Uudistunut turpiinin säätö- ja ohjausjärjestelmä vastaa entistäkin paremmin käyttäjien tarpeisiin

Vuonna 2018 uudistuneiden voimalaitosten järjestelmäteknisten vaatimusten (VJV) myötä, kaikkien Suomen kantaverkkoon liitettävien yli 0,8 kW:n koneistojen on sisällettävä turpiinin ohjaamisessa muitakin ominaisuuksia kuin tehon asetusarvon toteuttaminen sähköverkon häiriötiloissa.

Vesivoimakoneen turpiinin säätö- ja ohjausjärjestelmällä on useita tehtäviä. Se säätää johto- ja juoksupyörää halutun prosessiarvon saavuttamiseksi, eli huolehtii pyydetyn tehon toteutumisesta. Taajuustuennan päällä ollessa järjestelmä ohjaa koneiston tehoa verkkotaajuuden muuttuessa ja pyrkii siten vastustamaan verkkotaajuuden muuttumista. Lisäksi se valvoo koneiston mekaanisten säätölaitteiden toimintaa sekä ohjaa ja rajoittaa annettujen parametritaulukoiden kautta koneiston toimintapistettä vesipintojen muuttuessa.

Kantaverkkoon liitettävä voimantuotanto

Vuonna 2018 uudistuneiden voimalaitosten järjestelmäteknisten vaatimusten (VJV) myötä, kaikkien Suomen kantaverkkoon liitettävien yli 0,8 kW:n koneistojen on sisällettävä turpiinin ohjaamisessa muitakin ominaisuuksia kuin tehon asetusarvon toteuttaminen sähköverkon häiriötiloissa. VJV2018-vaatimuksissa on myös tarkennettu koneistolta ja sitä ohjaavalta järjestelmältä vaadittavaa suorituskykyä, mittaustarkkuutta, toimintoja sekä rekisteröintiä ja kommunikointia voimalaitosluokan mukaisesti.

VJV-vaatimuksilla pyritään varmistamaan kaikkien kantaverkkoon liitettyjen koneistojen toiminta häiriötiloissa niin, että verkon häiriötilasta selvitään eikä tilannetta pahenneta. Myös laitteistojen ja järjestelmien ominaisuuksiin liittyvät vaatimukset perustunevat siihen, että verkkoon liitettävät koneistot rakennetaan tietyn tason täyttäviksi ja siten varmistetaan yhtenevä toiminta verkossa.

Viime vuosina Fingrid on myös pienentänyt taajuusreservin tuotantoon osallistumiseen vaadittavaa yksikkökohtaista tehorajaa. Tämä mahdollistaa monen aikaisemmin pelkästään energiantuotantoon osallistuneen vesivoimakoneiston osallistumisen myös taajuudensäätömarkkinoille. Kun koneisto täyttää myös taajuudensäätömarkkinoille osallistumiseen vaadittavat ominaisuudet, tuo se taloudellista lisäarvoa koneistolle reservituotantokorvausten muodossa pelkän energiakorvauksen lisäksi.

”Tällaisten säätöominaisuuksien tarve kasvaa enenevästi uusiutuvien energiamuotojen lisääntyessä, joten on hyvä, että laitoksia päivitetään taajuustuentaan kykenevillä säätimillä jo nyt”, Jukka Kelloniemi VEOn vesivoima-automaatiotiimistä sanoo.

Uudistuksia vaatimusten ja käyttäjien toiveiden mukaan

Uusien vaatimuksien myötä aloitetussa kehitystyössä on VEOlla panostettu järjestelmäominaisuuksiin ja käytettävyyteen.

”Nykyään kaikkiin vesivoima-automaatioprojekteihin, joihin uusimme turpiinin säätö- ja ohjausjärjestelmän, sisällytetään uuden VJV:n mukainen järjestelmä taajuustuentavalmiudella”, Kelloniemi kertoo.

