Miten sähköverkon toimitusvarmuus varmistetaan tulevaisuudessa? Professori Hannu Laaksonen korostaa joustoratkaisuja

Sähkön kysynnän ennustetaan kasvavan voimakkaasti lähivuosina datakeskusten, liikenteen sähköistymisen ja teollisuuden isojen investointien myötä. Samalla yhä suurempi osa sähköntuotannosta perustuu sääriippuvaisiin energialähteisiin, kuten tuulivoimaan.

Miten sähköjärjestelmän toimintakyky ja toimitusvarmuus turvataan tilanteessa, jossa kulutus kasvaa ja tuotanto vaihtelee aiempaa enemmän?

Toisin sanoen: kyykkääkö verkko, entä riittääkö kapasiteetti ja suojaukset?

– Sähkön riittävyyden ja tehotasapainon hallinta voi muodostua merkittäväksi haasteeksi erityisesti kylminä ja vähätuulisina talvipäivinä, mikäli niihin ei varauduta ennakkoon, Hannu Laaksonen sanoo.

Laaksonen on Vaasan yliopiston sähkötekniikan professori ja tuntee erityisesti sähköverkkojen aktiiviseen hallintaan, hajautetun energiantuotannon suojausvaikutuksiin sekä mikroverkkoihin ja joustaviin energiaresursseihin liittyvät asiat.

– Kyse on monimutkaisesta kokonaisuudesta erilaisine keskinäisvaikutuksineen. Sähköjärjestelmän tehotasapainon hallinta vaatii entistä enemmän erityyppisiä ja -kokoisia joustoresurssiratkaisuja, jotka vastaavat sekä kantaverkon että jakeluverkon kasvaviin tarpeisiin. Varmaa on se, että emme voi olla vain yhden ratkaisun varassa. 

Mikroverkot keskeisessä roolissa 

Sähköjärjestelmän toimitusvarmuuteen ja resilienssinäkökulmaan liittyy tänä päivänä myös merkittäviä uhkia. Sellaisia ovat kyberhyökkäykset sekä sään ääri-ilmiöt, kuten myrskyt, tulvat ja metsäpalot.

– Nämä seikat täytyy huomioida sähköverkon suojaus- ja automaatioratkaisuissa sekä verkon suunnittelussa.

Poikkeus- ja häiriötilanteissa sähkönjakelun jatkuvuuden voisi mahdollistaa erilaiset mikroverkot. Se on myös näkökulma, josta Laaksonen mielellään kuulisi puhuttavan enemmän julkisuudessa, kun aiheena on sähköverkon resilienssi eli kyky palautua merkittävästä häiriöstä.

Mikroverkko voi toimia yleisen sähköverkon rinnalla ja tarvittaessa irrottautua siitä niin sanottuun saarekekäyttöön. Näin se varmistaa mikroverkon asiakkaiden sähkönjakelun jatkuvuuden häiriö- ja poikkeustilanteissa.

Laaksonen kertoo, että erilaisia varavoima- ja energiavarastoratkaisuja hyödyntäviä mikroverkkoja ovat tähän saakka käyttäneet pääosin luotettavan sähkönjakelun kannalta kriittisimmät asiakkaat, kuten sairaalat, teollisuuslaitokset, datakeskukset ja tukiasemat. Normaalitilanteessa ne ovat kytkeytyneet yleiseen sähköverkkoon.

– Pitkään on ollut myös jatkuvasti erillään yleisestä sähköverkosta toimivia mikroverkkoratkaisuja laivoissa, mökeillä, saarissa ja monissa kehittyvissä maissa. Tulevaisuudessa esimerkiksi sähköautojen V2G-teknologian yleistyminen voi periaatteessa mahdollistaa mikroverkkojen laajemman hyödyntämisen kotitalouksissakin.

Mikroverkoissa sähkö tuotetaan ja hallitaan esimerkiksi moottorivoimalan, aurinkokennojen, akkuvaraston ja joustavan kulutuksen avulla. Erikokoiset mikroverkot joustoresursseineen voivat lisätä koko sähköjärjestelmän joustavuutta niin normaali- kuin poikkeustilanteissakin.

– Mikroverkot ovat tärkeitä, kun puhutaan sähköverkon kyvystä sietää merkittäviä häiriöitä. Kaiken kaikkiaan tulevaisuuden sähköjärjestelmässä energiavarastoilla, kulutusjoustoilla, moottorivoimaloilla ja mikroverkoilla on iso rooli.

Joustavat energiaresurssit merkittävässä roolissa

Kasvavan ja vaihtelevan kulutuksen kattaminen luotettavasti vaatii Laaksosen mukaan entistä enemmän joustavia energiaresursseja sähköverkon eri jännitetasoille. Seuraavan kymmenen vuoden tärkeimmät investoinnit sähkön toimitusvarmuuden kannalta liittyvät nimenomaan niihin.

– Tällaisia joustoresursseja voivat olla muun muassa erilaiset kulutusjoustot, kuten sähköautojen älykäs lataus, maiden väliset ja maan sisäiset uudet siirtoyhteydet sekä erilaiset nopeasti ohjattavat lyhyen aikavälin energianvarastointiratkaisut, kuten sähköakkuvarastot, Laaksonen luettelee.

Lisäksi Laaksonen mainitsee pidemmän aikavälin energianvarastointi- ja muunnosteknologiat kausivaihtelun hallintaan sekä säätilasta riippumattomat ja ympäristöystävälliset sähköntuotantoratkaisut. Jälkimmäisiä ovat muun muassa synteettisiä vetypohjaisia tai biopolttoaineita hyödyntävät moottorivoimalaitokset.

– Erityisesti modulaariset moottorivoimalaitokset ovat nopeasti rakennettavia.

Ilman joustoresurssien monipuolista ja älykästä hyödyntämistä tarvittaisiin nykyistä merkittävämpiä investointeja varavoimatuotantoon ja sähkönsiirtokapasiteettiin.

– Se puolestaan nostaisi kuluttajien sähkön hintaa merkittävästi.

Hajautettu sähköjärjestelmä on turvallisin

Laaksosen mukaan tulevaisuuden verkkojen suunnittelun pitäisi kehittyä siihen suuntaan, jossa huomioitaisiin entistä enemmän hajautettujen ja joustavien energiaresurssien aktiivinen hyödyntäminen.

Nykyistä parempi digitalisaation ja reaaliaikaisen mittaustiedon hyödyntäminen mahdollistaisi verkon parhaan mahdollisen käytön ja nykyisen kapasiteetin maksimaalisen hyödyntämisen. Se auttaisi pitämään kuluttajahinnat mahdollisimman edullisina.

– Mitä hajautetumpi sähköjärjestelmämme on, sen parempi toimintavarmuuden ja resilienssin kannalta. Järjestelmän joustavuus ja älykkäät hallinta- ja suojausratkaisut voivat myös ennaltaehkäistä häiriötilanteiden syntyä.