödyntäminen on li- sääntynyt. Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan pienjännitteisen tasasähkönjakelun ja tasasähköverkkojen hyödyntämistä sekä siihen liittyvää tutkimusta maailmalla. Työ on luonteeltaan kirjallisuustutkimus. Työn tavoitteena on selvittää, mitkä organisaatiot ovat tehneet ja tekevät pienjännitteiseen tasasähkönjakeluun liittyvää tutkimusta, missä sovelluskohteissa LVDC:tä hyödynnetään, sekä minkälaisia erilaisia teknisiä ratkaisuja on tehty järjestelmärakenteeseen, jännitetasoon ja suojaukseen liittyen. Lappeenrannan teknillisel- lä yliopistolla tehtyyn LVDC-tutkimukseen ei tässä työssä paneuduta, vaan tarkoitus on saada näkemys ja tehdä lyhyt katsaus muista toimijoista ja sovelluskohteista.

Seuraaviin kysymyksiin etsitään vastauksia:

 Mikä on LVDC-järjestelmän perusrakenne ja toteutus?

 Mitä kannusteita on LVDC-järjestelmille erilaisissa sovelluskohteissa verrattuna AC-järjestelmään (alternating current, vaihtosähkö)?

 Minkälaista tutkimusta LVDC-järjestelmiin liittyen on tehty maailmalla?

 Missä LVDC:tä hyödynnetään aktiivisesti, tai voitaisiin hyödyntää?

2. LVDC-SÄHKÖNJAKELUJÄRJESTELMÄ

Perinteisesti sähkönjakelu on toteutettu vaihtosähköverkkojen kautta. Sähkönjakelussa tasajännitettä ei ole hyödynnetty johtuen tasasähköjärjestelmien korkeista kustannuksista, jotka ovat johtuneet muun muassa tehoelektroniikkalaitteiden kalleudesta (Siltala 2007).

Tasasähköä on sen sijaan käytetty sähkönsiirrossa pitkillä siirtomatkoilla tai haluttaessa erottaa vaihtosähköjärjestelmät toisistaan (Mäkitalo 2008). Esimerkiksi Suomen ja Ruotsin välillä on kaksi tasasähköyhteyttä: 550 MW Fennoskan 1 ja 800 MW Fennoskan 2, sekä Suomen ja Viron välillä 350 MW Estlink 1 ja 650 MW Estlink 2 (Fingrid 2015). Lisäksi Suomen ja Venäjän välillä on niin kutsuttu Viipurin linkki, joka nykyisellään mahdollistaa kahdensuuntaisen tehonsiirron (Fingrid 2014).

Viime aikoina tehoelektroniikan hinnat ovat kuitenkin laskeneet (Teknologiateollisuus 2015), tekniikka kehittynyt, ja tasasähkötutkimus kokenut eräänlaisen uudelleensyntymi- sen. Tasasähköverkothan eivät sinänsä ole uusi ajatus – Paavolan (1975) mukaan Suo- men ensimmäiset pienjännitejakeluverkot toteutettiin kolmijohtimisina eli bipolaarisina

±110 V:n, ±120 V:n ja ±220 V:n tasasähköjärjestelminä, erityisesti kaupungeissa. Vaih- tosähköjärjestelmään siirryttiin 1900-luvun alkupuolella muun muassa paremman tehon-

(7)

siirron ja kolmivaiheisen epätahtimoottorin tehokkuuden takia, kun sähkönjakelua laajen- nettiin maaseudulle.

Suomeakin koskevat ilmastosopimukset ajavat fossiilisten polttoaineiden käytön ja synty- vien päästöjen vähentämiseen. Lisäksi esimerkiksi EU (Euroopan Unioni) on asettanut vuonna 2007 tavoitteekseen vähentää kasvihuonekaasupäästöjä 20 % vuoden 1990 ta- sosta, nostaa uusiutuvan energiantuotannon osuus 20 %:iin ja nostaa energiatehokkuutta 20 % vuoteen 2020 mennessä (Euroopan komissio 2014). Siksi uusiutuvan energian tuotantoa halutaan lisätä ja toisaalta kehittää nykyisten käytössä olevien järjestelmien energia- ja kustannustehokkuutta.

LVDC-järjestelmiä voidaan soveltaa erilaisiin käyttökohteisiin: julkisiin sähkönjakeluverk- koihin, datakeskuksiin, sähköautoihin, hajautetun ja uusiutuvan energian tuotantoon, teol- lisuuskäyttöihin sekä kiinteistöihin (Kaipia et al. 2013). Tässä työssä keskitytään nimenomaan kiinteistöihin ja julkisiin sähkönjakeluverkkoihin.

2.1 Kannusteita tasasähkönjakelulle

Tasasähkönjakelulla voidaan parantaa sähkönkäyttäjän sähkön laatua, lisätä energiatehokkuutta ja pienentää sähköverkon verkkoyhtiölle aiheuttamia kustannuksia (Mäkitalo 2008). Lisäksi häviöt pienenevät ja järjestelmän luotettavuus sekä hajautetun tuotannon ja DC-kuormien (direct current, tasasähkö) liitettävyys paranee (Shuai et al. 2013).

Samalla poikkipinnalla voidaan kuljettaa suurempi teho kuin vaihtojännitteellä (Kaipia et al. 2007). Toisaalta tällöin saman tehon kuljettamiseen vaaditaan pienempi johdon poikkipinta-ala, mikä tuo kustannussäästöjä. Toimitusvarmuutta voidaan parantaa, kun pienjän- niteverkkoa voidaan tasajännitteellä rakentaa kasvaneen siirtokapasiteetin johdosta pi- demmälle matkalle ja vastaavasti häiriöherkän, avojohdoin toteutetun, keskijänniteverkon pituus jää lyhyemmäksi, jos saneeraus tehdään kaapelointina. Monissa maissa sähkönja- keluverkoissa on uudistamistarpeita, ja tarvittavat investoinnit suuria. Tässä yhteydessä onkin siksi kannattavaa tutkia myös vaihtoehtoisia tekniikoita, kuten pienjännitteistä ta- sasähkönjakelua. Sähkönjakeluverkkojen lisäksi tasasähköllä on muitakin sovelluskohteita, jolloin laajamittaisempi tasasähkön hyödyntäminen voi tuoda lisää säästöjä ja etuja.

Tasasähköverkkoon voidaan myös kytkeä energiavarastoja, jotka huolehtisivat sähkön- syötöstä lyhytaikaisten häiriöiden aikana. Esimerkiksi Suomessa suurin osa tapahtuvista sähkökatkoista on alle tunnin mittaisia (Energiateollisuus 2014), joten akustolla voitaisiin parantaa sähkönsyötön varmuutta juuri tällaisissa tapauksissa. Toisaalta, LVDC-tekniikka yhdessä hajautettujen energiaresurssien kanssa mahdollistaa myös sellaisten alueiden

(8)

sähköistämisen, joissa ei ole mahdollista tai järkevää toteuttaa kytkentää olemassa olevaan sähkönjakeluinfrastruktuuriin.

Elektroniikka on esimerkiksi kotitalouksissa lisääntynyt valtavasti. Kun vaihtosähköverkko- ja aikanaan rakennettiin Suomeen, ei nykyaikaista kodin elektroniikkaa ollut olemassa.

Nykyisin kodeista löytyy useita laitteita, kuten tietokoneita, viihde-elektroniikkaa ja LED- valaisimia (light emitting diode, hohtodiodi), jotka käyttävät sisäisesti tasajännitettä. Vaih- tojännite on siten tasasuunnattava jokaiseen laitteeseen erikseen. Mikäli näitä laitteita voitaisiin sen sijaan syöttää suoraan tasajännitteellä ja hoitaa tasasuuntaus keskitetysti, voitaisiin saavuttaa säästöjä kokonaishyötysuhteen nousun kautta. Seo et al. (2011) mukaan yhteinen tasasuuntaaja voi nostaa järjestelmän hyötysuhdetta useilla prosenteilla verrattuna erillisiin tasasuuntaajiin. Ongelmaksi muodostuukin jännitetason valinta – kaikkia mahdollisia laitteita ei voida syöttää samalla jännitteellä, ovathan esimerkiksi liesi ja tieto- kone tehonkulutukseltaan melko erilaisia. Korkea jännitetaso ei sovellu kaikkiin kohteisiin sähköturvallisuudenkaan kannalta. Matala jännitetaso taas nostaisi suurella kuormalla kaapelien virtaa, jolloin johtimien poikkipinta-alaa täytyisi mahdollisesti kasvattaa. Toisaal- ta useampi jännitetaso tasajännitemuuntajineen nostaa sekin järjestelmän kustannuksia, jolloin hyöty verrattuna vaihtosähköjärjestelmään vähenee tai jopa menetetään.

2.2 Järjestelmärakenne

Tasasähkönjakelujärjestelmien rakenne ja toteutus poikkeaa vaihtosähköjärjestelmästä.

Lisäksi yhdenmukaisten standardien puute on johtanut moniin erilaisiin teknisiin ratkaisui- hin ja jännitetasoihin. Yleisimmät järjestelmärakenteet ovat unipolaari- ja bipolaarijärjes- telmät.