Kun koneistolla osallistutaan myös taajuusreservimarkkinoille, on reservintoimittajan huolehdittava siitä, että koneiston ja sen säätölaitteiden toimita täyttää sovitut säätöominaisuudet myös verkkoyhtiölle suoritettavien säätökokeiden välisenä aikana. Siksi säätöominaisuuksien tarkastamisen on oltava helppoa.

”Tähän on VEOlla tehty nyt useita uudistuksia, joissa on otettu huomioon käyttäjien toiveet. Yksi järjestelmämme kehityskohteista on ollut käyttöliittymä, johon on nyt tuotu turpiinisäädön toimintaa sekä turpiinin toimintapisteitä ohjaavat parametrit ja käyrästöt. Käyttöliittymästä on helppo tarkastaa ja muuttaa järjestelmän toimintaa.”

Vesivoimamarkkinoilla kauppaa käydään erikseen energiasta sekä taajuusreserveistä, jotka on vielä jaettu turpiinin säätimen osalta käyttöreserviin, häiriöreserviin sekä niin sanottuun automaattiseen taajuudenhallintareserviin (aFRR). Näin ollen koneiston omistajan pitää myös pystyä ohjaamaan pois päältä se tuote ja säätösuunta, josta kauppaa ei käydä sekä rajoittamaan aFRR:n osalta sallittua säätömäärää ja -suuntaa.

”aFRR:n säätönopeus on kantaverkkoyhtiön määräämä nopeus ja VJV määrittelee tehonsäätönopeuden, johon vesivoimakoneiston tulee kyetä. Normaalin tehon asetusarvon toteutusnopeus on kuitenkin käyttäjän päätettävissä oleva asia, joten on hyödyllistä pystyä säätämään sitä esimerkiksi vuodenaikojen tuoman vaihtelun mukana. Esimerkiksi jääkannen muodostumisen aikaan annetaan koneiston virtaaman muuttua hieman maltillisemmin kuin muuna aikana. Lisäksi, kun käyttöliittymästä voidaan tehdä järjestelmää ohjaavien antureiden kalibrointi tilanteessa, jossa varaosa joudutaan ottamaan käyttöön, lisää se järjestelmän käytettävyyttä ja nopeuttaa häiriöstä palautumista huomattavasti. Nämä lukuisat ominaisuudet on otettu huomioon VEOn turpiinin säätö- ja ohjausjärjestelmän suunnittelussa”, Kelloniemi kertoo

Helppokäyttöisyys VEOn suunnittelun keskiössä

VEOn suunnittelua ohjaavana ajatuksena on, että kun järjestelmän käyttö tehdään mahdollisimman helpoksi, myös vaadittavat testaukset ja huoltotoimenpiteet tulee suoritettua säännöllisesti ja vaatimusten mukaisesti.

”Näin lisätään turvallisuutta ja käyttöikää sekä pienennetään kokonaiskustannuksia järjestelmän elinkaaren aikana. VEOn vahvuudet ovat pitkä kokemus, vahva tekijäjoukko ja omissa käsissä oleva tuotekehitys, joka mahdollistaa sekä järjestelmän muokkaamisen kohteen eritystarpeiden mukaan että sen päivittäisen matkan varrella. Jos esimerkiksi hydrauliikka tai sen komponentteja uusitaan, niin eihän se saa johtaa koko järjestelmän uusimiseen”, Kelloniemi huomauttaa.

Nyt tehdyistä uudistuksista huolimatta, järjestelmän kehitys jatkuu VEOlla edelleen. Parannuksia suunnitellaan muun muassa saatavaan informaatioon sekä ratkaisemaan taajuussäädön vesivoimakoneistolle aiheuttamaa mekaanista kulumista ja sitä kautta kasvavia huoltokustannuksia.

”Olemme käynnistäneet VEOlla kehityshankkeen, jonka tarkoituksena on löytää ratkaisu mekaanisen kulumisen vähentämiseen ilman, että tuotetun reservin määrästä tarvitsee tinkiä. Onnistuessaan tämä tuo asiakkaille suoraa säästöä huoltokuluissa sekä nostaa koneiston käyttövarmuutta.”