Energian internet pian todellisuutta

Älykästä sähköverkkoa (smart grid) on luonnehdittu energian internetiksi. Tulevaisuudessa energiaa tuotetaan, kulutetaan, varastoidaan ja vaihdellaan kuten bittejä nykyään. Älykkäät ratkaisut yhdistävät informaatio- ja viestintäteknologian sähköinfraan.

Perinteistä sähköverkkoa on pidetty yhtenä merkittävimmistä 1900-luvun teknologisista luomuksista. Ikävä kyllä, nykysilmin se on kuitenkin verraten tyhmä ja passiivinen. Sähköä virtaa yhteen suuntaan keskitetysti suurista voimalaitoksista loppukäyttäjille. Verkon ainoa työ on ollut energian jakelu. Sähkön tuotanto, jakeluverkko ja kuormat on nähty erillisinä prosesseina.

Älykäs sähköverkko on asiakasvetoinen markkinapaikka hajautetulle energiantuotannolle ja kuluttajille. Sille on tyypillistä tarkasti hallittu, aktiivinen ja monisuuntainen energiavirta. Kaikki tapahtuu reaaliaikaisesti. Se sopeutuu, skaalautuu, ennakoi ja korjaa itseään automaation avulla. Älykäs verkko on myös erittäin luotettava ja turvallinen.

Tänään kuluttajat ovat passiivisia vastaanottajia, eivätkä osallistu sähkön tuotantoon tai verkko-operaatioihin. Tulevaisuudessa asiakkaat saattavat tuottaa oman sähkönsä kotona ja myydä ylijäämän verkkoon. Pian meillä on myös sähköauto, jonka liitämme kotitöpseliin – emme vain ladataksemme automme, vaan tuottaaksemme perheellemme puhdasta energiaa.

Markkinat omaan kotiin
Älykkään verkon kehittymiseen on useita syitä. Ilmastonmuutoksen torjuntaan, energiatehokkuuden lisäämiseen ja sähkön toimitusvarmuuden kasvattamiseen tarvitaan uudenlaista verkkoa.

Maailmassa käytetään sähköä 14 terawattituntia päivässä. 50 vuoden päästä määrän arvellaan olevan kaksinkertainen. Puuttuva määrä kurottaisiin umpeen, jos 40 vuoden ajan joka päivä käynnistettäisiin uusi 1 000 megawatin voimala. Vuoteen 2050 mennessä maailman energiaperäiset päästöt olisi kuitenkin puolitettava.

Vattenfall Verkko Oy:n senior adviser Harri Lehtinen heittää ilmaan EU:n maineikkaan lukusarjan: 20-20-20. Euroopan unionissa vähennetään kasvihuonekaasujen päästöjä vuoden 1990 tasosta vuoteen 2020 mennessä 20 prosentilla. Samassa yhteydessä lisätään uusiutuvien energialähteiden osuus energiankulutuksesta 20 prosenttiin ja energiatehokkuutta nostetaan 20 prosenttia nykyiseen verrattuna.

”Tämä edellyttää, että asiakas pääsee itse aktiivisesti vaikuttamaan sähkön käyttöönsä markkinasignaalien mukaisesti. Hän saa markkinapaikan kotiinsa. Uusiutuvien energialähteiden – kuten tuulen ja auringon – hyödyntäminen on mahdollista erityisesti pienimuotoisessa sähkön tuotannossa. Sen kytkeminen jakeluverkkoon vaatii verkoilta älykkyyttä.”

Samaa mieltä on Fortum Distribution -liiketoimintayksikön senior adviser Kari Koivuranta.

”Jo 10–15 vuoden kuluessa asiakkaiden rooli sekä sähkön kuluttajina että tuottajina on aivan toisella tasolla.”


”Uusiutuvien energialähteiden – kuten tuulen ja auringon – hyödyntäminen on mahdollista erityisesti pienimuotoisessa sähkön tuotannossa. Sen kytkeminen jakeluverkkoon vaatii verkoilta älykkyyttä.”


