1. ÄLYKKÄÄT
SÄHKÖVERKOT
JA ENERGIA-MARKKINAT

2. SISÄLLYS
4 Älyverkkotutkimus luo perustaa
tulevaisuuden energiajärjestelmälle
6 Ohjelman vaikuttavuus
7 Osallistujan puheenvuoro
8 Älykäs sähköverkko
10 Tulevaisuuden energiajärjestelmä
12 Tasasähkö tuo varmuutta sähkönjakeluun
14 Sähköautot sujuvasti sähköverkkoon
17 Sähkön kysynnästä joustavaa – ja joustosta kannattavaa
19 Kaikki hyöty etäluettavasta sähkömittarista
21 Tuulivoima ja sähköverkko haastavat toisensa
23 Kotitaloudet kasvavat sähköntuottajiksi vähitellen
24 Älykäs sähköverkko vaatii uutta teknologiaa
27 Älykäs sähköverkko korjaa itse vikansa
29 Nopea tiedonkulku helpottaa vikatilanteissa

3. 4 SMART GRIDS AND ENERGY MARKE TS SMART GRIDS AND ENERGY MARKE TS 5
ÄLYVERKKOTUTKIMUS LUO
PERUSTAA TULEVAISUUDEN
ENERGIAJÄRJESTELMÄLLE
Suomalaiset yritykset ja tutkimuslaitokset kehit-tivät
tulevaisuuden energiajärjestelmää monialai-sessa
tutkimusohjelmassa Älykkäät sähköverkot ja
energiamarkkinat.
Sähköverkon älykkyydellä tarkoitetaan yksinkertai-simmillaan
automaatiota, joka parantaa verkkojen
luotettavuutta ja kannattavuutta.
”Pitkällä aikavälillä älyverkkotutkimus tähtää
kuitenkin radikaaleihin muutoksiin energiamark-kinoilla
niin kansallisella kuin kansainväliselläkin
tasolla”, kertoo ohjelmapäällikkö Jani Valtari.
Muutoksia edellyttävät kestävän kehityksen
tavoitteet energiantuotannossa sekä lisääntyvä
sähköenergian tarve. On varmistettava, että tulevai-suuden
sähköjärjestelmä tukee uusiutuvan energian
tuotantoa.
Tutkimusohjelman tavoitteena oli kehittää älyverk-koratkaisuja,
joita voidaan havainnollistaa Suomen
energiajärjestelmässä ja hyödyntää maailman-laajuisesti.
Ratkaisut liittyvät verkkojen arkkiteh-tuuriin,
komponentteihin, hallintaan ja ylläpitoon.
Teknologian ohella ohjelmassa kehitettiin liiketoimin-tamalleja
tulevaisuuden sähkömarkkinoille.
Tutkimuksen perimmäisenä tarkoituksena oli
vahvistaa alan osaamista ja kilpailukykyä Suomessa.
”Lähtökohtamme on erittäin hyvä. Suomi ja muut
pohjoismaat ovat aivan kärjessä automaatiotekno-logian
hyödyntämisessä sähköverkoissa. Voidaan
sanoa, että sähköverkot ovat jo nyt älykkäitä, mutta
kehitys jatkuu yhä nopeampana”, Valtari toteaa.
Älyverkkojen kehittäminen edellyttää teknisesti
ennen kaikkea energiateknologian sekä tieto-ja
viestintäteknologian asiantuntemusta. Lisäksi
käytännön ratkaisut vaativat tiivistä yhteistyötä
sähkön myyjien ja jakelijoiden välillä. Yhteistyön
eri tasot varmistettiin liittämällä ohjelmaan peräti
25 yrityksen ja 8 tutkimuslaitoksen voimat. Tutkijat
hyödynsivät ja vahvistivat myös kansainvälisiä
verkostojaan.
