Aurinkovoimalaitosten loistehokapasiteetti

Miksi voimalaitoksilla tarvitaan loistehon tuotantoa?

Usein kuultu vertaus loistehosta ja oluttuopista kertoo, että loisteho on kuin oluttuopin vaahto, joka ei tuo juojan toivomaa tehoa vaan vaikuttaa järjestelmässä ikään kuin vapaamatkustaja, loinen. Omasta mielestäni vertaus on ontuva, sillä loisteholla on vaihtosähköjärjestelmässä välttämätön rooli siinä missä pätötehollakin. Loistehon avulla säädetään järjestelmän jännitettä ja ilman sitä esimerkiksi maailman yleisin sähkönkuluttaja, oikosulkumoottori, ei käynnisty.

Aurinkovoimalaitoksilla ja voimalaitoksilla yleensäkin tulee olla kapasiteettia tuottaa ja kuluttaa loistehoa kantaverkkoyhtiö Fingridin voimajärjestelmäteknisten vaatimusten, VJV2018, mukaisesti. Vaatimuksen mukaan laitokselta vaadittava loistehokapasiteetti on riippuvainen laitoksen mitoituspätötehosta siten, että laitoksen tulee kaikissa tehotilanteissa minimitehon yläpuolella ja jännitteen normaalin vaihteluvälin sisällä kyetä tuottamaan loistehoa kolmannes mitoituspätötehostaan. Suuntaajakytkettyjen voimalaitosten loistehokapasiteettia tarkastellaan voimalaitoksen liittymispisteessä tai laitoksen päämuuntajan yläjännitenavoilla.

Mistä loistehoa saadaan?

Suuntaajakytkettyjen voimalaitosten eli tyypillisesti aurinko- ja tuulivoimalaitosten sekä sähkövarastojen loistehokapasiteetti voidaan tuottaa laitoksen tuotantoyksiköillä, eli inverttereillä tai keskitetysti erillisellä lisäkompensointiyksiköllä. Lisäkompensointiyksikkö, eli kondensaattori, nimenä johtaa hiukan harhaan, sillä perinteisesti loistehon kulutusta voidaan joutua esimerkiksi teollisuuskohteissa kompensoimaan, jotta teollisuuslaitos ei kuluta liikaa loistehoa kantaverkosta. Kun voimalaitoksen loistehokapasiteettia täydennetään kondensaattorilla ei kuitenkaan kompensoida loistehon kulutusta tässä mielessä, vaan täydennetään puuttuvaa loistehokapasiteettia.

Aurinkovoimalaitosten kohdalla loistehokapasiteetti kannattaa yleensä tuottaa inverttereillä, sillä invertteriteho on halpaa suhteessa esimerkiksi lisäkompensointiyksiköihin. Harhaanjohtavaa voi olla se, että invertterin kapasiteetti ilmoitetaan yleensä näennäistehona, jolloin loistehokapasiteetin varaaminen laitteesta vähentää sen pätötehokapasiteettia. Esimerkiksi tuuliturbiineilla on loistehokapasiteetti yleensä ilmoitettu pätötehon lisäksi, vaikka varsinkin täystehokonverttereilla varustetuilla turbiineilla tilanne on täysin vastaava. Tuuliturbiineilla on toki lisäksi mekaaniset rajoitteensa pätötehon tuoton suhteen.

Loistehokapasiteetin määrittäminen on iteratiivinen prosessi

Voimalaitosta suunnitellessa tulee ­aina varmistaa, että loistehokapasiteettivaatimus voidaan täyttää, jotta laitos saa luvan liittyä verkkoon. Erityisesti aurinkovoimalaitosten yhteydessä kapasiteetin määrittäminen on usein iteratiivinen prosessi, jossa vertaillaan vaihtoehtoja pääkomponenttien ominaisuuksien ja määrien suhteen kustannuksia vastaan. Aurinkovoimalaitoksen loistehokapasiteettiin eniten vaikuttavat tekijät on listattu alla:

• Päämuuntajan loistehohäviöt

• Yksikkömuuntajien loistehohäviöt

• Invertterien määrä ja mitoitus

• Kaapelointi

Muuntajien loistehohäviöt riippuvat sen oikosulkuimpedanssista suoraan verrannollisesti. Laitoksen kaapeloinnilla on merkitystä erityisesti PJ-kaapeloinnin aiheuttamien pätötehohäviöiden kautta, sekä mahdollisesti pitkien PJ-kaapelivetojen aiheuttaman jännitteennousun kautta. Invertterien kapasiteetti tyypillisesti leikkautuu jännitteen noustessa yli 10 % nimellisestä.

Voimalaitoksen loistehokapasiteetti on hyödyllistä laskea aikaisessa vaiheessa projektia ja päivittää sitä aina tietojen tarkentuessa, jotta yllätyksiltä vältytään ja laitteet osataan valita oikein