3.3 Elektrisüsteemi pikaajaline planeerimine

3.3 Elektrisüsteemi pikaajaline planeerimine

Selleks, et tagada varustuskindlus ja kindlustada elektrituru toimimine, võttes arvesse kliimaeesmärke ning taastuvenergeetika suuremahulist kasutuselevõttu, on hädavajalik elektrisüsteemi terviklik pikaajaline planeerimine.

Riiklikke arengukavasid arvestades on energiasektori suurimateks ülesanneteks tagada piisav tootmisvõimsus ning integreerida süsteemi suures mahus toodetud taastuvenergiat. Eleringi ja teiste Euroopa süsteemihaldurite kohustus on arendada elektrivõrku nii, et see oleks vastupidav, efektiivne ning samas võimaldaks kaasa aidata riiklike ja rahvusvaheliste kliimapoliitika eesmärkide saavutamisele. Pikaajalisel planeerimisel on oluline hinnata erinevate investeeringute otstarbekust, arvestades nii otsest majanduslikku kui ka rahaliselt mittemõõdetavat kasu, näiteks varustuskindlust, keskkonnakaitset ja energiajulgeolekut. Elering kaalub elektrisüsteemi planeerimisel mitmeid aspekte ning püüab nende vahel tasakaalu leida: varustuskindlus, keskkond, jätkusuutlikkus, turg ja efektiivsus. Analüüsi tulemused avaldatakse varustuskindluse aruannetes ning võetakse arvesse elektrivõrgu arengukava koostamisel (joonis 10).

Kuna Eesti elektrisüsteem ja elektriturg on osa suurest Euroopa ühtsest energiaturust, siis on oluline ka elektrisüsteemi koordineeritud planeerimine. Elektrivõrgu pikaajalise planeerimise koordineerimiseks koostatakse Euroopa süsteemihaldurite koostöös ning ENTSO-E eestvedamisel iga kahe aasta järel elektrivõrgu kümne aasta arengukava (TYNDP4 ). Arengukava raames vaadeldakse uusi piiriülese mõjuga projekte ning hinnatakse neid tehniliste ja sotsiaal-majanduslike indikaatorite alusel. Kõige kasulikumad projektid kantakse arengukavasse ning viiakse süsteemihaldurite koostöös ellu.

Elektrituru tehniliste ja sotsiaal-majanduslike analüüside tegemiseks kasutatakse vastavalt elektrivõrgu ning elektrituru mudeleid. Võrgu ja turu analüüside tegemist pikaajalises planeerimises käsitlevad lähemalt järgmised peatükid.

Joonis 10

4 TYNDP-  Ten Year Network Development Plan, https://tyndp.entsoe.eu/

 

3.3.1 Elektrivõrgu analüüs

3.3.1 Elektrivõrgu analüüs

Elering kavandab ning teostab investeeringuid ülekandevõrku põhinedes järgnevatele endale seatud eesmärkidele:

  • varustuskindluse tagamine;

  • elektrituru arengu toetamine;

  • läbilaskevõime tagamine;

  • võrgu vananemise peatamine;

  • töökindluse parandamine;

  • efektiivsuse suurendamine;

  • kadude vähendamine;

  • uutele klientidele liitumise võimaldamine.

Eleringi investeeringud jagatakse tavapärasteks investeeringuteks, suurinvesteeringuteks ja liitumistega seotud investeeringuteks. Siseriikliku võrgu arengusuundumusi selgitab Varustuskindluse aruanne5 ning riikidevahelisi ühendusi käsitleb ENTSO-E TYNDP projektide loetelu6

 

Regionaalne planeerimine

Tulevikus hakkab järjest suuremat rolli mängima avamere tuuleparkides toodetud energia ja selle transport. Kuna maismaal on tuuleenergeetikaks sobivad alad suuresti juba täis arendatud või tulenevalt piirangutest ei ole võimalik rohkem tuuleparke rajada, siis pöördutakse merre arendamise poole. Maismaa ja merevõrku on vaja koos planeerida, et vältida hilisemaid pudelikaelu ning seda peab tegema naaberriikides toimuvaid arenguid silmas pidades.