”Yhteistyö on mahdollistanut sen, että olemme
voineet tutkia koko järjestelmän muutosta. Olemme
luoneet tutkimusalustoja, joiden avulla olemme
voineet demonstroida tutkimustuloksia todelli-sissa
ympäristöissä. Samalla olemme rakentaneet
valmiuksia uusille tuotteille ja toimintatavoille. Tästä
yritysten on helppo jatkaa omaa tuotekehitystään”,
Valtari sanoo. Hän itse työskentelee ABB:llä, joka oli
yksi ohjelman osallistujista.
Tutkimusohjelmaa johti CLEEN Oy (Cluster for Energy
and Environment), joka on strategisen huippuosaa-misen
keskittymä (SHOK) energia- ja ympäristöalan
yrityksille ja tutkimusyhteisöille.
Ohjelma tunnetaan nimellä SGEM (Smart Grids and
Energy Markets) eli Älykkäät sähköverkot ja energia-markkinat.
Sen kokonaisarvo oli 52 miljoonaa euroa,
josta yritykset maksoivat 34 prosenttia, julkiset tutki-muslaitokset
10 prosenttia sekä Tekes 56 prosenttia.
Ohjelma alkoi vuoden 2010 alussa ja päättyy helmi-kuussa
2015.
52 MILJ. €
34 % YRITYKSET
1 0 % JULKISE T
TUTKIMUS-L
AITOKSET
56 % TEKES
ABB OY
AIDON OY
ALSTOM GRID OY
CARUNA OY
OY CYBERSOFT AB
ELEKTROBIT WIRELESS COMMUNICATIONS OY
ELENIA OY
EMPOWER IM OY
EMPOWER OY
EMTELE OY
FINGRID OYJ
HELEN SÄHKÖVERKKO OY
HELSINGIN ENERGIA
INNO-W OY
MX ELECTRIX OY
NOKIA SIEMENS NETWORKS OY
OULUN SÄHKÖNMYYNTI OY
SUUR-SAVON SÄHKÖ OY
TEKLA OY
TELIASONERA FINLAND OYJ
THERE CORPORATION OY
THE SWITCH DRIVE SYSTEMS OY
T I E TO FINLAND OY
VANTAAN ENERGIA SÄHKÖVERKOT OY
VIOL A SYSTEMS OY
AALTO-KORKEAKOULUSÄÄTIÖ
I TÄ-SUOMEN YLIOPISTO
LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO
MIT TATEKNIIK AN KESKUS
OULUN YLIOPISTO
TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO
TEKNOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VT T
VAASAN YLIOPISTO
56
34
10

4. Ohjelman
vaikuttavuus
YHTEISKUNNALLISEST I
VAIKUT TAVA
108 UUTTA
DIPLOMI-INSINÖÖRIÄ
CLEANTECH-ALUEELLE
41 JATKO-OPISKELIJAA
20 ULKOMAISTA
TUTKIJAA
SGEM-ohjelmassa tehty selvitys tuki
merkittävästi mikrotuotantolaitosten teknisten
vaatimusten Euroopan tason harmonisointia
Suomen osalta. Selvityksen pohjalta annoim-mekin
Energiateollisuudessa valtakunnallisen
suosituksen hyväksyä Suomessa jakeluverkkoi-hin
Saksan standardit täyttävät mikrotuotanto-laitteet.
Tämä avasi Suomen markkinat useille
uusille mikrotuotantolaitteiden valmistajille ja
näin edisti mm. aurinkosähkön yleistymistä
INA LEHTO, asiantuntija
Energiateollisuus ry
OPERATIIVISEST I
TEHOKAS
95 % BUDJE TOIDUISTA
840 SUUNNITELTUA
TUOTOSTA
KULUISTA
SGEM on ollut paitsi rahoittaja, myös
tärkeä kanava yhteistyöhön teollisuuden
kanssa, mutta ennen kaikkea se on mahdol-listanut
pitkäjänteisen työskentelyn tutkimus-aiheeni
parissa. Tällainen sitoutuminen on
poikkeuksellista nykyisessä pirstaloituneessa
rahoituskentässä.
