Energiainfra ja uudet energiateknologiat
Energiatuotanto ja -jakelu
Käyttö ja kunnossapito

Automaation avulla verkot entistä luotettavammiksi ja helpommin huollettaviksi

Uusiutuvan energian osuus energiantuotannossa lisääntyy koko ajan. Tilanne vaatii yhä älykkäämpiä automatisoituja sähköverkkoja sekä uudenlaista laaja-alaista ajattelua ja osaamista. Automaation avulla verkot saadaan entistä tehokkaammiksi, luotettavammiksi ja helpommin huollettaviksi.

SÄHKÖVERKKOIHIN JA muihin energiajärjestelmiin on tulossa monenlaisia muutoksia. Niitä tarvitaan, koska nykytilanteessa energia-ala tuottaa lähes puolet kaikista kasvihuonekaasupäästöistä.

Verkot on siis saatava ympäristöystävällisemmiksi, mutta samalla niiden on toimittava tehokkaasti ja mahdollisimman luotettavalla tavalla.

Tulevaisuudessa tietojärjestelmien ja automatisaation osuus sähkö- ja energiajärjestelmissä lisääntyy, koska sähköverkoissa on oltava riittävästi kapasiteettia sähkönkulutukselle ja hajautetulle energiantuotannolle. Toisaalta esimerkiksi sähköasemilta saatavia mittaustietoja on pystyttävä hyödyntämään aiempaa paremmin.

Kun sähköverkoista tulee entistä monimutkaisempia, tehokkaiden automaatiojärjestelmien merkitys korostuu. Myös valvomoissa on pysyttävä tilanteen tasalla.

Haasteet lisääntyvät koko ajan

Uusiutuva energiantuotanto tuo kantaverkkojen toiminnalle ja myös paikallisille jakeluverkoille uudenlaisia haasteita, koska tuuli- ja aurinkosähkön tuotanto riippuu sääoloista. Oikein toteutetulla automaatiolla voitaisiin parantaa energiajärjestelmien toimintaa ja vähentää vikatilanteita.

Tutkimusprofessori ja tekniikan tohtori Kari Mäki VTT:n Älykkäät energiajärjestelmät -yksiköstä arvioi, että esimerkiksi tekoälytekniikoiden (AI = Artificial Intelligence) yleistyminen voi osaltaan tehostaa sähköverkkojen automatisointia.

”Sähköverkoissa on jo pitkään pyritty automatisoimaan muun muassa suojauksia ja vikatilanteiden selvittämistä. Nyt kun verkkoihin tulee yhä enemmän vaihtelevaa uusiutuvaa energiaa, myös AI-sovellukset lisääntyvät”, Mäki toteaa.

”Tekoälyn avulla verkkoihin voidaan saada enemmän ennakoitavuutta. Uudenlaisella automaatiolla monia asioita pystytään optimoimaan entistä paremmin”, hän korostaa.

”Tekoälyn avulla verkkoihin voidaan saada enemmän ennakoitavuutta.

Uusia antureita ja mittaustietoja

Jotta verkkojen automatisointiin voidaan saada lisää älykkyyttä, verkkojen toiminta on tunnettava perin pohjin.

”Nykyään sähköverkkoihin asennetaankin yhä enemmän mittareita ja antureita. Niillä voidaan kerätä todella paljon reaaliaikaista tietoa. Entisaikaan verkkoja pyrittiin mallintamaan, mutta nyt saadaan reaali-aikaista dataa todellisista tilanteista.”

”Mittaustiedon ja automatisoinnin lisääntyessäkin on edelleen ymmärrettävä verkkojen ja eri järjestelmien perustoimintaa. Mittareita on osattava tulkita, koska datan perusteella on mahdollista tehdä myös vääriä päätelmiä. Mahdolliset virheet on pystyttävä tunnistamaan”, Mäki sanoo.

Hänen mukaansa automaation ja mittausten lisääntymisellä on viime aikoina saatu parannusta varsinkin sähköverkkojen kunnossapito- ja huoltotöihin.

”Sensorien määrää verkoissa on saatu lisättyä, koska anturit ovat tulleet aiempaa edullisemmiksi. Niillä voidaan valvoa vaikkapa laitteen lämpötilaa tai jopa pylvään kallistumaa.”

VTT:n tutkimusprofessori ja tekniikan tohtori Kari Mäki kertoo, että nykyään sähköverkkoihin asennetaan yhä enemmän mittareita ja antureita. Niillä voidaan kerätä todella paljon reaaliaikaista tietoa. Entisaikaan verkkoja pyrittiin mallintamaan, mutta nyt saadaan mittausdataa todellisista tilanteista.
KUVA: VTT

Vikojen ennakointia ja tehokasta huoltoa

Tarkat, luotettavat ja ajanmukaiset mittaustiedot ovat lisänneet tilannepohjaista kunnossapitoa.

”Huoltotöitä voidaan tehdä paremmin tarpeen mukaan, kun niitä ennen tehtiin aikataulun perusteella vaikkapa kerran vuodessa. Oikea-aikaisilla huolloilla voidaan välttää sähkökatkoja ja laitteiden vaurioitumista”, muistuttaa Mäki.

”Juuri nyt muun muassa VTT:ssä selvitetään, voisiko myös AI-teknologian lisääminen sähköasemille tehostaa vikojen ennakointia ja sähköasemien kunnossapitoa."