2.2.1 Unipolaari- ja bipolaarijärjestelmä

Yleisimmät järjestelmärakenteet ovat unipolaarinen ja bipolaarinen. Unipolaarinen järjes- telmä tarkoittaa kaksijohtimista ratkaisua, jossa on yksi jännitetaso. Bipolaarisessa järjes- telmässä tasoja on kolme, joista kaksi on yhtä suuressa, mutta vastakkaissuuntaisessa jännitetasossa nollajohtimeen nähden (kuva 2.1). (Vargas 2013)

Bipolaarisen järjestelmän etuna on, että käytettävissä on ilman eri muunnoksia heti kaksi jännitetasoa. Pienemmälle jännitteelle laite kytketään plus- tai miinus- ja nollatason välille, ja suurempaa jännitettä tarvittaessa voidaan laite kytkeä plus- ja miinusnapojen välille.

Toisaalta Kaipia et al. (2006) mukaan kytkentä plus- ja miinusnapojen välille nostaa tarvit- tavan tehoelektroniikan kustannuksia johtuen korkeammasta jännitteestä. Unipolaarijär- jestelmä on yksinkertaisempi, mutta sen tehonsiirtokyky on pienempi. Sama suuntaaja- tekniikka käy molempiin järjestelmiin (Mäkitalo 2008).

(9)

Kuva 2.1. Tasasähköjärjestelmä voi olla kahden jännitetason bipolaarinen järjestelmä, tai yhden jännitetason unipolaarinen järjestelmä.

2.2.2 Jännitetasot

Muun muassa Euroopan unionin pienjännitedirektiivin 2006/95/EY asettama yläraja pien- jännitteelle on 1500 V, kun kyseessä on tasasähkö (2006/95/EY). Tämä tarkoittaa, että unipolaarinen tasasähköjärjestelmä voi olla jännitteeltään korkeintaan 1500 V ja bipolaarinen ±750 V. Lisäksi standardi SFS-IEC 60449 asettaa rajoituksen, että maadoitetussa järjestelmässä johtimen ja maan välinen jännite saa olla enintään 900 VDC (volts of direct current, tasajännite, volttia) (SFS-IEC 60449, 2007). Kuitenkaan tasasähkönjakelujärjes- telmien jännitetasoihin ei ole juuri vielä olemassa standardeja ja ehdotetut jännitetasot vaihtelevat kiinteistöjen sisäisestä 24 V:sta jakeluverkkojen bipolaariseen ±750 V:iin ja unipolaariseen 1400 V:iin (Redfern 2014; Salonen et al. 2008; Vargas 2013). Tosin kan- sainvälinen standardointiorganisaatio IEC (International Electrotechnical Commission) on perustanut ryhmän SEG 4, jonka tavoitteena on kehittää LVDC-järjestelmiiin liittyvää standardointia (IEC 2015). Lisäksi yhteenliittymä EMerge Alliance^® on kehittänyt standardit, joissa datakeskusten jännite on 380 VDC ja muiden tilojen, kuten toimistojen, 24 VDC (Emerge Alliance 2014a, Emerge Alliance 2014b). Vargas (2013) ehdottaa bipolaarista

±350 V:n järjestelmää rakennuksiin ja ±700 V:n järjestelmää laajempaan jakeluun, perus- tuen sen sopivuuteen erilaisille kuormille ja lähteille, sekä laajentamismahdollisuuksiin.

Suurempi jännite takaisi siis pienemmät siirtohäviöt ja jännitteenaleneman, mutta vaatisi enemmän jännitteen muunnoksia alaspäin, mikäli tasasähköä haluttaisiin syöttää esimerkiksi kiinteistöihin sisään ja tarvittaisiin useampia jännitetasoja. Alle 120 V:n sykkeetön tasajännite eli pienoisjännite olisi monissa tapauksissa turvallinen jo sinänsä, mutta se ei sovellu pitkän matkan siirtoon. Alle 120 V:n jännitettä on tutkinut muun muassa Pellis (1997).

Pienoisjännitejärjestelmistä SELV (safety extra-low voltage) on maasta erotettu ja PELV (protective extra-low voltage) voidaan tarvittaessa maadoittaa muuntajan toisiosta. Käytet- täessä pienoisjännitettä saavutetaan tiettyjä etuja, kun jännite on tarpeeksi pieni.

(10)

SFS 6000-4-41 -standardin (2012) mukaan peruseristystä ei vaadita kuivissa olosuhteissa SELV- tai PELV-piireiltä, kun käytetään alle 60 V:n tasajännitettä, ja PELV-järjestelmää käytettäessä jännitteelle alttiit tai jännitteiset osat on lisäksi kytketty päämaadoituskiskoon.

Peruseristystä ei vaadita muissakaan tapauksissa, mikäli tasajännite on alle 30 V.

Alla olevassa taulukossa 2.1 on esitetty eri jännitevaihtoehtoja ja huomioita niiden vaiku- tuksista tasasähköjärjestelmässä.

(11)

Taulukko 2.1. Eri jännitetasovaihtoehtoja käytettäväksi pienjännitteisessä tasasähköverkossa.

(Emerge Alliance 2014a; Emerge Alliance 2014b; Emhemed & Burt 2013; Sannino et al. 2003; SFS-IEC 60449, 2007)

Käytettävä jännite Jännite VDC Huomioita

Unipolaarinen Bipolaarinen

Standardien yläraja 1500 ±750 Suuri siirtokapasiteetti ja pienet häviöt.

Vaatii jännitteen muunnoksia alaspäin, mikä lisää järjestelmän kustannuksia.

SFS-IEC 60449 (2007) mukaan maa- doitetun järjestelmän johtimen ja maan välillä jännite saa olla enintään 900 VDC.

380 ±380 Emergen standardi datakeskuksille.

Joitain laitteita voitaisiin syöttää suoraan kyseisellä jännitteellä.

230 V vaihtojännitteen huippuarvo

326 ±326 Monien laitteiden tasasuuntaajan ulos- tulojännite on 326 VDC. Tämä jännite- taso mahdollistaisi niiden laitteiden syöttämisen suoraan. Vaatisi vähem- män muunnoksia kuin korkeammat jän- nitteet, mutta myös siirtokapasiteetti olisi pienempi.

Nykyinen vaihejännite 230 V

230 ±230 Järjestelmään voitaisiin kytkeä suoraan kaikki resistiiviset kuormat, kuten läm- mittimet.

Pienoisjännite 48 ±48 Pienoisjännite on turvallinen ja sillä voidaan syöttää monia laitteita, kuten LED-valaisimia. 24 V on Emergen standardi. Ei sovellu kuin kiinteistön sisäiseen jakeluun suurten häviöiden takia.

24 ±24

3. KIRJALLISUUSTUTKIMUS

LVDC-järjestelmistä on tehty maailmalla useita tutkimuksia. Tutkimukset vaihtelevat las- kelmista, simuloinneista ja laboratorioihin rakennetuista koejärjestelmistä laajamittaisem- paan pilotointiin ja hyödyntämiseen. Osa toimijoista on edelleen aktiivisia. Käynnissä olevia tutkimus- ja rakennushankkeita on listattu erikseen luvussa 4.

(12)

3.1 Kiinteistöt

Elektronisten laitteiden ja hajautetun uusiutuvan energiantuotannon lisääntyminen kan- nustaa tutkimaan mahdollisuutta käyttää kiinteistöissä kokonaan tasasähköllä toteutettua sähkönsyöttöä. Näin järjestelmästä saataisiin yksinkertaisempi ja häviöiden määrä voisi pienentyä.

Monissa tutkimuksissa on vertailtu nykyistä 230 V:n vaihtosähköjärjestelmää uni- tai bipolaariseen tasasähköjärjestelmään eri jännitetasoilla kiinteistöjen sähkönsyötössä. Boeke &

Wendtin (2011) tekemässä selvityksessä vertailtiin eri järjestelmien aiheuttamia häviöitä, kun johdolla siirrettiin vakioteho. Lisäksi oletettiin tehokertoimen olevan yksi, eli vertailu- kohteena olleessa vaihtosähköjärjestelmässä siirrettiin vain pätötehoa. Havaittiin, että käytettäessä unipolaarista 380 V:n tasasähköjärjestelmää yksivaiheisen 230 V:n vaih- tosähköjärjestelmän sijaan, voi johdon poikkipinta-ala olla huomattavasti pienempi kuin AC:n tapauksessa. Siirrettäessä sama teho samoilla häviöillä voitiin johdon poikkipinta- alaa pienentää 63 %. Vertailtaessa 3-vaiheista 230 V:n vaihtosähköjärjestelmää bipolaariseen ±380 V:n tasasähköjärjestelmään, voitiin 20 % pienemmällä määrällä johdinmateri- aalia kuljettaa 35 % suurempi teho 20 % pienemmillä häviöillä, tai vastaavasti pienentää johtimien poikkipinta-alaa 56 %.