ANTTI MUTANEN, tutkija
Tampereen teknillinen yliopisto
T I E TEELLISEST I
KORKEATASOINEN
13
VÄITÖS-KIRJAA
71
219
VERTAISARVIOITUA
T I E TEELLISTÄ LEHTI-ARTIKKELIA
KONFERENSSI-JULK
AISUA
SGEM on tuottanut uutta tietoa niin
sähkömarkkinoista kuin verkkotekniikastakin.
Esimerkki teknologian kehittämisen tieteelli-sestä
tuloksellisuudesta on maailman ensim-mäinen
jatkuvassa sähkönjakelukäytössä oleva
haja-asutusalueen ±750 V pienjännitteinen
tasasähkömikroverkko ja siihen liittyvät 3
väitöskirjaa, 8 lehtiartikkelia, ja kymmenet
konferenssijulkaisut.
TERO KAIPIA , tutkija
Lappeenrannan teknillinen yliopisto
TEOLLISESTI MERKIT TÄVÄ
13 TUTKIMUS-PILOT
240 TEKNISTÄ RAPORT TIA
TEOLLISUUDEN TARPEISIIN
TIA
23 MILJ. € UUSIA SIS ÄISIÄ
T&K HANKKEITA
There Corporation on hyötynyt mer-kittävästi
SGEM-ohjelmasta. Se on mahdol-listanut
kysynnänjouston ratkaisujen tutki-mista
yhdessä, mutta lisäksi se on auttanut
luomaan business-kontakeja meille tärkeisiin
partnereihin. SGEM-ohjelmaa on hallittu
erittäin hyvin, mikä näkyy siinä että teke-minen
ei ole siiloutunut vaan partnereiden
aito kiinnostus yhteistyöhön on jatkunut koko
ohjelman ajan.
MIKAEL LATVALA, teknologiajohtaja
There Corporation Oy
OSALLISTUJAN
PUHEENVUORO
Älykkäät sähköverkot ovat maailmanlaajuisesti yksi tärkeimmistä
Cleantech-ratkaisuista. Juuri älykkäiden sähköverkkojen avulla mahdol-listetaan
uusiutuvan sähköntuontannon merkittävä lisäys. Uusiutuvan
tuotannon lisääntyessä vaatimukset toimitusvarmuuden ja vikasietoi-suuden
osalta kasvavat. Yhteiskunta tulee yhä riippuvaisemmaksi sähkö-energiasta,
mikä edelleen korostaa älykkäiden sähköverkkojen merkitystä.
Suomessa on merkittävää älyverkko-osaamista eri toimialoilla ja tieteen-aloilla.
Osaaminen kohtaa SGEM-tutkimusohjelmassa. Laajan ja monia-laisen
konsortion avulla olemme yhdessä pystyneet mallintamaan tulevai-suuden
sähköverkkoja jo tänään – yksin se ei olisi mahdollista. Tämä auttaa
ABB:tä yhä kiristyvässä globaalissa kilpailussa monella tavalla. Yhteistyössä
olemme rakentaneet uusia ratkaisuja, joilla Suomen oman sähköverkon
älykkyys pysyy kehityksen kärjessä ja Suomessa kehitetyistä ratkaisuista
saadaan globaaleja huippuvientituotteita. Tämä on tutkimuspanostuk-semme
lopullinen päätavoite.
Tulevaisuudessa Suomi tarvitsee entistä enemmän korkean jalostus-arvon
Cleantech-osaamista sekä toimialarajat ylittävää innovointia.
SGEM -ohjelma on ollut hyvä esimerkki siitä, miten innovaatiokeskittymiä
luodaan. Toivomme laajapohjaisen tutkimusyhteistyön jatkuvan myös
SGEM-ohjelman jälkeen.
TAUNO HEINOLA
Toimitusjohtaja
ABB Oy

5. 8 SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS
SÄÄTÖVOIMA
SUURJÄNNITE 1 1 0–400 KV
KESKIJÄNNITE 10–60 KV
PIENJÄNNITE 400 V / 230 V
PERUSVOIMA
TUULI-PUISTO
HAJAUTETTU
TUOTANTO
ÄLYKÄS
SÄHKÖASEMA
ÄLYKÄS
MUUNTAMO
ÄLYKOT I , SÄHKÖAUTO, E TÄLUET TAVA
SÄHKÖMITTARI, OHJAT TAVA KULUTUS...
