Hailuoto-projektin tavoite: Sähköverkon saarekeosa toimii myös häiriötilanteissa

Artikkeli on julkaistu Power & Automation -lehdessä 2/2010.

ABB on yhdessä Vattenfall Verkon, Tampereen teknillisen yliopiston ja Vaasan yliopiston kanssa aloittanut hankkeen, jonka avulla saarekekäytön toiminta onnistuu hajautetussa tuotannossa myös valtakunnanverkon häiriötilanteissa. Hanke liittyy älykkäisiin sähköverkkoihin ja niiden koko energiajärjestelmään sekä sähkön jakeluun tuomiin muutoksiin. Hanke on osa Tekesin rahoittamaa Cleen Oy:n Älykkäät sähköverkot ja energiamarkkinat -ohjelmaa.

Liiketoiminnan kehittämispäällikkö Dick Kronman ABB:ltä kertoo, että muun muassa Euroopan unionin tavoitteet uusiutuvien energiamuotojen osuuden kasvattamiseksi ovat toimineet ajurina älykkäiden sähköverkkojen tutkimustoiminnan vauhdikkaalle käynnistymiselle. Kronman arveleekin hajautetun sähköntuotannon lisääntyvän myös Suomessa.

”Koko energiajärjestelmämme on uusiutumassa, mikä tuo lisää uusiutuvaa ja hajautettua tuotantoa. Nämä jakeluverkkoon kytkeytyneet tuottajat haluavat saada tuotannolleen toimitusvarmuutta.”
Kronman korostaa, että on tärkeää pystyä takaamaan verkon luotettavuus ja luoda verkolle sellaisia ominaisuuksia, että se pystyy vikatilanteissa korjaamaan itsensä ja siten toimimaan erilaisissa vikatilanteissa. Tähän hanke hakee uusia ratkaisuja. ”Tässä hankkeessa meillä on mahdollisuus kehittää ja soveltaa yhteistyössä edelläkävijäratkaisuja, joita voimme myös viedä maailmalle.”

Hajautettu täydentää keskitettyä tuotantoa
Perinteisesti Suomen sähköntuotanto on ollut hyvin keskitettyä, sähköä on tuotettu isoissa voimalaitoksissa. Kronman arvelee, että yhä enenevässä määrin meille on tulossa hajautettua tuotantoa, joka kytkeytyy jakeluverkkoon. ”Kun jakeluverkoissa on häiriötilanteita, joudutaan myös hajautettu tuotanto irrottamaan verkosta. Nykytilanteen heikkous on siinä, ettei jakeluverkko pysty toimimaan itsenäisesti, vaan sen on aina oltava kytkettynä valtakunnan verkkoon.”

Nyt ABB ja Vattenfall etsivät ratkaisua, jossa verkon osa pystyisi toimimaan myös häiriötilanteissa. Hankkeen pilottiosuus toteutetaan Hailuodon saarella, joka saa sähkönsyöttönsä manner-Suomesta Siikajoen sähköasemalta 20 kilovoltin merikaapelin kautta.

Saarella on vajaa tuhat sähköasiakasta, ja saaren kokonaissähkönkulutus on 10 gigawattituntia. Hailuodossa on myös omaa sähköntuotantoa, tuulivoimaloita Marjaniemessä ja Huikunniemessä ja dieselvoimaloita. Nämä kattavat saarelaisten sähköntarpeen hätätilanteessa. Verkko on Vattenfallin omistuksessa.

Vattenfall Verkko Oy:n strategisen verkonsuunnittelun suunnittelupäällikkö Sauli Antila kertoo, että jos mantereelta tuleva sähkönsyöttö katkeaa esimerkiksi johdon vioittumisen vuoksi, niin tuulivoimatuotanto on laukaistava pois. ”Nykyjärjestelmällä verkko ei toimi vielä niin, että tuulivoimatuotanto voisi toimia, vaikka Hailuotoa muuten syötettäisiin saarekkeena dieselvoimalaitoksilla.”