Myös pienempään jännitteeseen liittyen on tehty tutkimusta. Arafat & Amin (2011) tutkivat 24 V:n ja 48 V:n tasasähköjärjestelmän kokonaistehonkulutusta ja häviöitä verrattuna 230 V:n järjestelmään (kuva 3.1). Normaalissa 230 V:n vaihtosähköjärjestelmää käyttä- vässä taloudessa aurinkoenergian tai pientuulivoiman syöttö verkkoon vaatii useita tasa- tai vaihtosuuntauksia ja aiheuttaa siten häviöitä, joita voidaan pienentää käyttämällä ta- sasähköverkkoa (Arafat & Amin 2011).

Tutkimuksessa kulutuskojeiksi valittiin yleisiä kodin laitteita, kuten valaistus, sekä kylmä- ja pesukoneet ja viihde-elektroniikkaa. Lisäksi oletettiin, että sisäisesti tasasähköä käyttä- viä laitteita voitiin syöttää suoraan tasasähköverkkoon ilman jännitteen muuntamista.

24 V:n järjestelmässä häviöt olivat suurimmat, mutta kokonaisenergiankulutus pienempi kuin 230 V:n vaihtosähköjärjestelmässä. 48 V:n järjestelmän käyttö pienensi kustannuksia edelleen.

(13)

Kuva 3.1. Järjestelmämallit 230 V:n vaihtosähköjärjestelmälle, sekä tasasähköjärjestelmälle, jonka jännitetaso olisi 24 tai 48 V. Tasasähköverkkoon on kytketty pientuotantoa, kuten polt- tokennoja, aurinkopaneeleja ja pientuulivoimaa, sekä energiavarasto. (Arafat & Amin 2011)

Toisaalta Sannino et al. (2003) tutkivat vaihtojänniteverkon korvaamista tasasähköllä toi- mistoissa ja kaupallisissa rakennuksissa jännitetasoilla 48 V, 120 V, 230 V ja 326 V. Tut- kimuksessa havaittiin, että 48 V:n järjestelmällä nykyisten poikkipinta-alojen käyttö aiheuttaa liian suuren (yli 5 %) jännitteenaleneman, eikä siten sovellu korvaamaan vaihtosähkö- järjestelmää. Lisäksi lähes kaikissa tapauksissa johdon suurin sallittu virta ylittyi.

(14)

Sannino et al. (2003) mukaan paremmin soveltui 120 V:n järjestelmä, mutta siinäkin suurin sallittu virta ja jännitteenalenema ylittyivät joissakin tapauksissa. 230 V:n järjestelmäs- sä tehohäviöt olivat hiukan pienemmät kuin vastaavassa vaihtosähköjärjestelmässä.

326 V:n järjestelmä soveltui kaikkein parhaiten. Suuria tehoja pystyttiin syöttämään myös nykyisillä poikkipinnoilla. Lisäksi se oli taloudellisten laskelmien mukaan kannattavin vaih- toehto.

Waeckerlé (2011) mukaan pienoisjännite ei sovellu edes kiinteistöjen sisäiseen jakeluun nykyisin käytettävillä yleisimmillä poikkipinta-aloilla, 1,5 mm² ja 2,5 mm². Waeckerlé tutki jännitteitä 12, 24, 48, 120, 230 ja 326 V. Häviöiden kannalta jännitteen tulisi olla vähintään 120 VDC, mutta 326 V:n järjestelmä oli kannattavin.

Webb (2013) vertasi kahden jännitetason, 380 V:n ja 24 V:n, tasasähköjärjestelmää amerikkalaiseen AC-järjestelmään, jossa jännitetasot ovat 120 V ja 240 V. Tutkimuksen tuloksena oli, että DC-järjestelmää käyttämällä häviöt pienenivät 43 %.

Seo et al. (2011) ovat kehittäneet konseptin asuinrakennusten tasasähköjärjestelmästä (kuva 3.2), jota esitetään ratkaisuksi parantaa järjestelmän tehokkuutta. Järjestelmän pääasiallinen jännite olisi 380 VDC perusteenaan turvallisuus, tehokkuus, soveltuvuus ja kustannukset. Seo et al. (2011) mukaan DC-järjestelmä soveltuu paremmin nimenomai- sesti kohteisiin, joissa käytetään ensisijaisesti DC-laitteita. Lisäksi uusiutuvaa energiantuotantoa ja energiavarastoja on helpompi kytkeä järjestelmään, kun muun muassa suun- tausten määrää ja siten niiden aiheuttamia häviöitä voidaan vähentää. Esimerkiksi aurin- kovoimaa käytettäessä voidaan monissa tapauksissa erilaisia muunnosvaiheita vähentää puoleen AC-järjestelmään verrattuna. Lisäksi sähköautoa voidaan käyttää energiavarastona.

Järjestelmää simuloitiin MATLAB^® SIMULINK^®illa. 10 kW:n tasasuuntaaja koostui kolmes- ta 3,3 kW:n moduulista, minkä avulla saavutetaan osakuormalla parempi hyötysuhde.

Verrattuna AC-järjestelmään saavutetaan AC-jakelulla varustetulla DC-järjestelmällä 1,5 prosenttiyksikön kasvu ja täys-DC-järjestelmällä 4,7 prosenttiyksikön kasvu järjestel- män kokonaishyötysuhteessa. Nämä järjestelmävaihtoehdot on esitetty kuvan 3.3 kohdis- sa c) ja d). (Seo et al. 2011)

(15)

Kuva 3.2. Talon sisäinen DC-järjestelmä. Talon DC-järjestelmässä on uusiutuvan energian tuotantoa, sekä energiavarasto. Järjestelmä on kytketty julkiseen AC-jakeluverkkoon. (Seo et al.

2011)

(16)

Kuva 3.3. Eri järjestelmävaihtoehtoja kiinteistön sähkönjakeluun: a) AC-järjestelmä, b) AC-/DC- hybridi, c) DC-järjestelmä AC-jakelulla, d) DC-järjestelmä. (Seo et al. 2011)

Tasasähkönjakelua asuinrakennuksissa on tutkinut myös muun muassa Webb (2013).

Järjestelmässä olisi kaksi jännitetasoa: 380 V ja 24 V. 380 V:n jännitetasoa perustellaan Emergen standardilla, mikä helpottaa eri laitteiden jatkokehitystä ja 24 V:n jännitetasoa turvallisuussyillä. Korkeampaa 380 V:n jännitetasoa käyttävät suuritehoiset laitteet, kuten ilmastointi ja 24 V:n jännitettä pienitehoiset, kuten TV ja valaistus. Järjestelmää syötetään julkisesta sähkönjakeluverkosta pienjännitteellä, ja lisäksi sitä on mahdollisuus laajentaa muun muassa aurinkopaneelein ja tuuliturbiinein sekä akulla. Webbin mukaan DC- järjestelmää käyttämällä voidaan tasasuuntaus poistaa ja siten laitteet eivät valmiustilassa enää kuluta sähköä.

Häviöt järjestelmässä koostuvat pääasiassa verkon jännitteen tasasuuntauksesta, johto- jen resistanssista, sekä jännitteen muuntamisesta 380 V:n ja 24 V:n jännitetasojen välillä.

Kuitenkin verrattuna amerikkalaiseen AC-järjestelmään, jossa jännitetasot ovat 120 VAC (volts of alternating current, vaihtojännite, volttia) ja 240 VAC, häviöt pienenivät yli 40 %.

Webbin tutkiman tasasähköjärjestelmän rakenne on esitetty kuvassa 3.4. (Webb 2013)

(17)

Kuva 3.4. Tasajännitejärjestelmä kiinteistön sähkönsyöttöön. Tasajännitteinä ovat 380 V:n ja 24 V:n jännitteet. Lisäksi järjestelmään on mahdollista kytkeä uusiutuvaa energiantuotantoa sekä energiavarasto. Järjestelmää syötetään julkisesta sähkönjakeluverkosta.

(Webb 2013)

Vargas (2013) mukaan 700 V:n unipolaarinen tai ±350 V:n bipolaarinen järjestelmä on erityisesti häviöiden minimoimisen kannalta paras ratkaisu. 24 V:n, 48 V:n ja 120 V:n järjes- telmät rajoittuvat suhteellisesti alhaiselle tehoja siirtoalueelle. Lisäksi 350 V:n järjestelmä on joustava erilaisten kuormien liittämiseen. (Vargas 2013)

Tasasähköjärjestelmien turvallisuuden ja suojauksen tutkiminen verrattuna vaihtosähkö- järjestelmiin on oleellista ennen järjestelmien käyttöönottoa. Esimerkiksi Noritake et al.

(2009) ovat analysoineet 400 V:n tasasähköjärjestelmän turvallisuutta. Kyseistä jänniteta- soa käytetään muun muassa datakeskusten syöttämiseen energiansäästön saavuttami- seksi. Tasasähköjärjestelmät, kuten vaihtosähköjärjestelmätkin, tarvitsevat sekä perus- suojauksen, eli suojauksen jännitteisiltä osilta normaalissa käyttötilanteessa, että vi- kasuojauksen, eli suojauksen vian sattuessa. Vikatapauksessa syntyvän vikavirran suu- ruus taas riippuu oleellisesti järjestelmän maadoitusratkaisusta. Maadoitus voi olla toteutettu suoraan tai korkean impedanssin kautta, tai verkko voi olla kelluva, toisin sanoen maadoittamaton. (Noritake et al. 2009)

(18)

Maadoitetussa TN-järjestelmässä kosketusjännitteet saattavat vikatapauksessa nousta liian suuriksi. Toisaalta vikavirrat ovat riittäviä oikosulun tai maasulun havaitsemiseen.