Tätä varten sähköasemille olisi saatava myös lisää laskentatehoa, jotta hetkellisiä arvoja ja tarkkoja mittaustuloksia saataisiin hyödynnettyä enemmän ja nopeammin.

”Monesti valvomoon asti tulee vain murto-osa sähköasemien mittausdatasta. Tietoa tulee niin paljon, että kaiken datan siirtäminen tietoliikenneyhteyksien kautta olisi hankalaa.”

”Jos käytössä olisi paikallinen reaaliaikainten AI-seuranta, tietojen hyödyntäminen olisi paljon tehokkaampaa. Silloin voitaisiin ennakoida vaikkapa kaapelien vikaantumista”, Mäki pohtii.

Nykyaikaisia ohjaus- ja valvontaratkaisuja

Verkosto- ja valvomoautomaatiolla voidaan niin ikään lyhentää sähkökatkojen kestoa, kun uudet reititykset saadaan tarvittaessa käyttöön nopeasti.

”Automaatiolla voidaan valvomoissa tehdä oikeita ratkaisuja muutamissa sekunneissa. Tätä varten sähköverkkoihin tarvitaan kauko-ohjattavia erottimia ja katkaisimia, mutta Suomessa niitä on jo käytössä paljon – ja lisääkin vielä tulossa”, Mäki selittää.

”Tarkat, luotettavat ja ajanmukaiset mittaustiedot ovat lisänneet tilannepohjaista kunnossapitoa.

Lisääntyvä mittausdata myös omalta osaltaan auttaa ja tehostaa sähkökatkoista palautumista.

Esimerkiksi myrskyjen aiheuttamissa laajoissa sähkökatkoissa voidaan hyödyntää automatisoitua sähköverkkoa muun muassa vika-alueiden rajauksessa sekä vikojen paikantami­sessa ja korjauksessa. Kun älykäs teknologia mittaa ja seuraa verkkoa koko ajan, sähköyhtiöiden valvomoihin saadaan reaaliaikaista tietoa vaikkapa vian laajuudesta ja tilanteen vaatimista korjaustoimista.

”Automaatiolla toisaalta tehdään jo nyt ennusteita siitä, mistä ja miten paljon voidaan saada tuotantokapasiteettia esimerkiksi naapurimaista. Aina siirtokapasiteetti ei riitä, jos merikaapeleissa tai muissa siirtoverkoissa on pullonkauloja. Näitäkin on osattava ennakoida.”

”VTT on kehittänyt esimerkiksi Fingridille tekoälytekniikkaa hyödyntävän sähköntuotannon ennustusjärjestelmän, joka parantaa ennakoinnin tarkkuutta”, Mäki kertoo.

KUVA: LUOTOLUOTO

Nopeutta ja kyberturvallisuutta

Käyttökeskuksissa suuri osa rutiinitöistä hoituu jo nykyään automaation ja tietojärjestelmien avulla.

Etäohjattavuuden lisääntyminen sähköverkoissa tuo Mäen mukaan uusia mahdollisuuksia, joilla verkkojen toimivuutta ja älykkyyttä voidaan edelleen kehittää.

”Radioverkon kautta voidaan toki siirtää jonkin verran mittausdataa, mutta esimerkiksi 5G-verkko olisi nopeampi vaihtoehto, osa toiminnoista tapahtuu millisekunneissa. Silloin 5G-verkko myös voisi siirtää enemmän dataa sähköasemilta valvomoihin ja parantaa esimerkiksi differentiaalisuojauksia.”

”Toisaalta on pohdittava, onko 5G:n käyttö riittävän luotettava ratkaisu. Sähköasemille tarvitaan joka tapauksessa varajärjestelmät”, toteaa Mäki

Automatisoitujen ja älykkäiden sähköverkkojen kyberturvallisuuden parantamiseksi tarvitaankin päättäväistä toimintaa. Esimerkiksi IoT-pohjaiset systeemit (IoT = Internet of Things) käyttävät nimensä mukaisesti tyypillisesti yleisen tietoverkon yhteyksiä, jotka suojaustoimista huolimatta ovat alttiina eriasteisille kyberhyökkäyksille.

Verkkoon kohdistetuilla hyökkäyksillä on mahdollista häiritä tai lamauttaa esimerkiksi siirtoverkkojen ja voimalaitosten toimintaa. Tällaisia kyberhyökkäyksiä on jo nähty useita – varsin vakaviakin – ja niistä monien tekijät on paikannettu joko Venäjälle tai Iraniin. Sota Ukrainassa lisää erilaisten vihamielisten kyber- ja hybridioperaatioiden riskiä.

Vakava tilanne siis vaatii hyvää riskinarviointia ja entistä parempaa kriittisten verkkojen suojaamista.

Parhaillaan VTT:ssä selvitetään myös, miten jakelumuuntajien älykkyyttä sekä automaatiota voisi ja pitäisi entisestään lisätä ja parantaa.

”Jakelumuuntaja on tavallaan viimeinen vahva piste, johon keskijänniteverkko tulee. Sille tasolle voitaisiin tuoda uusia palveluja ja hyödyntää myös langatonta tiedonsiirtoa asiakkaiden suuntaan.”

Teksti: Ari Mononen

Seuraa Enertec

Enertec uutiskirje