 
Pikemaajalise planeerimise eesmärgid Euroopas on varustuskindluse suurendamine, hajatootmise kergem integreerimine võrku, kõikidele turuosalistele ülekandevõrgule ligipääsu tagamine, suurema konkurentsi võimaldamine elektriturul, efektiivsem elektrienergia ülekandmine ja riikidevaheliste ühenduste tagamine. Selleks tehakse iga kahe aasta tagant Euroopa elektrivõrgu kümne aasta arengukava (TYNDP), milles käsitletakse Euroopale olulisi projekte.
 
Planeeringuprotsess sisaldab tasuvusuuringute tegemist lähtudes sotsiaal-majanduslikust kasust, varustuskindluse tõusust, kadude vähenemisest, mõjust keskkonnale ja taastuvenergia toodangule ning arvestab ka projekti mõju elektrivõrgu paindlikkusele ja jätkusuutlikkust erinevate stsenaariumite korral. Uuringute käigus kasutatakse regionaalseid võrgumudeleid ja teostatakse ühiseid võrguarvutusi sünkroonala piires. Stsenaariumite eesmärk on näidata võrgu arendamise (ümberehitamise) vajalik maht, et tagada Euroopa Liidu 2050 eesmärkide täitmist. Stsenaariumid erinevad üksteisest selliselt, et haarata võimalikult suure ulatusega potentsiaalseid arenguvariante.
 

Eesti-sisese võrgu arendamine

Eleringi põhivõrgu arendamise investeerimise kava järgnevaks kümneks aastaks on leitav Eleringi kodulehel7. Käsil on väga mastaapsed projektid loomaks võimekus sünkroniseerimiseks Mandri-Euroopa elektrisüsteemiga. Selleks on vaja rekonstrueerida elektriliine ja rajada iseseisva sünkroontöö võimekus. Investeeringuid on erinevaid ning neid võib kategoriseerida järgnevalt:
 
  • alajaamadega seotud investeeringud;
  • elektriliinidega seotud investeeringud;
  • Eesti-sisene võrgu arendus;
  • taastuvenergia liitmise võimekuse tõstmise investeeringud (RRF kaasrahastus);
  • sünkroniseerimise projektiga seotud tegevused (CEF kaasrahastus);
  • Eesti-Läti IV liini investeeringud.

Investeeringud ja tegevused vaadatakse üle igal aastal ning vastavalt vajadusele ja võimalustele tehakse korrektuure. Pikaajalisel planeerimisel on fookus sisemaise varustuskindluse tagamisel ning arengute optimeerimisel sellisel viisil, mis on ühiskonnale kõige kasulikum. Oluline on põhivõrguettevõtte tihe koostöö jaotusvõrguettevõtetega, kohalike omavalitustega, riigiametite ja muude huvitatud osapooltega. Viimastel aastatel on Elering teinud arenguplaanide koostamisel tihedat koostööd jaotusvõrguettevõtetega.

Koostöö eesmärk on leida piirkondade elektrivõrkude arendamisel vähima kulu põhimõttel sellised lahendused, mis tooksid kõige rohkem kasu tavatarbijatele, kes võrgu arenduse eest võrgutariifi kaudu tasu maksavad. Võimalike variantide omavahelisel võrdlemisel lahendatakse parima lahenduse leidmisel ülesanne, mis sisaldab muu hulgas:
  • Otseste investeerimiskulude arvestust. Vaadeldakse kulusid vahetult liinide ja alajaamade ehitamiseks ja rekonstrueerimiseks.
  • Piirkonna alajaamade ja liinide käidukulude hindamist.
  • Võrgukadude maksumuse arvestust erinevate skeemide ja variantide korral kogu ajaperioodil.
  • Tarbijatele potentsiaalsete katkestuskahjude maksumuse arvestust (aitab välja valida töökindlamad elektrivõrgu skeemid).
  • Erinevate nimipingete kasutamise võrdlust.

Põhivõrguettevõtte jaoks on oluline jaotusvõrguettevõtetelt saadav informatsioon koormuste ja elektritootmise arengu kohta piirkondlikul tasemel. Sellisel juhul on võimalik arvesse võtta piirkondade arengut, perspektiivseid hajatootmise arengupiirkondasid ja muid olulisi tegureid.