Maadoittamattomassa IT-järjestelmässä kosketusjännitteet jäävät pienemmiksi verrattuna maadoitettuun, eli se on käyttäjän kannalta turvallisempi. Sen sijaan eristysvian havaitse- minen voi olla hankalampaa pienemmäksi jäävien vikavirtojen takia. (Noritake et al 2009, Lulu et al. 2013)

Kiiinteistöjen tasasähköverkkoihin liittyviä hankkeita ovat muun muassa Virginia Techin projekti Yhdysvalloissa sekä Stroomversnelling Alankomaissa. Projekteja on esitelty tarkemmin luvussa 4.

3.2 Microgridit

Microgrid on sähkönjakelujärjestelmän osa, joka voi toimia tarvittaessa julkisesta verkosta irti omana saarekkeenaan. Microgridissä on tällöin oltava omia energianlähteitä, joita ovat tavallisesti hajautettu uusiutuvan energian tuotanto, kuten aurinko- ja tuulivoima, sekä energiavarasto. Näin se kykenee syöttämään sähköä myös sähköverkon häiriöiden aikana. (Hatziargyriou et al. 2007, Katiraei et al. 2005)

Kakigano et al. (2006) ovat esittäneet mallin tasasähköllä toteutetusta microgridistä ja si- muloineet kuvan (3.5) mallia PSCAD™/EMTDC™-ohjelmistolla. Syöttävän vaihtosähkö- verkon 6,6 kV:n jännite muunnetaan ensin 230 V:iin, minkä jälkeen se tasasuunnataan 170 V:n bipolaariseen tasasähköverkkoon. Järjestelmään on kytketty kaasumoottori, akku, sekä aurinkopaneeleja, joita ohjataan maksimitehopisteenseurantayksikön (maximum power point tracker, MPPT) kautta. Järjestelmän loppupäässä on vaihtosuuntaajat, joilla jän- nite vaihtosuunnataan 3-vaiheiseksi 200 V:n tai 1-vaiheiseksi 100 V:n jännitteeksi. Lisäksi järjestelmästä on mahdollista saada 100 V:n tasajännitettä syötettäväksi kuormille.

Kakigano et al. (2006) mukaan erilliset suuntaajat parantavat sähkönsyötön varmuutta:

yhdessä kuormassa tapahtuva vika ei vaikuta muihin kuormiin. Lisäksi, mikäli syöttävässä vaihtosähköverkossa tapahtuu vika, voidaan tasasähköverkko eristää omaksi saarek- keekseen ja näin mahdollistaa katkeamaton sähkönsyöttö. Mikäli sähköä ei ole käytettä- vissä tarpeeksi, verkko voi kytkeä vähemmän olennaisia kuormia irti.

Järjestelmän simulointi oli tehty oletetulla 20 kW:n kuormalla ja 30 kW:n syöttävällä teholla. Ylijääneellä 10 kW:n teholla ladattiin akkua. Akun energian ylittäessä 5 kWh kytkettiin kaasumoottori pois päältä, ja energian alittaessa 2 kWh se kytkettiin päälle. Simuloinnin tarkoituksena oli nimenomaan tutkia transientteja kaasumoottorin kytkeytyessä päälle ja

(19)

pois. Simuloinnin tuloksena havaittiin, että tasajänniteverkon jännite pystyttiin pitämään vakiona muutostilanteissa. (Kakigano et al. 2006)

Kuva 3.5. Kakiganon et al. (2006) mallintama ja simuloima DC-microgrid. Tasajänniteverkon jänni- te on ±170 V, ja ulostuloina ovat 100 VDC:n lisäksi 3-vaiheinen 200 VAC ja 1- vaiheinen 100 VAC.

Sarker et al. (2012) mukaan yksi kestävä strategia uusiutuvien energiavarojen käyttöön ja energiatehokkuuden parantamiseen energian siirrossa ja muunnossa on erillisten kluste- reiden luominen, jotka vastaavat tarvitsemansa energian tuottamisesta. Sarker et al. tutkivat DC-microgridiä (kuva 3.6) harvaan asuttujen alueiden sähköistämiseen. Verkkoon kyt- ketään yksittäiset aurinkopaneelijärjestelmät (Solar Home System, SHS), joita on käytös- sä muun muassa Etelä-Aasiassa ja Afrikassa. DC-järjestelmän käyttöä perusteltiin piene- nevillä energiahäviöillä ja aurinkopaneelien sekä energiavarastojen helpolla liitettävyydel- lä. Kuluttajan jännite on 24 VDC ja jakeluverkon 120 VDC. Järjestelmää simuloitiin SIMU- LINK^®illa. (Sarker et al. 2012)

(20)

Kuva 3.6. Sarker et al. (2012) mukainen 120 V:n DC-microgrid.

3.3 Sähkönjakeluverkot

Nilsson & Sannino (2004) tutkivat mahdollisuutta korvata pienjännitteistä 400 V:n vaih- tosähkönjakeluverkkoa (low voltage alternating current, LVAC) 325 V:n tasasähköverkolla sekä 20 kV:n keskijänniteverkkoa (medium voltage alternating current, MVAC) bipolaarisella ±16 kV:n keskijännitteisellä tasasähköllä (kuva 3.7). Kyseisten jännitetasojen valinta mahdollistaa samojen kaapeleiden käytön, kuin AC-järjestelmässäkin. Tutkimuksessa ver- rattiin sekä kaapeleissa tapahtuvia häviöitä, että muuntamis- ja suuntaamishäviöitä.

Tutkimustulosten mukaan AC/DC-hybridijärjestelmässä hyötysuhde 1 prosenttiyksikön verran matalampi kuin vastaavassa AC-järjestelmässä. Mikäli myös keskijänniteverkko korvattiin DC:llä, oli hyötysuhde 0,5 prosenttiyksikköä matalampi kuin AC-järjestelmässä.

Kuitenkin mikäli puolijohteissa tapahtuvat häviöt saadaan pienennettyä puoleen, tulevat häviöt keski- ja pienjännitteisellä tasasähköllä toteutetussa verkossa pienemmiksi kuin AC-verkossa. (Nilsson & Sannino 2004) Tutkimustuloksia analysoidessa tulee huomioida, että tutkimus on alan nopeaan kehitykseen verrattuna melko vanha.

(21)

Kuva 3.7. Vasemmalla sähkönjakeluverkko, jossa LVAC-jakelu korvattu 325 VDC:llä, sekä oikeal- la tämän lisäksi MVAC-jakelu korvattu 32 kVDC:llä. (Nilsson & Sannino 2004)

Gwon et al. (2014) mukaan mikäli LVDC-jakelujärjestelmää käytetään, tulisi kuormien olla mahdollisimman suurelta osin DC-käyttöisiä. Näin saavutetaan selvästi parempi järjestel- män kokonaishyötysuhde (90 %) verrattuna siihen, että laitteet käyttävät vaihtosähköä (68 %). Vaihtosähkökuormia käytettäessä tasasähkö täytyy näitä laitteita varten jälleen vaihtosuunnata, mikä lisää häviöitä.

Myös Dastgeer & Kalam (2009) ovat vertailleet AC- ja DC-jakelujärjestelmiä keski- ja pien- jänniteverkon osalta. AC-jakelujärjestelmän jännitteet olivat 13,8 kV ja 230 V, ja DC- järjestelmän 22 kV ja 325 V. Tulosten mukaan DC-jakelulla voi järjestelmän hyötysuhde nousta pari prosenttiyksikköä.

Waeckerlé (2011) vertaili 3-vaiheista LVAC-jakelua LVDC-jakeluun. DC-jakelussa jännit- teenalenema oli pienempi kuin AC-vaihtoehdossa, mitä selitettiin reaktanssin puutteella.

Tulosten mukaan AC-järjestelmä kykenee siirtämään erityisen lyhyillä siirtomatkoilla enemmän tehoa kuin DC-järjestelmä, mutta siirtomatkan pidentyessä on DC-järjestelmä kannattavampi. Resistiiviset häviöt ovat AC-järjestelmässä noin 1 %:n suuremmat kuin DC-järjestelmässä, millä ei Waeckerlén mukaan ole käytännön merkitystä. Siirrettävissä olevaan tehoon ei bipolaarisen ja unipolaarisen järjestelmän välillä havaittu olevan eroa, mutta jännitteenalenema on bipolaarisessa vaihtoehdossa pienempi. Siten Waeckerlé suosittelee 3-vaiheisen AC-jakelun korvaamiseen bipolaarista vaihtoehtoa. Vargas (2013) ehdottaa laajan alueen sähkönjakeluun 1400 V:n unipolaarista tai ±700 V:n bipolaarista järjestelmää.

