Energiainfra ja uudet energiateknologiat (Älykkäät energiaverkot ja kysyntäjousto)
Älyä sähköverkossa
Uudet Smart Grid-verkot vähentävät vikatilanteita
Niin sanotut älykkäät sähköverkot yleistyvät nopeasti, koska verkkojen lisääntyvä kompleksisuus ja sähköntuotannon monimuotoistuminen aiheuttavat usein ongelmia perinteisten verkkojen toiminnalle. Nyt tarvitaan uudenlaista sähkönsiirtojärjestelmää, jossa sähkövoimatekniikkaan voidaan yhdistää muun muassa viestintäteknologioiden ratkaisuja sekä älykästä energiankäytön seurantaa.
Arvioiden mukaan Suomessa investoidaan sähköverkkoon 2020-luvun loppuun mennessä kaikkiaan yli kahdeksan miljardia euroa.
Suuri osa investoinnista kuluu verkon nykyisen toimitusvarmuustason ylläpitämiseen, muun muassa maakaapelointeihin. Sähkön toimitusvarmuus vaatii myös jatkossa säävarmuuden kehittämistä ja muita merkittäviä teknisiä parannuksia.
Energiaviraston mukaan verkon toimitusvarmuuden ylläpitäminen käy tulevaisuudessa aiempaa haastavammaksi, koska sähkön tuotantokapasiteetti muuttuu vaihtelevammaksi ja hankalammin säädettäväksi.
Toimitusvarmuuden ylläpitämiseksi tarvittaisiin energiatehokkuuden, kulutusjouston sekä sähkön varastoinnin merkittävää kehittämistä. Sähköverkkojen on pystyttävä sopeutumaan uusiin tilanteisiin, ennakoimaan niitä ja myös korjaamaan itse itseään automaation avulla.
Uudet investoinnit mahdollistavat kuitenkin myös uudenlaiset ratkaisut, kun älykkäisiin Smart Grid -verkkoihin saadaan lisää automaatiota, tietoliikennettä sekä sähkönsiirron ja -käytön entistä tarkempaa seurantaa.
Pientuotanto haastaa sähköverkon ylläpitoa
Yksinkertaisimmillaan sähköverkkojen älykkyydellä tarkoitetaan lisääntyvää automaatiota, joka edistää verkkojen toimivuutta, luotettavuutta ja kannattavuutta.
Älykkäät sähköverkot esimerkiksi mahdollistavat sähkönkulutuksen ja -tuotannon entistä paremman tasapainottamisen sekä energian varastoinnin. Smart Grid -verkoissa sähköntuotanto ei ole yksinomaan keskitettyä, vaan verkkoon tuottavat energiaa myös esimerkiksi pienkuluttajat ja teollisuus.
Tulevaisuudessa esimerkiksi tuulivoiman tuotannon tai muun kuluttajan ohjaaman pientuotannon todellista määrää on vaikea ennustaa, mikä hankaloittaa verkon tehotasapainon ja jännitetason ylläpitämistä. Myös energian kysynnän ennakoiminen voi olla vaikeampaa, kun kulutustottumukset muuttuvat ja muun muassa sähkö- ja hybridiautot lisääntyvät.
Uudenlaiset tekniset ratkaisut – kuten etävalvonta ja kaukoohjaus, muuntamoautomaatio, nopeat vianpaikannukset ja automaattiset kytkentäratkaisut vikatilanteissa – parantavat sähkön saatavuutta sekä lyhentävät mahdollisia sähkökatkoksia. Samalla sähköverkkojen huolto ja ylläpito helpottuvat.
Älykkäiden muuntamovalvontaratkaisujen avulla voidaan saada ajantasaista ja täsmällistä tietoa myös niistä osista jakeluverkkoa, joka vielä toistaiseksi ovat verkonhallinta- ja ohjausjärjestelmien ulottumattomissa. Kehittyvä tekniikka mahdollistaa varsinaisen muuntamon tila- ja laitevalvonnan lisäksi myös jakeluverkon häiriöiden tehokkaan paikantamisen.