ENERGIA-VARASTOT
NOPEA
TIEDON-SIIRTO
TA SASÄHKÖ
SAAREKE-VERKKO
Älykäs sähköverkko
HAJAUTETTU
TUOTANTO
KAAPELOINTI OHJAT TAVA
AVOIMET
T I E TOLÄHTEET
I TSEKORJAAVAT
VERKOT
VIRTUAALISE T
VOIMALAITOKSET
4G MOBI I L I L AI T T E E T
E TÄLUE T TAVAT
SÄHKÖMITTARIT
SÄÄSTÖJÄ VERKON-VAHVISTUSKULUISTA
ENNAKOIVA
JOUSTON MYYNTI
SÄHKÖMARKKINOILLA
AKTIIVISEN
KULUTTAJAN
PALVELUT
KUNNONVALVONTA
CLEANTECH-VIENTITUOT
T E I TA
SUOSITUKSET
REGULAATIOON JA
TUKIPOLITIIKKAAN
KYSYNNÄN-JOUSTO
SÄHKÖ-
AUTOT
KULUTUS
ENERGIAVARASTOT
HAASTEENA
toimitusvarmuus ja sähköverkon uudet komponentit
APUNA
uudet tietotekniset ratkaisut
TULOKSENA
uudet älykkäät toiminnot
TAVOITTEENA
uudet tuotteet, palvelut ja liiketoimintamallit
REAALIAIK AISE T
SÄHKÖMARKKINAT
AKTIIVISEN
VERKON
HALLINTA
PERINTEINEN
SÄHKÖVERKKO
ÄLYKÄS
SÄHKÖVERKKO

6. 10 SMART GRIDS AND ENERGY MARKE TS SMART GRIDS AND ENERGY MARKE TS 11
Tulevaisuuden
energiajärjestelmä
Uusiutuvat energialähteet mullistavat
sähköverkot ja -markkinat. Ennen jousti vain
sähkön tuotanto, tulevaisuudessa joustaa
myös kysyntä.
”Käsillä on energia-alan suurin murros sitten sähkön
käyttöönoton”, toteaa sähkötekniikan professori
Jarmo Partanen Lappeenrannan teknillisestä
yliopistosta. Uudistusten ketju on käynnistynyt
energiantuotannosta.
Uusiutuvien energialähteiden, kuten auringon ja
tuulen, suosio kasvaa, koska energiantuotannossa
pyritään rajoittamaan hiilidioksidipäästöjä ja hillit-semään
siten ilmastonmuutosta. Saman aikaan alaa
ajaa muutokseen lisääntyvä sähköenergian tarve.
Hajautettua
tuotantoa hallitusti
Aurinko- ja tuulivoimalat ovat poikkeuksia sähköjär-jestelmissä
alkaen niiden pienestä koosta. Suurehkoja
tuulipuistoja lukuun ottamatta tyypillisiä tuottajia ovat
omakotitalot, toimistotalot sekä julkiset tilat. Nämä
pientuottajat pyrkivät tavallisesti käyttämään tuotta-mansa
sähkön itse ja myymään ylijäämän verkkoon.
”Haasteena on se, miten hajautettu tuotanto
liitetään verkkoon tehokkaasti ja luotettavasti”,
Partanen sanoo. Hänen mukaansa liittymä itsessään
on ratkaistu jo varsin kelvollisesti, mutta verkon
kuormitus vaatii yhä enemmän huomiota, jotta
sähkön tuotanto ja kulutus pysyisivät tasapainossa.
Perinteisessä energiajärjestelmässä voimalaitokset
ennustavat kulutusta ja säätävät tuotantoa ennus-tuksen
mukaan. Sen sijaan aurinko ja tuuli tuottavat
milloin tuottavat ja vieläpä minimaalisin kustan-nuksin.