(22)

Sähkönjakeluverkkojen LVDC-järjestelmiä ovat tutkineet myös muun muassa Emhemed &

Burt (2013). Jännitteenä voitaisiin tasasähköverkossa käyttää esimerkiksi vastaavan vaih- tosähköjännitteen huippuarvoa, mikäli eristeet ja liitokset sen kestävät. Lisäksi bipolaarinen järjestelmä mahdollistaa suuremman tehokapasiteetin kuin unipolaarinen. Perinteiset suojausmenetelmät eivät välttämättä riitä tarjoamaan riittävän nopeaa suojausta DC- vioissa, vaan suojauksessa tulisi käyttää muun muassa nykyaikaista tehoelektroniikkaa.

(Emhemed & Burt 2013)

3.4 Datakeskukset

Datakeskukset ovat sähkönjakeluverkkojen, microgridien, ja kiinteistö-DC:n ohella yksi LVDC:n sovelluskohde ja käytännössä vakiintuneimpia DC:n sovelluskohteita. Emerge Alliance on kehittänyt standardeja datakeskusten sähkönsyöttöön, missä jännite on 380 VDC (Emerge Alliance 2014b). Tässä työssä datakeskusten tasasähkönsyöttö oli ra- jattu aihealueen ulkopuolelle eikä siihen liittyviin tutkimuksiin paneuduta sen tarkemmin.

4. KÄYNNISSÄ OLEVIA TUTKIMUSHANKKEITA

Maailmalla on käynnissä useita tutkimushankkeita, joissa tutkitaan tai hyödynnetään ta- sasähkönjakelua eri käyttökohteissa. Hankkeiden koko vaihtelee laboratoriokoealustoista microgrideihin ja suuriin julkisiin sähkönjakelujärjestelmiin.

4.1 Center for Power Electronic Systems (CPES), Virginia Tech, USA

Yhdysvalloissa Virginia Techin osasto Center for Power Electronic Systems (CPES) tutkii tasasähköverkkojen käyttämistä rakennuksiin. CPES:n visiossa tulevaisuuden kodissa olisi tasasähkökäyttöinen pieni microgrid, niin sanottu ”nanogrid” (kuva 4.1). Verkkoliitän- nän lisäksi järjestelmässä olisi energian pientuotantoon aurinkopaneeleja ja mikroturbiini, energiavarasto sekä hybridiauton latausta varten liitäntä, jonka kautta voitaisiin myös tarvittaessa syöttää tehoa kiinteistön tasasähköverkkoon. Jännitetasoja olisi kaksi: 380 V:n nimellisjännitteellä syötettäisiin suuritehoisia kodinkoneita, kuten liettä, pesukonetta ja kui- vausrumpua, ja 48 V:n pienoisjännitteellä syötettäisiin pieniä laitteita, kuten tietokonetta ja viihde-elektroniikkaa, sekä LED-valaistusta. 380 V:n jännitetasoa perustellaan vähäisillä muutostarpeilla ja käyttöönoton helppoudella: monissa tapauksissa tarvitsisi vain poistaa laitteen tasasuuntaaja ja tehokertoimen korjausyksikkö. (Cvetkovic et al. 2012)

(23)

Kuva 4.1. CPES:n koekäytössä oleva, pienjännitteisellä tasasähköllä toimiva microgrid. Hajautet- tua energiantuotantoa ovat aurinkopaneelit ja mikroturbiini. (Cvetkovic et al. 2012) Tasajännitesyötön nimellisjännite on 380 V, mutta se voi järjestelmän dynamiikan vuoksi vaihdella välillä 360–400 V riippuen siitä, mistä energiaa on saatavissa. Jännitteen ylittä- essä 380 V laitteisto syöttää vaihtosähköverkkoon energiaa, ja jännitteen pudotessa sen alle ottaa energiaa verkosta. Yhdessä energiavarastona toimivat akusto ja hybridiauto la- tautuvat jännitteen ollessa yli 370 V, ja jännitteen ollessa alle sen syöttävät energia ta- sasähköverkkoon. Lataus- tai purkausvirtaa säädetään akuston lataustilanteen mukaan.

Lisäksi jännitteen ylittäessä 390 V, eli kuormituksen ollessa hyvin pientä ja pientuotannon suurta, voivat pientuotantoon kytketyt tasajännitemuuttajat reguloida jännitettä, jotta se ei nouse liian korkeaksi. Johtuen kuitenkin aurinko- ja tuulivoiman vaihtelevasta ja ennalta arvaamattomasta tuotosta tämä tulee harvoin kyseeseen. (Cvetkovic et al. 2012)

CPES on myös rakentanut testialustan kokeellista tutkimusta varten. CPES:n testialustas- sa on teholtaan 5 kW aurinkopaneelit, 3,5 kW pystyakselinen mikroturbiini ja 45 Ah litium-

(24)

ioni-akusto, jonka tehonsyöttökyky on 10 kW. Lisäksi järjestelmässä on hybridiauton la- tauspistoke, josta voidaan tarvittaessa syöttää järjestelmää 5 kW teholla. Vaihtosähköver- kosta on mahdollista ottaa 10 kW teho. Siten järjestelmä pystyy teoriassa syöttämään tehoa kuormalle maksimissaan 33,5 kW. (Cvetkovic et al. 2012)

4.2 Korean Electric Power Corporation (KEPCO), Etelä-Korea

Etelä-Koreassa monopoliasemassa sähkön siirto- ja jakeluyhtiönä toimiva Korean Electric Power Corporation (KEPCO) suunnittelee korvaavansa osan nykyisestä vaihtojännitteellä toimivasta keskijänniteverkosta pienjännitteisellä tasasähköllä, perusteenaan muun muassa järjestelmän parempi luotettavuus. Nykyistä 22,9 kV:n jännitteellä toimivaa vaih- tosähköverkkoa (kuva 4.2) korvattaisiin bipolaarisella ±750 V:n tasasähköjärjestelmällä (kuva 4.3). (Afamefuna et al. 2014)

Tehtyjen laskelmien mukaan LVDC-järjestelmällä voidaan saavuttaa 5 %:n säästö koko- naiskustannuksissa verrattuna nykyiseen järjestelmään. Toisaalta, järjestelmän tehoelektroniikan suuri tarve sekä lyhyempi käyttöikä verrattuna tavanomaisiin vaihtosähkömuunta- jiin aiheuttaa lisää investointikustannuksia. Lisäksi LVDC-järjestelmän häviöt sekä tehoelektroniikan hinta ovat tehdyn herkkyysanalyysin mukaan riskitekijöitä järjestelmän elin- ikä huomioon ottaen. Pienjännitteisen tasasähköjärjestelmän haasteiksi kohteessa maini- taan lisäksi muun muassa keskijänniteverkkoa pienempi siirtokapasiteetti ja suurempi jän- nitteenalenema. (Afamefuna et al. 2014)

Kuva 4.2. Osa KEPCOn tämänhetkisestä keskijännitteellisestä vaihtosähkönjakeluverkosta Bo- eunissa, Etelä-Koreassa. (Afamefuna et al. 2014)

(25)

Kuva 4.3. KEPCOn keskijänniteverkkoa korvaamaan suunniteltu bipolaarinen 750 V:n tasasäh- könjakeluverkko. (Afamefuna et al. 2014)

4.3 De Stroomversnelling, Alankomaat

Alankomaissa neljä rakennusyhtiötä, Ballast Nedam, VolkerWessels, BAM ja Dura Ver- meer, sekä kuusi asuntoyhtiötä, Portaal, Limburg, Lefier, Woonwaard, Stadlander ja Ti- wos, ovat perustaneet yhteenliittymän nimeltään De Stroomversnelling. Kyseisillä asunto- yhtiöillä on suuri tarve remontoida 1950–70-luvuilla rakennettuja asuntoja, ja konsortion tarkoituksena on aluksi vuoden 2014 loppuun mennessä muuttaa 1000 asuntoa proto- tyyppeinä nollaenergiataloiksi (”nul-op-de-energiemeter”). Vuosikymmenen loppuun men- nessä tavoite on yli 100 000 asuntoa. (Stroomversnelling 2013)

Projektin yhteydessä Direct Current BV rakentaa yhteistyössä BAM:n kanssa asuntoihin älykkään tasasähköjärjestelmän. Ensimmäisessä vaiheessa asuntoihin asennetaan sisäi- nen tasasähköverkko, joka sisältää muun muassa USB-pistorasioita (Universal Serial Bus) tasasähkölaitteita varten sekä aurinkopaneeleja. Asuntoa syötetään edelleen 3- vaiheisella 400 V:n vaihtojännitteellä. Ensimmäinen tämäntyyppinen asennustyö Stroom- versnelling-projektissa on aloitettu huhtikuussa 2014. (Direct Current 2014a)

Jatkokehityksessä esimerkiksi lämpöpumput olisivat tasasähköyhteensopivia ja ne voitaisiin liittää talon sisäiseen tasasähköverkkoon. Lisäksi verkkoon kytkettäisiin valaistus, joka olisi toteutettu ledeillä. Viimeisessä vaiheessa asunnon sähkönsyöttö toteutettaisiin koko-

(26)

naan pien- tai keskijännitteisen tasasähkönjakeluverkon kautta, ja vaihtosähkölaitteita varten asunnossa olisi erillinen vaihtosuuntaaja. (Direct Current 2014a)

4.4 DC=DeCent, Alankomaat

Direct Current BV:llä, Siemensillä ja Joulz BV:llä on pienjännitteisen tasasähköverkon yh- teisprojekti, DC=DeCent. Projektin yksi osa on tasasähköllä toteutettu sähkönjakeluverkko Haarlemmermeerissä, Alankomaissa. (Direct Current 2014b) Järjestelmän rakennekuva on esitetty lähteessä (Woudstra et al. 2013). DC=DeCent käsittää bipolaarisen ±7 kV:n tai

±14 kV:n MVDC-verkon sekä ±350 V:n tai ±700 V:n LVDC-verkon (Woudstra et al. 2013).

