tatu-kulla-60x60pxPosted by: Tatu Kulla
22.3.2018

Sähköjärjestelmässä tuotanto on perinteisesti seurannut kulutuksen vaihtelua, mikä on sopinut hyvin olemassa olevalle tuotantorakenteelle. Ydinvoima ja sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset ovat yhdessä lauhdelaitosten kanssa vastanneet tasaisesta perusvoiman tuotannosta, kun taas vesivoimalla (ja osittain lauhdetuotannolla) on säädetty tuotanto vastaamaan kulutusta. Tilanne on kuitenkin muuttunut. Tuulivoiman rakentamisen ja samanaikaisen lauhdekapasiteetin sulkemisen seurauksena osa tuotannosta on ennustettavuudeltaan epävarmaa  ja toisaalta osa säätökyvystä on menetetty. Säätövoiman tarve on näin ollen kasvanut.

Vesivoiman rooli säätövoimana korostuu uudessakin tilanteessa. Lisäksi uudet teknologiat, kuten akut ja kysyntäjousto, tuovat sähköjärjestelmään lisää kaivattua säätökykyä. Käsittelin suoraan sähköverkkoihin kytkettyjä akkuja edellisessä blogikirjoituksessani (linkki kirjoituksen alla). Tässä blogissa valotan näkemyksiäni kysyntäjoustosta.

Kysyntäjoustossa sähkön loppukäyttäjä joustaa

Kysyntäjoustolla tarkoitetaan sitä, että sähköjärjestelmässä vähennetään tai lisätään kulutusta – ei tuotantoa – kulutuksen ja tuotannon saattamiseksi  tasapainoon. Todellisessa maailmassa näitä keinoja toki käytetään samanaikaisesti. Kysyntäjoustossa on usein kyse lämmön tai kylmän varastoinnista, jossa energian käyttö ja varastointihetki voidaan erottaa ajassa.

Perinteisintä kysyntäjoustoa Suomessa on ollut suurten teollisten toimijoiden joustavuus  erittäin korkeiden sähkönhintojen aikaan. Jos sähkönhinta on saavuttanut toimijan kannalta liian korkean tason esimerkiksi kahdeksan peräkkäisen tunnin aikana, toimijalle on ollut taloudellisempaa ajaa tuotantoprosessi alas. Korkeiden hintojen aikaan tuotanto olisi ollut tappiollista. Teollisten prosessien ajaminen ylös ja alas  on kuitenkin kallista ja kansantaloudellisesti menetetyllä tuotannollakin on arvonsa.  Sähköjärjestelmän kannalta saadaan huippukulutukset näin vältettyä esimerkiksi erittäin kylmän talvipäivän aikana.

Teollisten prosessien säätö on myös usein hidasta. Sähköjärjestelmässä säätökykyä tarvitaan järjestelmän tasapainottamiseen reaaliaikaisesti. Nykyaikaisten tietoliikenneratkaisujen ja algoritmien avulla voidaan myös sadoista tai tuhansista paljon pienemmistä kulutuskohteista, esimerkiksi lämminvesivaraajista, koota voimalaitoksen kokoluokkaan yltävä virtuaalivoimalaitos, tai oikeammin virtuaalinen akku.

Esineiden internet tekee kysyntäjoustosta mahdollista

Vaikka kysyntäjouston joustavat kohteet ovat olleet olemassa usein vuosikymmeniä, vasta viime aikoina esineiden internetin teknologia on mahdollistanut monen sovelluksen kaupallisen hyödyntämisen. Kysyntäjouston potentiaali säätövoimana on valtava, ja myös yksikkötasolla esimerkiksi yksittäisen kodin mittakaavassa kysyntäjousto on verrattavissa sähkövarastoihin. Akkuihin verrattuna kysyntäjousto on resurssitehokkaampaa ja monissa sovelluksissa halvempaa, koska uusia laitteita tarvitaan vähemmän.

Varsinkin kotitalouksien kysyntäjoustoa valjastettaessa säädettäviä kohteita tarvitaan paljon merkityksellisen säätötehon aikaansaamiseksi. Spring by Fortum tekee kysyntäjoustoa mm. kytkemällä lämminvesivaraajia virtuaaliakuksi. 1 MW säätökyvyn tuottamiseksi tarvitaan 1000 kappaletta tyypillisiä 3 kW:n lämminvesivaraajia. Jos Oulujoen optimitilanteen säätökyky on 400 megawattia, tarvittaisiin esimerkiksi kotitalouksien lämminvesivaraajia virtuaaliakkuun varovaisesti arvioiden 400 000 kappaletta. Tämä tarkoittaisi sitä, että Oulujoen säätökyvyn tuottamiseen tarvittaisiin 80% suomalaisista vesivaraajista. On myös huomattava, että tämä säätökyky olisi käytettävissä vain silloin, kun vesivaraajilla lämmitetään vettä.

Kysyntäjousto mahdollistaa huomattavan hajautettuja sovelluksia, jotka siten voivat hyödyttää  pienimpiäkin sähkönkuluttajia ja toisaalta vastata myös jakeluverkon paikallisiin joustotarpeisiin. Suomessa tehotariffit sekä myrskyvahinkojen minimointi vievät myös tähän suuntaan. Kysyntäjousto pienillä sähkövarastoilla lisättynä pystyy tulevaisuudessa yksin tasapainottamaan asumissektorin sähkönkäytön maissa, joissa on paljon aurinkovoimaa.  Suomen kaltaiset tuulivoimaa lisäävät maat tulevat aina tarvitsemaan pidemmän aikavälin säätökykyä, mutta meilläkin kysyntäjouston potentiaali on merkittävä.

Viimeiset 12 vuotta, jotka olen toiminut energia-alalla, älyverkot ovat olleet varsinkin alan sisällä olleet jatkuvan kiinnostuksen. Koska kysyntäjoustopalvelut mahdollistavat myös jakeluverkon paikalliset palvelut, saadaan valtaosa älyverkon lupauksista lunastettua kysyntäjoustolla. Tähän ei tarvita keskusjohtoista älyverkkojärjestelmää, vaan älyverkkona toimii internet ja sen päälle rakennetut palvelut.

Kysyntäjoustot ja akut ovat siis teknisesti oivallisia lyhytaikaisia säätövoiman lähteitä. Ne toimivat myös hyvin yhdessä osana suurempaa virtuaalista akkua. Tänä päivänä vesivoimaa käytetään käytännössä säätöön sekuntitasolta aina vuodenaikojen väliseen säätöön. Tulevaisuuden voimajärjestelmässä, jossa  tuotanto on heikommin ohjattavaa kuin ennen, akuilla, kysyntäjoustoilla ja vesivoimalla tulee olemaan oma tärkeä roolinsa. Kysyntäjousto ja akut pitävät huolta lyhytaikaisesta säädöstä (sekuntitasolta tuntien väliseen säätöön) vesivoiman huolehtiessa tätä pidempiaikaisesta säädöstä.

Tatu Kulla

Kirjoittaja toimii Fortumissa kehitysjohtajana vastaten muun muassa kysyntäjousto- ja akkuliiketoiminnan kehittämisestä. Aiemmin hän on vastannut vuosia Fortumin Suomen ja Ruotsin vesivoimaa (4 650 MW) ohjaavan vesivoimavalvomon toiminnasta.

Lue lisää:
Sähköjärjestelmän perusasioiden äärellä, osa 1: Miksi säätövoimalla on väliä?

Sähköjärjestelmän perusasioiden äärellä, osa 2: Voiko akuilla korvata vesivoimaa säätövoimana?

kysyntajousto

Leave a comment

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

w

Connecting to %s