Pikaajaline võrgu arendamine on jaotatud kolme horisonti:

  • Viie aasta plaanid, mille puhul on investeeringud kantud Eleringi investeerimiskavasse ning mille konkreetne realiseerumine on sisuliselt käsil.
  • Arengud aastani 2030, mis on jagatud viie aasta kaupa (2020-2025 ja 2025-2030) ning mis kajastuvad üldise käsitlusena Eleringi pikaajalises investeeringuplaanis.
  • Võimalikud lisaarendused, mis sõltuvad koormuskasvust või konkreetsest liitumisest. Üldiselt on nendega seotud objektide rekonstrueerimise vajadus tehnilisest elueast lähtuvalt pärast 2030. aastat, kuid võib tõusta päevakorda varem seotuna kolmandate osapoolte huvidest.

Planeerimisel teostatakse võrguarvutusi programmipaketiga PSS/E (joonis 11) , kasutades Eesti elektrivõrgu ja Balti regiooni ühiseid perspektiivmudeleid. Perspektiivmudeleid koostatakse lähiperioodi kohta (1-2 aastat), viieaastase perioodi kohta ja pika ajaperioodi kohta. Mudeliga teostatakse nii püsitalitluse arvutusi, selgitamaks välja koormuste jagunemised, võimalikud ülekoormused liinidel ning pinge nivood alajaamades, kui ka dünaamika arvutusi süsteemi stabiilsuse hindamiseks.

Joonis 11

Elektrivõrgu planeerimine on keeruline mitmetasandiline protsess (joonis 12), mille käigus rakendatakse erinevaid asjakohaseid analüüsimeetodeid, mudeleid, tarkvarasid, standardeid jms. Erinevate tasandite planeerimise sisendid ja kriteeriumid võivad seejuures olla erinevad. Näiteks sõltub süsteemivõrgu planeerimine suuresti kõrgemal hierarhilisel tasemel tehtud otsustest ning mõjutab omakorda suurte piirkondade energiavarustust. Elektrivõrgu planeerimises võib eristada erinevaid ajaliselt järgnevaid etappe:

Joonis 12

Peab silmas pidama, et planeerimine põhineb tulevikuvisioonidel, mis tõenäoliselt erinevad tegelikkusest. Seepärast on oluline toimuvate muutuste ja uute otsuste tagasisidestamine planeerimisprotsessi ning arengukava pidev ajakohastamine.  

 

5https://elering.ee/varustuskindluse-aruanded

6https://tyndp2022-project-platform.azurewebsites.net/projectsheets

7https://elering.ee/investeeringud-2022-2031

3.3.2 Elektrituru analüüs

3.3.2 Elektrituru analüüs

Energeetikas kasutatakse erinevaid mudeleid ja algoritme, et teha otsuseid süsteemi juhtimise, tootmisüksuste töösseviimise, agregaatide koosseisu planeerimise, investeeringute ja võrgu analüüsi kohta. Samuti selleks, et analüüsida energiatarbimise sõltuvust majanduskasvust, keskkonnasaastega seotud küsimusi, energiasüsteemi restruktureerimisega kaasnevaid kulusid ning muid seotud teemasid. Turumudelis simuleeritavad stsenaariumid aitavad tuvastada regiooni investeeringuvajadusi uutesse tootmisvõimsustesse kui ka analüüsida saadavat kasu planeeritud võrguarendusest.

Tinglikult jagatakse energeetika mudelid kaheks: ülalt alla (top-down) ja alt üles (bottom-up) lähenemine. Esimene põhineb makroökonoomikal ning see on täiendatud energiavarustuse teemadega. See võimaldab paremini mõista energiasüsteemi kui osa kogu riigi majandusest, keskenduses energiatarbimise kasvule ja hindadele. Teine mudel põhineb elektrisüsteemi toimimise optimeerimisel: siin on rõhk tootmisüksuste karakteristikutel, elektrivõrgu kirjeldamisel jt aspektidel, mis on olulised süsteemi opereerimise seisukohalt. Sellise lähenemise korral on nii energiatarbimine kui ka üldine majandusareng mudelile üldjuhul sisendiks.
 