4.5 The Green Village, Technische Universiteit Delft, Alankomaat

Alankomaissa Technische Universiteit Delftin (TU Delft) kampuksella on käynnissä projekti nimeltään The Green Village. 5000 m²:n kokoiselle alueelle rakennettavaan kylään asennetaan älykäs tasasähköverkko. Muun muassa katoille asennetaan aurinkopaneelit.

Koko alueen sähköistys toteutetaan tasasähköverkolla, jonka jännitetaso on 350–400 V, ja kaikki valaistus toteutetaan ledeillä. (Bisschop 2014; Van Wijk 2013)

4.6 High Tech Campus (HTC), Eindhoven, Alankomaat

Toimistoon High Tech Campukselle (HTC) Eindhovenissa, Alankomaissa, on rakennettu testialusta, jossa vertaillaan 230/400 V:n vaihtosähköverkkoa unipolaariseen 380 V:n ta- sasähköverkkoon (kuva 4.4). Verkkojen kautta syötetään LED-valaisimia, jotka on asennettu samalle käytävälle. DC-verkossa olevien valaisimien teho on noin 2000 W. Lisäksi DC-verkossa on 9 kappaletta 225 W:n tehoisia aurinkopaneeleja, joiden teho syötetään DC-verkkoon 2 kW:n DC/DC-konvertterin kautta. DC-verkkoa käyttämällä on saavutettu mittausten mukaan 2 %:n energiansäästö verrattuna AC-järjestelmään. (Boeke & Wendt 2015)

(27)

Kuva 4.4. High Tech Campukselle asennettu LVDC-järjestelmä. (Boeke & Wendt 2015)

4.7 Project Edison, University of Bath, Yhdistynyt kuningaskunta

Bathin yliopistoon Lounais-Englannissa on asennettu 24 V:n tasasähköllä toimiva microgrid (kuva 4.5). Yliopiston kirjastoon rakennetun verkon pääasiallinen tehtävä on syöttää kirjaston tietokoneita sekä tulevaisuudessa mahdollisesti LED-valaistusta. Projektin tarkoituksena on selvittää DC-microgridin etuja ja energiansäästöpotentiaalia. Järjestelmässä on 20 kWh suuruinen energiavarasto sekä mahdollisuus syöttää siihen uusiutuvaa hajautettua energiantuotantoa, kuten aurinko- tai tuulivoimaa. (Redfern 2014)

(28)

Kuva 4.5. Project Edisonissa käytetty 24 V:n tasasähköjärjestelmä. Vihreällä on merkitty tulevaisuuden laajentamismahdollisuudet, joita ovat energian syöttäminen julkiseen verkkoon, hajautettu uusiutuvan energian tuotanto sekä LED-valaistus. (Redfern 2014)

4.8 DC Components and Grid

DC Components and Grid (DCC+G) on kansainvälinen usean yrityksen ja yliopiston yhteishanke, joka tutkii pienjännitteistä tasasähkönjakelua verrattuna normaaliin 400/230 V vaihtosähköjärjestelmään kaupallisissa rakennuksissa. Yhteistyökumppaneita ovat muiden muassa Siemens, Phillips, Fraunhofer IISB (Institut für Integrierte Systeme und Bau- elementetechnologie) ja Technische Universiteit Eindhoven. DCC+G:n tavoitteena on korvata nykyinen kiinteistöjen kolmivaihevaihtovirtajärjestelmä tasasähköjärjestelmällä. Ehdo- tettu järjestelmä olisi bipolaarinen, jännite ±380 V ja maadoitus TN-S-järjestelmän (maa- doitusjärjestelmä, jossa yksi piste on maadoitettu suoraan teholähteessä ja sähkölaitteis- ton jännitteelle alttiit osat on yhdistetty tähän pisteeseen suojajohtimilla, ja käytössä on erilliset nolla- ja suojajohtimet) mukainen (kuva 4.6). DCC+G:n fokus on energiansäästö ja hyötysuhteen kasvu – DCC+G:n tavoitteena on aikaansaada 5 %:n energiansäästö koh- teissaan. (DCC+G 2012a, DCC+G 2012b)

(29)

Kuva 4.6. DCC+G:n bipolaarinen, 380 V:n jännitteellä toimiva tasasähköjärjestelmä. (DCC+G 2012a)

Järjestelmää demonstroidaan kahdessa paikassa: toimistorakennuksessa Fraunhofer IISB:llä Saksassa sekä vielä nimeämättömässä vähittäiskaupassa AC- ja DC-järjestelmien vertailua varten. (DCC+G 2012a, DCC+G 2012b)

Kuvassa 4.7 on esitetty toimistorakennukseen rakennettu demojärjestelmä, johon kuuluu muun muassa 15 kW:n aurinkopaneelijärjestelmään liitetty konvertteri, yhdistetyn läm- mön- ja sähköntuotannon (combined heat and power, CHP) yksikkö (3 kW sähköä ja 14,4 kW lämpöä), tietotekniikkalaitteiden syöttöön tarkoitettu 24 V:n nanogrid ja sähköauton latausmahdollisuus. Valaistus on toteutettu ledeillä. Tutkimuksen tuloksena havaittiin, että järjestelmän hyötysuhde riippui oleellisesti tehosta, ja suurimmalla (noin 14 kW) teholla DC-järjestelmän hyötysuhde oli noin 3,8 prosenttiyksikköä parempi kuin AC-järjestelmän.

Kokonaisuudessaan päivittäinen hyötysuhde parani 2,7 prosenttiyksikköä. (Weiss et al.

2015)

(30)

Kuva 4.7. LVDC-demo toimistorakennuksessa Fraunhofer IISB:llä. (Weiss et al. 2015)

4.9 Elegant Power Application Research Center (EPARC), National Chung Cheng University (CCU), Taiwan

Taiwanissa National Chung Cheng Universityn (CCU) Elegant Power Application Re- search Center (EPARC) on kehittänyt mallin tasasähköverkolle (kuva 4.8). Verkko toimisi 380±20 V:n jännitteellä, eli sen jännitetaso olisi sama, kuin muun muassa CPES:n käyt- tämä. Järjestelmässä energiaa tuotettaisiin polttokennolla, tuulivoimalalla sekä aurinko- paneeleilla. Tuulivoimala sekä aurinkopaneelit on kytketty järjestelmään MPPT-yksiköiden kautta. Energiavarastona toimivat Li-ion-akku sekä moottorin vauhtipyörä. (Wu et al.

2011)

Verkkoa tutkitaan kokeellisesti EPARCin demotalossa. Kerätyn datan perusteella ta- sasähköllä toimivilla laitteilla voidaan saavuttaa 8,5 %:n energiansäästö verrattuna vas- taaviin vaihtosähkölaitteisiin. Tulevaisuuden tutkimusalueisiin kuuluvat muun muassa oi- kosulkusuojauksen, elektromagneettisten häiriöiden (electromagnetic interference, EMI) suodatuksen toteuttaminen sekä DC-laitteiden ominaisuudet. (Wu et al. 2011)

(31)

Kuva 4.8. EPARCin malli tasasähköllä toteutetusta microgridistä. (Wu et al. 2011)

5. KATSAUKSEN ANALYSOINTI

Katsauksen perusteella havaittiin, että maailmalla on tehty erityisesti laskennallisia tutkimuksia ja simulointeja liittyen pienjännitteiseen tasasähkönjakeluun. Näkökulma on pää- asiassa ollut kiinteistöissä ja microgrideissä, vähäisemmässä määrin myös julkisissa säh- könjakeluverkoissa. Bipolaarinen järjestelmä näyttää olevan aineiston perusteella enem- män suosittu kuin unipolaarinen. Jännitetasoista välin 350–400 V jännite näyttää olevan suosittu, vaikkakin myös alhaisempien ja korkeampien jännitteiden käyttöön löytyi perus- teluja. Suojaukseen ja maadoitukseen liittyen on myös tehty joitakin tutkimuksia, mutta monissakaan LVDC-tutkimuksissa ne eivät ole olleet pääkohteena, eikä löytynyt juuri tietoa siitä, mitä ratkaisuja missäkin tutkimuksessa käytettiin.