Tästä seuraa tuotannon ennakoimatonta
heilahtelua, joka koettelee järjestelmän tehota-sapainon
hallintaa mutta myös sähköntuottajien
taloutta. Aurinkoisena ja tuulisena päivänä perin-teisen
voimalaitoksen tulot romahtavat, kun sähkön
markkinahinta painuu alas. Pahimmissa tilanteissa
tuottaja maksaa asiakkaalle siitä, että tämä ottaa
sähköä vastaan.
”Jos sähköntuotanto ei kannata, voimalaitokset
poistuvat markkinoilta. Mutta miten silloin taataan
sähkön tarjonta pilvisenä päivänä?” Partasen mukaan
sähköjärjestelmän uudistuksessa on alkamassa
toinen aalto.
”Tähän mennessä on saatu aikaiseksi paljon hyvää
mutta myös ongelmia. Nyt ratkaistaan ongelmat ja
luodaan sähkömarkkinoiden uusi malli.”
Joustoa kysyntään ja
tarjontaan
Tulevaisuuden sähköjärjestelmässä sähkön kysyntä
joustaa. Partasen mukaan olennaista on saada
kotitaloudet mukaan joustamaan tarjoamalla niille
helppoja ja taloudellisesti kannattavia ratkaisuja.
”Esimerkiksi Suomessa on paljon sähkölämmitteisiä
taloja, joissa vesivaraajan voisi lämmittää järjestelmän
kannalta parhaaseen aikaan. Varaajan lämmitysteho
sopii erinomaisesti myös reserviksi häiriötilanteiden
varalle”, Partanen sanoo. Hän odottaa, että ensi vuosi-kymmenellä
myös sähköenergian varastoinnista tulee
taloudellisesti kannattavaa. Silloin joustoa voivat
tarjota muun muassa sähköautojen akut.
Partanen painottaa, että joustavasta kysynnästä
huolimatta myös tarjonnan on joustettava, jotta
sähkönjakelu pysyisi luotettavana. Ketterä, ohjattava
säätövoima voisi täydentää kankeasti säädettävää
perusvoimaa ja hallitsemattomasti heiluvaa tuuli- ja
aurinkovoimaa.
”Ohjattava tuotanto voi tarkoittaa esimerkiksi
hetkessä käynnistettävää ja pysäytettävää poltto-moottorivoimalaitosta,
nopeasti ohjattavaa
vesivoimaa tai nykyistä paremmin ohjattavia
polttoon perustuvia lauhde- ja vastapainelaitoksia.
Joustotuotteiden kasvava kysyntä edistää markki-natalouden
mukaisesti kehitystä myös olemassa
olevissa järjestelmissä”, Partanen sanoo. Sähköverkon
kuormitusta tasoittaisi myös mahdollisuus siirtää
sähköä yhä pidemmälle.
”Esimerkiksi Keski-Euroopassa tuuli- ja aurinkoe-nergiaa
voisi siirtää pitkiäkin matkoja sen mukaan,
missä aurinko kulloinkin paistaa. Siellä haasteena
ovat lupa-asiat.”
Lisää älyä
sähköverkkoon
Joustavat ratkaisut edellyttävät sähköverkon kehit-tämistä.
Nyt yhteinen sähköverkko liittää toisiinsa
sähkön käyttäjien, tuottajien ja siirtäjien laitteet.
Tulevaisuudessa laitteiden välillä kulkee myös yhä
enemmän tietoa tietoliikenneyhteyksien avulla –
teollisessa internetissä. Viimeistään silloin on kyse
älykkäästä sähköverkosta.
Partasen mukaan suomalaista sähköverkkoa voi
kutsua älykkääksi jo nyt. Esimerkiksi valtaosassa
suomalaiskodeista on etäluettava sähkömittari, joka
tarjoaa erinomaiset edellytykset älyverkon kehittämi-selle
edelleen.
”Sähköverkko kehittyy jatkuvasti ja juuri nyt nopeam-min
kuin koskaan”, Partanen toteaa.

7. 12 SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS
Tasasähkö
tuo varmuutta
sähkönjakeluun
Pienjännitteinen tasasähkö on taloudellisesti
varteenotettava vaihtoehto, kun jakeluverkkoja uusitaan.