Elering, ENTSO-E ja osad naaberriikide TSO-d kasutavad Plexos elektriturumudelit, mis võimaldab koostada kogu Euroopa elektrisüsteemi hõlmavaid turusimulatsioone ja detailseid regionaalseid mudeleid. Mudelit kasutatakse lisaks varustuskindluse olukorra kirjeldamisele ka erinevate investeeringute sotsiaalmajanduslike näitajate hindamiseks. Koostöös ENTSO-E-ga koostab Elering iga aasta üleeuroopalise elektrisüsteemi mudeli erinevate aastate kohta kuni kümme aastat ettevaatavalt. Mudel hõlmab mitmeid taastuvenergia tehnoloogiaid, näiteks päikese-, tuule- ja hüdroenergiat koos või ilma salvestusseadmeteta. Mudel võimaldab arvesse võtta palju erinevaid piiranguid, millest kõige aktuaalsemateks näiteks on keskkonnamaksudest ja kvootidest tulenevad piirangud.
 
Mudel annab kirjeldatud stsenaariumite korral ligikaudse elektrihinna ja vajaduse korral võib anda soovitusi optimaalseimateks investeeringuteks uutesse tootmisüksustesse. Simulatsioonide eelduseks on hästi toimiv konkurentsil põhinev turg või optimaalne planeerimine tootjate hulgas, võttes arvesse turumoonutusi, nagu erinevad maksud ja keskkonnatasud. Mudeli ülesanne on kulude minimeerimine olukorras, kus tootmine rahuldab igal ajahetkel nõudluse. Selliste mudelite põhieeldus on see, et elektri päev-ette turg toimib efektiivselt, mis viib omakorda süsteemi tõhususele, nii et tarbimisnõudlus kaetakse minimaalsete kuludega. Näide hinna kujunemisest tootmisseadmete marginaalkulude põhiselt on kujutatud joonisel 13.
 
Joonis 13
 
Trepp-jooned kujutavad erinevate elektrijaamade marginaalkulusid antud olukorras. Joonisel 14 on kujutatud tarbimise tiputundidel kujunev elektrihind nii rohke tuule kui ka väikse tuule korral. Elektrihind kujuneb vastavalt viimase tarbimise katmiseks vajaliku tootmisüksuse või üksuste marginaalkulule. Samuti on joonisel toodud olukorrad madalama (öise) tarbimise ja päevase tarbimise kohta.
 
 

3.3.2. Riikidevaheliste elektriühenduste sotsiaal-majandusliku kasu analüüs

3.3.2. Riikidevaheliste elektriühenduste sotsiaal-majandusliku kasu analüüs

Nagu kõigi teiste kaupadega, loob ka piiriülene elektriga kauplemine ühiskonnale lisaväärtust. Otsene kaubanduslik mõju tuleneb riigiti erinevast elektri tarbimise tasemest, tootmis- ja ülekandevõimekusest. Kauplemine erinevate piirkondade vahel vähendab tootmise kogukulusid, võimaldades toota kõige efektiivsemates elektrijaamades.

Ühendatud turgude puhul liigub elekter odava elektritootmise piirkonnast kallisse vastavalt elektribörsi tulemustele. Kui ülekande võimsused on piisavad on kõikide hinnapiirkondade hinnad võrdsed, kui aga ülekande võimsusest jääb väheks, tekivad naaberpiirkondade vahel hinnaerinevused. Ühenduse omanikud saavad selliste tundide eest nn ülekoormustulu, mis investeeritakse pudelikaela vähendamisse ehk ühenduste läbilaskevõime parandamisse.

Otsest sotsiaal-majanduslikku kasu hinnatakse peamiselt turu modelleerimise tulemuste põhjal. Eeldades, et eksisteerib hästi toimiv turg, kujuneb turuhind nõudluse katmiseks vajalike elektrijaamade kulude minimeerimisel. Turuhind arvutatakse iga tootmisstsenaariumi kohta, enamasti kogu aasta igaks tunniks. Selline lähenemine võimaldab jäljendada reaalse päev-ette turu toimimist ning hinnata kulusid ja tulusid turuosaliste ja turuosaliste gruppide lõikes, näiteks tarbijad, tootjad ja võrguettevõtjad.

Tulude ja kulude jaotumist on võimalik vaadelda ka erinevate modelleeritavate piirkondade lõikes. Järgnev joonis 14 illustreerib piirkondade 1 ja 2 vahelise kaubanduse otsest sotsiaal-majanduslikku kasu.