Tulosten mukaan simulointien ja analyyttisten tutkimusten lisäksi maailmalla on tällä het- kellä käynnissä useita pilottihankkeita tai laajamittaisempiakin projekteja. Näistä saadun tiedon määrä vaihteli, sillä keskeneräisistä projekteissa oli saatavissa kustakin eri lailla julkista tietoa. Suurimmat hankkeet ovat käynnissä Alankomaissa, jossa kiinteistöihin asennetaan laajasti DC-verkkoja, ja Alankomaissa sekä Etelä-Koreassa, joissa tasasäh- köllä toteutettua sähkönjakeluverkkoa suunnitellaan tai pilotoidaan.

6. YHTEENVETO

Perinteisesti sähkönjakelu on toteutettu vaihtosähköverkoin. Viime aikoina elektroniikan hinnat ovat kuitenkin laskeneet ja tasasähköjakelun käyttömahdollisuuksia on alettu tutki-

(32)

maan. Tasasähkönjakelulle on useita kannusteita: samalla poikkipinnalla voidaan ta- sasähköllä kuljettaa suurempi teho kuin vaihtosähköllä, tasasähköä käyttävän elektroniikan määrä on kasvanut ja lisäksi muun muassa EU:n ilmastotavoitteet kannustavat uusiutuvan energian tuotannon lisäämiseen, mitä voidaan toteuttaa esimerkiksi hajautetulla pientuotannolla. Aurinkopaneelit ja mikroturbiinit on mahdollisesti helpompi kytkeä ta- sasähkö- kuin vaihtosähköverkkoon, ja järjestelmän kokonaishyötysuhdetta voidaan parantaa, mikäli koko järjestelmä on toteutettu tasasähköllä. LVDC-järjestelmän käyttöpoten- tiaali riippuu paljon myös sovelluskohteesta.

Tasasähkönjakeluverkon toteuttamiseen yleisimmät rakenteet ovat unipolaarinen ja bipolaarinen. Unipolaarisessa järjestelmässä virtapiiri muodostuu meno- ja paluujohtimista.

Bipolaarisessa ratkaisussa jännitetasoja on kaksi, positiivinen ja negatiivinen suhteessa keskipistejohtimeen. Tasasähköllä pienjännitteen raja on 1500 V, eli unipolaarinen järjes- telmä voi olla jännitteeltään korkeintaan 1500 V ja bipolaarinen ±750 V. Tutkimuksissa ehdotetut jännitetasot vaihtelevat 24 V:sta bipolaariseen ±750 V:iin ja unipolaariseen 1400 V:iin. Suurempi jännite takaisi pienemmät häviöt, mutta saattaa sovelluskohteesta riippuen vaatia jännitteen muunnoksia alaspäin lisäten kustannuksia, eikä ole sähköturval- lisuuden kannalta aina mahdollista. Matalalla jännitteellä häviöt saattavat sen sijaan nousta liian korkeiksi, jolloin LVDC-jakelulle ei välttämättä löydy perusteita. Muun muassa Emerge Alliance^® on kehittänyt datakeskusten ja lisäksi muiden tilojen tasasähköverkkoi- hin standardit ja kansainvälinen standardointiorganisaatio IEC on perustanut ryhmän, jonka tavoitteena on kehittää LVDC-järjestelmiin liittyvää standardointia.

LVDC-järjestelmistä on maailmalla tehty lukuisia tutkimuksia, jotka vaihtelevat simuloinneista ja laboratoriojärjestelyistä aina pilotointiin ja kaupalliseen hyödyntämiseen. Lisäksi on tehty erilaisia kannattavuusanalyysejä. Joissain tutkimuksissa on havaittu, ettei pie- noisjännitteen (alle 120 VDC) käyttö ole häviöiden kannalta järkevää. Parhaimmat tulokset on saavutettu yli 300 V:n jännitteellä.

Kiinteistöjen sisäisiin tasasähköverkkoihin on kehitetty useita konsepteja. Käytetyt jännite- tasot vaihtelevat, mutta parhaimmat tulokset on saavutettu 380 V:n järjestelmällä. Lisäksi on esitetty useamman jännitetason järjestelmiä. Kiinteistöjen tasasähköverkkoihin liittyen on käynnissä useita projekteja, muun muassa Stroomversnelling Alankomaissa.

Microgrid on sähkönjakelujärjestelmän osa, joka voi tarvittaessa toimia julkisesta verkosta eristettynä saarekkeena. Siksi microgridissä täytyy olla hajautettua energian tuotantoa se- kä energiavarastoja. Yksi strategia uusiutuvien energiavarojen käytön ja energiatehok-

(33)

kuuden parantamiseen voisi olla microgridien käyttäminen. Tällä ratkaisulla voidaan lisäk- si vastata kehittyvien alueiden sähköistämiseen.

Myös sähkönjakeluverkkojen toteuttamista tasasähköllä on tutkittu maailmalla. Joissain tutkimuksissa on havaittu, että puolijohteiden häviöiden täytyisi pienentyä merkittävästi, jotta AC/DC-hybridijärjestelmä tai DC-täysjärjestelmä olisi kannattava häviöiden kannalta.

Toisaalta taas joissain tutkimuksissa on havaittu, että DC-jakelua käyttämällä voidaan parantaa järjestelmän kokonaishyötysuhdetta. Lisäksi kuormien tulisi olla mahdollisimman suurelta osin DC-käyttöisiä, jolloin saavutettaisiin paras kokonaishyötysuhteen kasvu.

Maailmalla on käynnissä useita hankkeita, joissa tutkitaan tai jo kaupallisesti hyödynne- tään tasasähkönjakelua eri sovelluskohteissa. Muun muassa Etelä-Koreassa KEPCO suunnittelee saneeraavansa osan vaihtosähköverkkoaan tasasähköverkolla. Lisäksi Alan- komaissa on suunnitteilla ja osin jo rakenteilla tasasähköllä toteutettu sähkönjakelujärjes- telmä DC=DeCent, sekä Stroomversnelling-hanke, jossa kiinteistöihin asennetaan sisäi- nen DC-verkko. Myös TU Delftin kampukselle rakennetaan älykäs tasasähköverkko Eind- hoveniin High Tech Campukselle ja Bathin yliopistoon Englannissa asennettu pieni ta- sasähköverkko. DCC+G on kansainvälinen yhteishanke, joka tutkii pienjännitteisen ta- sasähkönjakelun hyödyntämistä kaupallisiin rakennuksiin. Taiwanissa EPARC tutkii ta- sasähköllä toteutettua kiinteistön sähkönjakelujärjestelmää.

(34)

LÄHTEET

Afamefuna, D., Chung, I., Hur, D., Kim, J.-Y., Cho, J. 2014. A Techno-Economic Feasibility Analysis on LVDC Distribution System for Rural Electrification in South Korea. Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol.9, No.5, 2014. S. 742–751.

Arafat, Y., Amin, M. 2011. Feasibility study of low voltage DC house and compatible home appli- ance design. Master’s Thesis. Chalmers tekniska högskola.

Bisschop, F. 2014. 2050 Magazine, issue 10. S. 14–18.

Boeke, U., Wendt, M. 2011. Comparison of low voltage AC and DC power grids [verkkodokumentti]. [Viitattu 16.9.2015]. Saatavissa

http://www.upn.se/html-files/Glava/Referenser/Ref%201%20Boeke- Comparison_of_low_voltage_AC_and_DC_power_grids.pdf

Boeke, U., Wendt, M. 2015. DC Power Grids for Buildings. 2015 IEEE First International Conference on DC Microgrids (ICDCM). 7.–10.6.2015, Atlanta, USA. S. 210–214.

Cvetkovic, I., Dong, D., Zhang, W., Jiang, L., Boroyevich, D., Lee, F., Mattavelli, P. 2012. A Testbed for Experimental Validation of a Low-voltage DC Nanogrid for Buildings. 15^th International Power Electornics and Motion Control Conference, 4.–6.9.2012, Novi Sad, Serbia. IEEE.

Dastgeer, F., Kalam, A. Efficiency Comparison of DC and AC Distribution Systems for Distributed Generation. Australasian Universities Power Engineering Conference, 27.–30.9.2009, Adelaide, Australia. IEEE. S. 1–5.

DCC+G 2012a. Definition of scenarios and use cases [verkkodokumentti]. [Viitattu 29.9.2014].

Saatavissa http://dcgrid.tue.nl/files/D1_1_1_Definition_of_scenarios_and_use_cases_V12.pdf DCC+G 2012b. Public summary [verkkodokumentti]. [Viitattu 29.9.2014]. Saatavissa

http://dcgrid.tue.nl/files/DCC_G_D6_1_Public_summary_V1_0.pdf

Direct Current 2014a. Stroomversnelling [verkkodokumentti]. [Viitattu 29.9.2014]. Saatavissa http://www.directcurrent.eu/en/projects/stroomversnelling-rapids

Direct Current 2014b. Factsheet Green Deal DC Haarlemmermeer [verkkodokumentti]. [Viitattu 16.1.2015]. Saatavissa http://www.directcurrent.eu/en/projects/dc-is-decent/12-dc-decent/74- factsheet-green-deal-dc-grid-project-dcdecent

Emerge Alliance 2014a. Occupied Space Standard FAQs [verkkodokumentti]. [Viitattu 28.11.2014].