Autot vaihtuvat, akut kehittyvät
Uudet autot saattavat reilun parinkymmenen vuoden päästä olla pääosin sähköautoja. Sähköautojen arvellaan käyttävän reilun kymmenen vuoden päästä energiaa 10 kilowattituntia sadalla kilometrillä. Yhdellä latauksella ajaa Suomen lähes päästä päähän.

Tampereen teknillisen yliopiston sähköenergiatekniikan laitoksen johtaja, professori Pertti Järventausta arvelee, että uuteen verkkoon liittyvät, ladattavat sähkö- ja hybridiautot tulevat yleistymään nopeasti. Valtakunnan tasolla sähkön kulutuksen kasvu ei kuitenkaan ole kuin parin paperitehtaan luokkaa.

”Mutta keski- ja pienjänniteverkon mitoitukseen vaikutus on dramaattinen. Älykkyyttä tarvitaan muun muassa lataukseen ja latauksen ohjaamiseen.”

Myös energian varastoinnin merkitys nousee uudessa sähköverkossa keskeiseksi. Sitä tarvitaan tuotannon ja verkon kuormien tasaukseen, reservitehoon sekä katkottomaan sähkönjakeluun. Parinkymmenen vuoden päästä varastointi on jo taloudellisesti kannattavaa.

Koivuranta uskoo, että sähköautot tulevat olemaan myös energiavarastojen kehittymisen ajuri.

”Akkujen varastointikyky tulee kasvamaan olennaisesti.”

Lehtisen mukaan tuuli- ja aurinkovoima ovat jo valmista tekniikkaa. Jos niitä aiotaan tehokkaasti hyödyntää, ne edellyttävät myös hyviä varastoja.

”Pilvisiä ja tuulettomia päiviä varten ei tarvitsisi rakentaa toista tuotantomuotoa”, hän sanoo.

Sähköautojen arvellaan käyttävän reilun kymmenen vuoden päästä energiaa 10 kWh sadalla kilometrillä.


Uusia verkkoja
Suomen sähköverkoista pääosa on rakennettu toisen maailmansodan jälkeen. Vanhenevia verkkoja on uusittava, jotta sähkön toimitusvarmuus pystytään takaamaan.

”Kun verkkoja uusitaan, sitä ei voi tehdä perinteisen mallin mukaan”, Koivuranta tähdentää.

Suomen jakeluverkon jälleenhankinta-arvo on noin 10 miljardia euroa. Tavoitteena on, että hinta uudistusten myötä tästä putoaa.

”Jos asiakkaat tai lainsäädäntö edellyttävät nopeaa uudistumista, hintapiikkejä saattaa syntyä, jos vielä käypää tavaraa joudutaan vaihtamaan uuteen”, Lehtinen arvelee.

”Olemassa olevien verkkojen resursseja on kuitenkin käytettävä mahdollisimman tehokkaasti hyödyksi. Tämän voi siis tehdä kalliisti – tai sitten älykkäästi ja vähän pienemmillä investoinneilla. Asiakas viime kädessä maksaa verkkoinvestoinnit”, Järventausta sanoo.

Älykkään verkon yksi toimintaedellytys on, että sähköverkon toimitusvarmuus on aivan toisella tasolla, mitä se nykyisissä avojohdoissa on. Tämä merkitsee Suomessakin maakaapeloinnin yleistymistä myös maaseudulla. Tällä saralla olemme selvästi jäljessä muista Pohjoismaista.

”Älykäs sähköverkko on Suomen sähköistämisen jälkeen ensimmäinen teknologinen murros, joka todella sykähdyttää insinöörin mieltä.”


Suomessa jo Smart grid 1.0
Suomessa on jo otettu älyverkkojen ensiaskel – verkostoautomaatio on pitkällä ja älykkäitä mittareita vaihdetaan kotitalouksiin vauhdilla.

”Automaattinen vianpaikannus ja -erotus ovat olennainen osa älykästä verkkoa. Valvomossa tiedetään joka hetki, mikä verkon kytkentätilanne on. Tähän asti tämä on koskenut keskijänniteverkkoa, mutta uusien älykkäiden mittareiden avulla se pystytään laajentamaan myös pienjänniteverkkoon”, Koivuranta sanoo.