Joonis 14

Toodud näites on tarbimise kõver „Tarbimine 1“ ja „Tarbimine 2“ valitud sarnased, aga tootmiskõverad erinevad. Teise piirkonna tootmise marginaalkulud on väiksemad kui esimese piirkonna omad– siin võib näiteks tuua situatsiooni, kus piirkonnas on palju hüdro- või tuuleenergiat. Joonisel on tarbijate ja tootjate kogukasu näidatud oranži värviga. Iga näite ülemine kolmnurk näitab tarbijate kasu (vahe, mida tarbija on nõus maksma ja mida maksab) ja alumine kolmnurk tootjate kasu (vahe tootmise muutuvkulude ja turult saadava hinna vahel). Kogu kasu on nende kahe kolmnurga ehk tarbija ja tootja kasu summa. Kui need kaks piirkonda omavahel ühendada, siis on võimalik ka kallima/esimese piirkonna tarbijatel saada ligipääs soodsamale teise piirkonna elektrile. Selline ühendus võib kahjustada esimese piirkonna tootjaid, kuna seal turuhind langeb, ja teise piirkonna tarbijaid, kuna seal turuhind tõuseb, aga teise piirkonna tootjad ja esimese piirkonna tarbijad saavad kasu. Kõige olulisem sellises olukorras on see, et saadud kogukasu on suurem kui kahju. Kasu on hinnapiirkondade vahelise ühendusvõimsuse lisamise korral alati suurem (arvestamata kulu investeeringule), kuna elekter toodetakse nüüd odavamatest tehnoloogiatest ja elektri tootmise kogukulu väheneb.

Viimasel joonisel on kujutatud olukord, kus tekib ülekandevõimsuse läbilaskevõime piirang ja sellisel juhul kehtib eelnev, kuid tänu piiranguile piirkondade hinnad ei ühtlustu. Sellises olukorras tekib nn jaotamata kasum, mida nimetatakse ülekoormustuluks ja mis jagatakse võrguettevõtete vahel, kes ühendust omavad. Ülekoormustuluna korjatud summa investeeritakse üldjuhul uutesse ühendustesse ja võrgu arendamisse, vähendamaks neidsamu pudelikaelasid või vähendatakse selle võrra tariifi. Tootjate, tarbijate ja võrguettevõtjate summaarset kasu elektriturult nimetatakse sotsiaal-majanduslikuks kasuks.

Modelleerides erinevaid stsenaariume, on võimalik nende tulemusi võrrelda ja hinnata majanduslikku kasu erinevates olukordades. Alloleval joonisel 15 on vaadeldud lisaühenduse marginaalset sotsiaal-majanduslikku kasu ja selle kujunemist.

Joonis 15

Läbilaskevõime arendamiseks vajaliku investeeringu suuruse määrab marginaalse kasu võrdlus marginaalse investeeringukuluga. Marginaalne kasu näitab ülekandevõimsuse viimase ühiku väärtust elektriturul, mis kahaneb ülekandevõimsuse suurenemisel. Ülekandeinvesteeringu optimum asetseb võimsuse juures, kus marginaalne kasu on võrdne marginaalse investeeringukuluga. Teisisõnu, selles punktis on maksimeeritud ülekandeinvesteeringust saadav sotsiaal-majanduslik kasu – iga täiendava võimsusühiku kulu on juba suurem kui sellest saadav tulu. Marginaalse kasu arvestamisel võetakse arvesse tarbijate ja tootjate kasu ning süsteemihaldurile laekuva läbilaskevõime piirangu tasu (ülekoormustulu), mis võimaldab hinnata vajalikke investeeringuid ülekandevõimsusesse (vt joonis 15 ja 16).

Joonis 16

Hindamaks piiriülese mõjuga võrguinvesteeringu majanduslikku otstarbekust, arvutatakse investeeringu loodava sotsiaal-majandusliku kasu suurus erinevates tulevikustsenaariumites. Selliste elektrituru arvutuste põhjal saab hinnata projekti otsest kasu elektrituru osalistele. Sotsiaal-majanduslik kasu on üks kriteeriumitest, mida võrguinvesteeringu elluviimise otsustamisel arvestatakse.

Elektrisüsteemi planeerimisel on lisaks otseselt mõõdetavale sotsiaal-majanduslikule kasule oluline ka saadav kaudne/mittemõõdetav kasu:

  • suurem varustuskindlus;
  • väiksem võimalus turuvõimu praktiseerida;
  • suurem hinnastabiilsus (väiksem risk investoritele);
  • väiksem reservvõimsuse hoidmise vajadus;
  • soodsamad võimalused taastuvenergiaallikate integreerimiseks.