Saatavissa http://www.emergealliance.org/Standards/OccupiedSpace/StandardFAQs.aspx

Emerge Alliance 2014b. Data/Telecom Standard FAQs [verkkodokumentti]. [Viitattu 28.11.2014].

Saatavissa http://www.emergealliance.org/Standards/DataTelecom/StandardFAQs.aspx

Emhemed, A., Burt, G. 2013. Protecting the last mile – enabling an LVDC distribution network. Uni- versity of Strathclyde.

Energiateollisuus 2014. Sähkön keskeytystilasto 2013 [verkkodokumentti]. [Viitattu 8.10.2014].

Saatavissa

http://energia.fi/sites/default/files/dokumentit/sahkomarkkinat/Sahkoverkko/keskeytystilasto_2013.p df

Euroopan komissio 2014. The 2020 climate and energy package [verkkodokumentti]. [Viitattu 1.12.2014]. Saatavissa http://ec.europa.eu/clima/policies/package/index_en.htm

(35)

Fingrid 2014. Sähkönvienti mahdollista Suomesta Venäjälle joulukuusta lähtien [verkkodokumentti].

[Viitattu 27.9.2015]. Saatavissa

http://www.fingrid.fi/fi/ajankohtaista/tiedotteet/Sivut%2FS%C3%A4hk%C3%B6nvienti-mahdollista- Suomesta-Ven%C3%A4j%C3%A4lle-joulukuusta-l%C3%A4htien.aspx

Fingrid 2015. Pohjoismainen voimajärjestelmä ja liitynnät muihin järjestelmiin [verkkodokumentti].

[Viitattu 9.9.2015]. Saatavissa

http://www.fingrid.fi/fi/voimajarjestelma/voimaj%C3%A4rjestelm%C3%A4/Pohjoismainen

%20voimaj%C3%A4rjestelm%C3%A4%20ja%20liitynn%C3%A4t%20muihin%20j%C3%A 4rjestelmiin/Sivut/default.aspx

Gwon, G.-H., Kim, D.-U., Oh, Y.-S., Han, J. 2014. Analysis of Efficiency for AC and DC Load in LVDC Distribution System. 12^th IET International Conference on Developments in Power System Protection, 31.3.–3.4.2014, Kööpenhamina, Tanska. IET. S. 1–5.

Hatziargyriou, N., Asano, H., Iravani, R., Marnay, C. 2007. Microgrids. IEEE Power & Energy Magazine, vol. 5, no. 4. S. 78–94.

IEC 2015. Systems Evaluation Group - Low Voltage Direct Current Applications, Distribution and Safety for use in Developed and Developing Economies [verkkodokumentti]. [Viitattu 9.9.2015].

Saatavissa http://www.iec.ch/dyn/www/f?p=103:186:0::::FSP_ORG_ID,FSP_LANG_ID:11901,25 Kaipia, T., Karppanen, J., Mattsson, A., Lana, A., Nuutinen, P., Peltoniemi, P., Salonen, P., Parta- nen, J. 2013. A System Engineering Approach to Low Voltage DC Distribution. 22nd International Conference on Electricity Distribution, 10–13.6.2013, Tukholma, Ruotsi. IET. S. 1–4.

Kaipia, T. Salonen, P. Lassila, J. Partanen, J. 2006. Possibilities of the Low Voltage DC Distribution Systems. 2006. Lappeenrannan teknillinen yliopisto.

Kaipia, T., Salonen, P., Lassila, J., Partanen J. 2007. Application of low voltage DC-distribution system – A techno-economical study. 19^th International Conference on Electricity Distribution, 2007, Wien, Itävalta. Cired.

Kakigano, H., Miura, Y., Ise, T., Uchida, R. 2006. DC Micro-grid for Super High Quality Distribution – System Configuration and Control of Distributed Generations and Energy Storage Devices. 37^th IEEE Power Electronics Specialists Conference, 18–22.6.2006. IEEE. S. 1–7.

Katiraei, F., Iravani, M., Lehn, P. 2005. Micro-grid autonomous operation during and subsequent to islanding process. IEEE Transactions on Power Delivery, Volume 20, Issue 1. IEEE. S. 248–257.

Lulu, L., Jing, Y., Liqiang, Z., Xiaoyu, W. 2013. Investigation on the system grounding types for low voltage direct current systems. 2013 IEEE Electrical Power & Energy Conference, 21.–23.8.2013, Halifax, Kanada. IEEE. S. 1–5.

Mäkitalo, I. 2008. Tasasähkönjakelu ja kiinteistöjen tasasähköverkot. Kandidaatintyö. Lappeenran- nan teknillinen yliopisto.

Nilsson, D., Sannino, A. 2004. Efficiency analysis of low- and medium-voltage DC distribution systems. Power Engineering Society General Meeting, 10.6.2004, Denver, USA. IEEE. S. 1–7.

Noritake, M., Iino, T., Fuku, A., Hirose, K., Yamasaki, M. 2009. A Study of the Safety of the DC 400 V Distribution System. 31^st International Telecommunications Energy Conference, Incheon, Etelä- Korea, 18–22.10.2009. IEEE. S. 1–6.

Paavola, M. 1975. Sähköjohdot. Porvoo: WSOY.

Pellis, J. 1997. The DC low-voltage house. Technische Universiteit Eindhoven.

Redfern 2014. Smart DC-Microgrids. 2014 15th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE), 12–14.5.2014, Brno, Tšekki. IEEE. S. 173–178.

(36)

Salonen, P., Kaipia, T., Nuutinen, P., Peltoniemi, P., Partanen, J. 2008. An LVDC Distribution Sys- tem Concept. Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics, 9.–11.6.2008, Espoo, Suomi.

Sannino, A., Postiglione, G., Bollen, M. 2003. Feasibility of a DC Network for Commercial Facilities.

IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 39, no. 5.

Sarker, M., Asare-Bediako, B., Slootweg, J., Kling, W., Alipuria, B. 2012. DC Micro-Grid with Dis- tributed Generation for Rural Electrification. 47^th International Universities Power Engineering Con- ference, 4.–7.9.2012, Lontoo, Yhdistynyt Kuningaskunta. IEEE. S. 1–6.

Seo, G., Baek, J., Choi, K., Bae, H. & Cho, B. 2011. Modeling and Analysis of DC Distribution Systems. 8^th International conference on Power Electronics, 30.5.–3.6.2011, Jeju, Etelä-Korea.

IEEE. S. 223–227.

SFS 6000-4-41 Suojausmenetelmät. Suojaus sähköiskulta. 3.p. Helsinki: Suomen standardoimis- liitto. 2012.

SFS-IEC 60449 Rakennusten sähköasennusten jännitealueet. Helsinki: Suomen standardoimis- liitto. 2007.

Shuai, H., Daozhuo, J., Qunmin, Y. 2013. Research on the Feasibility of Ring Structure of DC Distribution Network. 2013 2nd International Symposium on Instrumentation and Measurement, Sensor Network and Automation, 23.–24.12.2013, Toronto, Kanada. IEEE. S. 1075–1077.

Siltala, S. 2007. Tasasähköjakelun käyttömahdollisuudet. Kandidaatintyö. Lappeenrannan teknillinen yliopisto.

Stroomversnelling 2013. Stroomversnelling in het kort [verkkodokumentti]. [Viitattu 29.9.2014].

Saatavissa http://www.stroomversnelling.net/2013/12/27/stroomversnelling-in-het-kort/

Teknologiateollisuus 2015. Hinnat [verkkodokumentti]. [Viitattu 27.9.2015]. Saatavissa http://teknologiateollisuus.fi/sites/default/files/file_attachments/hinnat.pdf

Vargas Evans, M. A. 2013. Why Low Voltage Direct Current Grids? A case-study assessment of using direct current in low voltage distribution. Master of Science Thesis. Delft University of Tech- nology.

Waeckerlé, P. 2011. Potential of Using Low Voltage Direct Current in Local Distribution Network to Improve the Overall Efficiency. Master’s thesis. Kungliga Tekniska högskolan (KTH).

Webb, V.-J. 2013. Design of a 380 V/24 V DC Micro-Grid for Residential DC Distribution. Master’s Thesis. University of Toledo.

Weiss, R., Ott, L., Boeke, U. 2015. Energy Efficient Low-Voltage DC-Grids for Commercial Build- ings. 2015 IEEE First International Conference on DC Microgrids (ICDCM). 7.–10.6.2015, Atlanta, USA. IEEE. S. 154–158.

Van Wijk, A., 2013. Welcome to the Green Village. Delft: IOS Press.

Woudstra, J., van Willigenburg, P., Groenewald, B., Stokman, H. 2013. Direct current distribution grids and the road to its full potential. 10th Industrial and Commercial Use of Energy Conference, 20.–21.8.2013, Kapkaupunki, Etelä-Afrikka. IEEE. S. 1–7.

Wu, T.-F., Chen, Y.-K., Yu, G.-R., Chang, Y.-C. 2011. Design and Development of DC-Distributed System with Grid Connection for Residential Applications. 8^th International conference on Power Electronics, 30.5.–3.6.2011, Jeju, Etelä-Korea. IEEE. S. 235–241.

2006/95/EY Pienjännitedirektiivi. Euroopan parlamentti ja neuvosto. 2006.