Metoder för kapacitetsbedömning - En potentialstudie för effektivt nätutnyttjande

Abstract (Swedish)

Elnätet står inför stora utmaningar de kommande åren med frågor såsom decentraliserad produktion, planerad nybyggnation och ett mer elektrifierat samhälle. Detta lyfter frågan om vad som kan göras idag för att använda elnätet mer effektivt och med vilka metoder elnätsbolag kan bedöma hur mycket kapacitet som finns tillgänglig i nätet. Arbetet bygger på kunddata från ca 4 500 kunder under en fördelningsstation i Öresundskrafts nät, det lokala elnätsbolaget i Helsingborg och Ängelholm med omnejd. Arbetets syfte är att bidra till elektrifieringen av samhället med målet att undersöka olika metoder för kapacitetsbedömning samt ta fram nya metoder.

Ett antal nyckelfaktorer för att bedöma om kapacitet finns tillgängligt baserat på befintliga tak i nätet har identifierats i arbetet. Dessa är temperatur, sammanlagring, olika kundkategorier och energieffektivisering. Det som sätter taket för det maximala uttaget i nätet som undersöks är hur hårt det kan belastas när reservtransformatorn är aktiv. Så är fallet eftersom att nätet måste kunna förse alla kunders effektbehov även i reservkopplingsläge. Frågeställningarna som undersökts berör svårigheter kopplade till kapacitetsbedömningar, möjligheter för effektivare nätutnyttjande och vilka faktorer som orsakar topplasttimmar.

De olika nyckelfaktorerna analyseras olika med syftet att räkna ut teoretiska topplasttimmar, timmar då uttaget är som störst, för att se hur mycket kapacitet som finns tillgänglig i nätet. Temperaturen analyseras som tredygnsmedel och justeras för att matcha en tioårsvinter. Sammanlagring är ett mått på hur mycket olika kunder använder nätet under olika tider under ett dygn, där hög sammanlagring innebär stor spridning och är bra för nätet. Kunder delas in i hushållskunder (privatpersoner) och övriga där deras olika genomsnittliga dygnsuttag jämförs, temperaturjusteras och sammanlagras.

Beroende på vilka antaganden som bedöms rimliga och hur stor riskaptit nätbolagen har så finns mer eller mindre kapacitet tillgänglig. I konservativa fall där värstafallsscenariot antas så finns inte tillgänglig kapacitet medan om en mer progressiv, och kanske realistisk infallsvinkel används, finns kapacitet tillgänglig om nya kunder sammanlagrar bra med befintligt belastning. En åttastegsmetod där tillvägagångssättet för att bedöma om det finns tillgänglig kapacitet redovisas även. Denna baseras på stegen som utförts i arbetet och kan användas för att göra en kapacitetsbedömning mer generellt.

Det är väldigt svårt att ta fram simpla metoder för att bedöma tillgänglig kapacitet eller nätutnyttjande. Det är ett flertal aspekter som spelar in som existerande metoder missar att ta i beaktande såsom egenproduktion och temperatur. Det saknas i dagsläget branschgemensamma definitioner och metoder bland elnätsföretagen vilket är en stor brist. De metodologiska bristerna behöver åtgärdas för att effektivisera dagens användning och för att framtidens elnät ska kunna utvecklas för att möta samhällets behov.

Popular Abstract

\addcontentsline{toc}{section}{Abstract}
\section*{\Large \textbf{Abstract}}

The power grid needs to develop substantially the next few years to accommodate decentralized production, planned expansions and a more electricity dependent society. This raises the question of what can be done today to use the existing grid more efficiently and which methods the distribution system operator (DSO) can use to decide how much capacity is available in the grid. The report is built on analysis of hourly customer data from around 4 500 customers under a substation in Öresundskraft's grid, the DSO in Helsingborg and Ängelholm in the south of Sweden. The purpose of the report is to contribute to the electrification of society with the goal to investigate different methods for capacity assessment and to develop new methods.

Early in the work a number of key aspects to help decide if capacity is available were identified based on the existing limits in the grid. These key aspects are temperature, load diversity, different customer categories and energy efficiency. The grid is constructed in a way such that even if the main substation transformer is out of commission the grid will be able to run on the back-up transformer, which in this case has half the maximum power. The ceiling for the maximum amount of consumed power is therefore decided by the maximum capacity of the back-up transformers. The research questions being examined are difficulties regarding capacity assessment, possibilities for more efficient grid use and the factors that cause a peak load.

The different key aspects were analysed with the purpose of calculating theoretical peak load hours, hours where the power consumption is at its highest, to see how much available capacity exists in the grid. Temperature was analysed as a three day average and adjusted to match a ten year winter (a winter that statistically only happens every tenth winter) in southern Sweden. Load diversity is a measure on how much different consumers use the grid at different times of day, where a high load diversity means a large spread of load, which is good for the grid. Customers are divided into ``individuals'' and ``others'' where their average daily consumption is compared, adjusted to temperature and analysed from a load diversity perspective.

Depending on which assumptions are deemed as reasonable and how big risks the DSO is willing to take more or less capacity will be available in the grid. In conservative cases where worst case scenarios are assumed then no capacity is available. While, with a more realistic and optimistic point of view, capacity is indeed available if the new customers load profiles matches up well with existing consumption. An eight step method about how to do a capacity assessment is also introduced. It is based on the work done in this project and can be used in a more general setting.

What the work shows is that it is very difficult to acquire simple methods for deciding if capacity is available or not or how efficiently the grid is being utilized. There are numerous aspects which the methods of today fail to take into account such as own-produced electricity and temperature. Today there are also no market-wide standard methods or definitions for available capacity. The methodological flaws need to be resolved in order to increase utilization of the existing grid and to make sure the grid can continue to evolve to meet the future demands of society.

• author: Pernefors, Elias and Augustini, Erik
• supervisor: Hannes Sonnsjö
• organization: Environmental and Energy Systems Studies
• alternative title: ”Methods for capacity assessment - a study about efficient grid usage”
• course: FMIM01 20251
• year: 2025
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Elnät, kapacitet, kapacitetsbedömning, dataanalys, nätutnyttjande, utnyttjandegrad.
• report number: LUTFD2/TFEM—25/5228–SE 1-56
• ISSN: 1102-3651
• language: Swedish
• id: 9197316
• date added to LUP: 2025-06-12 10:28:17
• date last changed: 2025-06-12 10:28:17