Se helpottaa myös hajautettua tuotantoa sekä alueellisten
verkkojen erottamista omavaraisiksi saarekkeiksi.
Suomessa käytetään verkkovirtana vaihtovirtaa eli
vaihtosähköä. Aikoinaan sähköverkkoon valittiin
vaihtosähkö muun muassa siksi, että sen jännitettä
on helppo säätää muuntajien avulla. Suurille siirto-määrille
ja -matkoille sopivat suuret jännitteet, ja
jakeluun pienemmät.
Tehoelektroniikan kehityttyä tasavirta eli tasasähkö
on nostettu esille varteenotettavana vaihtoehtona
pienjännitteisessä jakeluverkossa, ja sitä tutkittiin
myös SGEM-ohjelmassa.
”Tutkimuksemme mukaan tasasähkö on järkevä
vaihtoehto erityisesti harvaan asutun alueen jakelu-verkoissa”,
kertoo tutkija Tero Kaipia Lappeenrannan
teknillisestä yliopistosta. Hän perustelee väitettä
muun muassa kustannuksilla, jotka syntyvät silloin,
kun häiriöille alttiita keskijänniteverkon avojohtoja
korvataan maakaapeleilla. Hänen mukaansa kaape-loinnin
kokonaishinta laskee merkittävästi, jos osa
keskijänniteverkosta korvataan pienjänniteverkolla.
”Näin voidaan toimia, koska tasasähköllä saavutetaan
vaihtosähköä suurempi tehonsiirtokyky pienjännit-teisessä
sähkönjakelussa. Tasasähköverkkoon on
myös edullisempaa ja helpompaa kytkeä hajautettua
tuotantoa ja akkuja”, Kaipia toteaa.
Kaipian mukaan tasasähkö sopii vaihtosähköä
paremmin myös kyläyhteisön omaan mikroverkkoon,
siis sähköverkon osaan, jonka voi tarvittaessa erottaa
julkisesta verkosta saarekkeeksi. Mikroverkossa oma
tuotanto ja omat akut voivat tarjota sähköä jopa
useiden tuntien ajan esimerkiksi silloin, kun myrsky
on lamauttanut laajemman sähköverkon.
”Tuloksena sähkönkäyttäjien kokemat sähkökatkot
vähenevät ja tarve maakaapeloida keskijännite-verkkoa
pienenee.” Tutkimusohjelmassa kehitettyä
tasasähköjärjestelmää voi Kaipian mukaan käyttää
monipuolisesti myös taajamien jakeluverkoissa sekä
erityiskohteissa, kuten tievalaistuksessa, sähköajoneu-vojen
latausjärjestelmissä ja jopa kiinteistöjen sisällä.
Koska pienjännitteinen tasasähköverkko johtaa
useimmiten asiakkaan kotiin asti, kodissa tarvitaan
suuntaaja, joka vaihtaa sähkön takaisin vaihtosäh-köksi,
jotta kodinkoneet ja pistorasiat toimisivat.
Samalla suuntaaja siivoaa sähköstä pois häiriöt, kuten
jännitetasovaihtelut ja räpsyt eli pienet sähkökatkot.
Kaipia odottaakin tasasähköverkon kohentavan
sähkön laatua sen lisäksi, että se laskee kustannuksia.
”Modernin suuntaajatekniikan avulla sähkön laatua
voidaan hallita paikallisesti tavalla, joka ei aiemmin
ole ollut mahdollista”, Kaipia sanoo. Hän korostaa,
että asiakkaalle asennettava suuntaaja ei ole ylimää-räinen
laite, vaan sillä voi korvata etäluettavan
sähkömittarin siinä vaiheessa, kun mittari vaatisi
muutenkin päivitystä.