Älykkään verkon yksi etu on, että verkot pystyvät toimimaan myös saarekkeina. Kun valtakunnan tasolla verkko notkahtaa, se tarkoittaa yleensä laajaa pimennystä. Älykäs verkko pystyy toimimaan siinäkin tilanteessa ja pitämään sähköä paikallisesti yllä.

Tämä vähentää yhteiskunnan haavoittuvuutta.

Esimerkiksi Yhdysvalloissa ja Keski-Euroopassa vian paikannus tarkoittaa edelleen sitä, että asiakas tarttuu puhelimeen. Nyt muutkin maat ovat tulossa nopeasti Pohjolan perässä.

Älykäs verkko on Suomessakin ottanut harppauksen älykkäillä mittareillaan, jotka pystyvät lähettämään katkeamattomana virtana informaatiota verkon haltijoille. Niiden avulla kyetään määrittelemään hyvin tarkasti sähkökatkokset. Asiakkaat saavat myös yksityiskohtaista tietoa sähkön kulutuksestaan.

Tavoitteena on, että vähintään 80 prosenttia jakeluverkkojen asiakkaista on älykkäiden mittareiden etäluennan piirissä vuoden 2013 lopulla. Investointihankkeena kyseessä on suurin koko maan kattava jakeluverkkojen muutoshanke Suomessa maaseudun sähköistämiskauden jälkeen.

Sähkön käyttäjälle tulee näin mahdollisuus pienentää sähkölaskuaan siirtämällä käyttöään huippukulutusajoista, jolloin sähkön markkinahinta on korkeimmillaan, alemman kulutuksen ja halvemman sähkön ajankohtiin. Tämä alentaa sähkön kulutus- ja hintapiikkejä ja sitä kautta kuluttajan sähkönhankintakustannuksia. Myös riski ajautua valtakunnallisen sähköjärjestelmän tehopulatilanteeseen ja sähkönkäytön rajoituksiin pienenee.

Teknologinen murros – vihdoin!
Vattenfallin Harri Lehtisen mukaan tulevaisuudessa energiayhtiöt voivat valita kahdesta strategiasta. Ne voivat ottaa roolin, joka ohjaa kehitystä. Yleensä lainsäädäntö tulee sitten perässä. Toinen strategia on odottaa ja sopeuttaa toimintansa lakeihin ja asetuksiin.

”Yleensä isot sähkö- ja verkkoyhtiöt ovat valinneet näistä ensimmäisen”, hän toteaa.

Kuluttaja voi osallistua älyverkossa energiatehokkuuteen ja ilmastotalkoisiin tinkimättä omasta mukavuudestaan millään lailla. Seuraavan kolmen vuoden aikana erilaisia pilotti- ja demonstraatioprojekteja tullaan varmasti näkemään. Erilaisia visioita on siis paljon, mutta aika näyttää, mitkä niistä toteutuvat. Nyt on kuitenkin, pitkästä aikaa, selkeä suunta kohti tulevaisuutta.

”Sähkömarkkinoiden vapauttaminen oli tietyllä tavalla murros, mutta se muutti bisnes- ja ansaintalogiikkaa, ei teknologiaa. Älykäs sähköverkko on Suomen sähköistämisen jälkeen ensimmäinen teknologinen murros, joka todella sykähdyttää insinöörin mieltä”, Lehtinen tiivistää miesten tuntoja.

Teksti: Pertti Suvanto
Kuva: Olli Häkämies
Artikkeli on julkaistu Power & Automation -lehdessä 2/2009.

    •   Peruuta
      • Twitter
      • Facebook
      • LinkedIn
      • Weibo
      • Tulosta
      • Lähetä
    •   Peruuta
    Pertti Järventausta Tampereen teknillisestä yliopistosta, Kari Koivuranta Fortumilta, Dick Kronman ABB:ltä ja Harri Lehtinen Vattenfallilta näkevät älykkään sähköverkon mullistavan sähköntuotannon.
    seitp222 6afcff3a8bdad9f8c12575b0002e65c4