Terveen osan voitava toimia vikatilanteessa
Antilan mukaan nyt on tarkoitus kehittää yleinen ja monistettava ratkaisu, jossa rajattu ei-vioittunut verkon osa ja siihen kytketty tuotanto pystyisivät edelleen toimimaan, vaikka tuotanto ei olisikaan kytkettynä valtakunnan verkkoon. Kronmanin ja Antilan mielestä on erittäin haasteellista saada aikaan niin sanottu tehotasapaino: kuormaa ei ole enempää kuin mitä on käytettävissä olevaa tuotantoa. Tähän tarvitaan uutta automaatiotekniikkaa.

Kronman korostaa, että tavoitteena on verkon luotettavuuden lisääminen. Sähkön tuottaja ja kuluttaja toimivat tulevaisuudessa koko voimajärjestelmän aktiivisena osana. ”Eri tuottajien liikevaihto on kiinni siitä, että heillä on verkko käytettävissä. Heidän kannaltaan on entistä tärkeämpää, että verkko on käytettävissä tilanteessa kuin tilanteessa.” Hajautetun tuotannon, kuten tuulivoiman, säätäminen on Kronmanin mukaan vaikeaa. ”Teho määräytyy tuuliolosuhteista. Se asettaa erityisiä vaatimuksia järjestelmälle, jotta se kykenee dynaamisesti hakemaan oikeita saarekekokoja.”

Antilan mukaan hajautettu tuotanto osaltaan mahdollistaa saarekkeen ylläpidon. ”Nykytilanteessa saarekekäytössä sähkön laatu heikkenee muun muassa taajuuden ja jännitteen vaihdellessa tavanomaista enemmän. Tavoitteena on pystyä vähentämään katkoja ja turvaamaan asiakkaille sähkönsaanti sekä vika- että huoltotilanteissa."

Synkronointi automaattiseksi
Hankkeen ensimmäinen osa on käynnistynyt tänä vuonna. Ensimmäiseen vaiheeseen on valittu vain osa Hailuodon saarta. Jatkossa aluetta laajennetaan ja samalla pilotin haasteellisuutta lisätään.
”Jo ensivaiheen tavoite on, että saarekkeesta voidaan palautua ilman katkoja ja että synkronointi valtakunnanverkkoon tapahtuisi automaattisesti.”

Ennen kuin kentällä kokeillaan järjestelmän toimivuutta, ideoiden toimivuus halutaan varmistaa simuloimalla. Yhteistyössä mukana olevat yliopistot simuloivat eri vika- ja toimintatilanteet. Hankkeessa hyödynnetään olemassa olevaa teknologiaa uudella tavalla ja osittain kehitetään myös uusia sovelluksia. Saarekekäyttö ei Kronmanin mukaan ole uusi käsite. ”Esimerkiksi teollisuuslaitos tai sairaala voi toimia saarekkeena varavoiman avulla. Tällöin laitoksen kuorma ja kulutus ovat ennalta tarkkaan tiedossa.”

Hankkeessa on Kronmanin mukaan kaksi teknisesti kriittistä ja haasteellista kohtaa, joihin haetaan ratkaisuja. ”Hajautettuun verkkoon haetaan automaatiota ja suojausta siten, että se pystyy syöttämään saareketta. Saarekeverkon ja valtakunnan verkon katkoskohtaan on pystyttävä löytämään synkronointi, mikä vaatii uuden teknologian kehittämistä.”

Saarekekäytön ”aivot” eli saarekkeen laskentaan ja ohjaukseen käytettävä tietokone sijaitsee verkkokatkaisija-asemassa. ”Myös viestiliikenteeseen on löydettävä uusia ratkaisuja, jotta saarekkeen älykkäät pisteet pystyvät kommunikoimaan ja toimimaan keskenään”, Kronman kertoo.