Uusia automaatioratkaisuja Smart Grid -verkkojen vianetsintään ja hallintaan kehittävät alan teknologiatoimittajat.
Pilottihanke Vaasassa
Smart Grid -sähköverkkoja suunnittelee myös ABB, joka on toteuttanut älykkään sähköverkon pilottialueen mm. Vaasassa sijaitsevassa Sundomin kylässä. ABB:n lisäksi hankkeessa ovat olleet mukana Vaasan Sähkö, Vaasan Sähköverkko, teleyritys Anvia sekä Vaasan yliopisto.
Pilottihankkeen tavoitteena on ollut parantaa sähkönjakelun luotettavuutta sekä luoda parempia edellytyksiä tuulija aurinkovoiman hyödyntämiseen alueen kotitalouksissa. Hanke koskee Sundomin kylän keskustaa ja kattaa myös Yttersundomin uuden asuinalueen.
Sundomissa sähköverkko on muuttumassa haja-asutusalueen verkosta kaupunkimaisemmaksi. Verkossa yhdistyvät sekä maakaapeloidut osuudet että avojohtoverkko.
ABB on testannut Sundomissa muun muassa verkon automatisoitua vianhallintatekniikkaa. Lisäksi on testattu ratkaisuja, jotka tukevat uusiutuvien energiantuotantomuotojen – kuten tuuli- ja aurinkovoiman – hyödyntämistä Sundomissa. Kylässä toimii tuulivoimalaitos.
Sundomissa oleva valokuituverkko mahdollistaa reaaliaikaisen mittaustiedon siirron digitaalisessa muodossa. Tietoa on kerätty palvelinkeskukseen, jossa se on ollut kaikkien hankkeessa mukana olleiden toimijoiden käytettävissä. Niinpä Vaasan yliopisto on voinut tutkia maakaapeloinnin ja verkostoautomaation vaikutuksia ja kustannustehokkuutta todellisissa oloissa.
Uusia tekniikoita vianpaikannukseen
Sundomin pilottihankkeessa on varauduttu myös tuleviin muutoksiin sähkömarkkinalaissa. Vaiheittain vuoden 2028 loppuun mennessä voimaan astuvien säädösten mukaan sähkökatkojen kesto asemakaava-alueella ei saa ylittää kuutta tuntia. Kaava-alueen ulkopuolella raja on 36 tuntia.
Pilotissa on tutkittu, voisiko toimitusvarmuuskriteerejä parantaa muillakin tavoin kuin maakaapeloinnilla, esimerkiksi lisäämällä älykästä verkostoautomaatiota. Niin ikään on etsitty uudenlaisia verkkoratkaisuja, joilla voisi olla Suomen lisäksi kysyntää ulkomaillakin.
Vuosina 2014–2016 ABB tutki Sundomissa monitaajuusadmittanssilaskentaan perustuvan maasulkuvikoja paikantavat teknologian luotettavuutta kenttäkokeilla. Tekniikka mahdollistaa vikojen havaitsemisen jopa niiden alkamisvaiheessa, jolloin ne voidaan eristää ja korjata ennen kuin vika aiheuttaa sähkökatkoksen. Viat pystytään löytämään myös jakelumuuntamotasolla.
”Vikojen paikannusratkaisu tarjoaa avaimet älykkään sähköverkon kustannustehokkaaseen toimitusvarmuuteen”, liiketoiminnan kehitysjohtaja Dick Kronman ABB:ltä luonnehti vianpaikannusteknologiasta saatujen kenttäkokeiden tuloksia.
Myös esimerkiksi Sähköverkko Elenia Oy:llä on meneillään Smart Grid -pilottihankkeita. Niissä selvitellään erilaisia älykkään sähköverkon tulevaisuuden ratkaisuja, kuten älykästä sähkönmittausta (vuosina 2018–2024) ja sähköverkon kulutusjouston markkina-alustan luomista (2017–2020).
Energiavirasto kannustaa omilla toimillaan verkkoyhtiöitä investoimaan jatkuvasti älykkäiden sähköverkkojen sekä muiden uusien tekniikoiden kehittämiseen.
Teksti: Ari Mononen
Kuvat: ABB Oy