SGEM-ohjelmassa kehitettiin tasasähköverkkoon
optimoitua laiteteknologiaa sekä työkaluja verkkojen
suunnittelijoille ja rakentajille. Teknologian toimintaa
tutkittiin jakeluverkoissa muutaman asiakkaan
alueilla. Testiverkkoja rakensivat Suur-Savon Sähkö
Oy Lappeenrannan teknillisen yliopiston kanssa sekä
Elenia Oy ABB Oy:n kanssa. Elenian suunnitteluin-sinööri
Tomi Hakala odottaa testiverkon tarjoavan
pitkän aikavälin käyttökokemuksia, jotka ovat hänen
mukaansa ensiarvoisen tärkeitä, kun uuden tekniikan
laajamittaista käyttöönottoa suunnitellaan.
”Koekäyttö on tähän mennessä sujunut hyvin.
Seuraava askel on se, että yritykset kehittävät ja
tuovat markkinoille tuotteistettuja laitteistoja, joita
tasasähkönjakelun laajamittainen hyödyntäminen
edellyttää”, Kaipia sanoo.
Tutkimuksemme
mukaan tasasähkö
on järkevä vaihtoehto
erityisesti harvaan asutun
alueen jakeluverkoissa.
TERO KAIPIA
Tutkija,
Lappeenrannan
teknillinen yliopisto
KESKIJÄNNITEVERKKO
(VAIHTOSÄHKÖ) 20 KV
TASASUUNTAAJA
MIKROVERKON VOI
IRROT TAA MUUSTA
VERKOSTA SAAREKKEEKSI
MIKROVERKKO
( TASASÄHKÖ)
± 75 0 V
PIENJÄNNITTEISEN TASASÄHKÖN-JAKELUVERKON
JÄNNITE ON ±750 V
( v r t. p i e n j ä n n i t te i s e n v a i h tosähkö-verko
n j ä n n i te on 400 V)

8. 14 SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS
Sähköautot
sujuvasti
sähköverkkoon
Kun käytössä on suuri määrä sähköautoja, niiden
hallitsematon lataaminen voi sekoittaa sähköverkon
tasapainon. Parhaimmillaan sähköautot voivat
kuitenkin tasoittaa verkon kuormitusta.
Kun sähköautojen käyttö lisääntyy, vaikutus tuntuu
sähköverkossa. Sen lisäksi, että sähköautot vaativat
energiaa, niiden lataaminen kuormittaa sähkö-verkkoa
epätasaisesti. Sähkötekniikan professori
Jarmo Partanen Lappeenrannan teknillisestä yliopis-tosta
pitää selvänä, että energiantarpeesta selvitään
mutta epätasaiseen kuormitukseen on puututtava
ennen kuin sähköautot yleistyvät. Aihe otettiin myös
osaksi SGEM-tutkimusohjelmaa.
Jos suuri joukko sähköauton käyttäjiä lataisi autonsa
palattuaan illansuussa kotiin, lataaminen kuormittaisi
sähköverkkoa huomattavasti ja edellyttäisi Partasen
mukaan merkittäviä investointeja verkkoon. Kun
Lappeenrannan teknillisen yliopiston tutkimus-ryhmä
simuloi verkon kuormitusta, tuli ilmi, että
lataamista ohjaamalla lisäkustannukset jäisivät lähes
huomaamattomiksi.
”Jos autonomistajalle riittää, että akku on aamulla
täynnä, lataamisen voi ajoittaa mihin tahansa
hetkeen sitä ennen, ja kustannukset olisivat aivan
marginaalisia.”
Parhaimmillaan sähköautojen akut voivat jopa
tasoittaa verkon kuormitusta toimimalla hajautetun
tuotannon energiavarastoina.
”Katolla oleva aurinkopaneeli tuottaa päivällä sähköä,
joka menee autoon, tai jos auto ei ole paikalla,
sähkö varastoituu kellarissa sijaitsevaan akkuun ja
lorahtaa sitten illalla autoon – tai jopa verkkoon”,
Partanen visioi. Verkkoyhtiöt säästäisivät inves-toinneissa
ja sitä kautta myös kuluttajat siirtomak-suissa.
VTT osoitti lisäksi simuloimalla, että sähköau-tojen
tarjoama jousto tekisi hajautetun tuotannon
hyödyntämisestä nykyistä helpompaa ja kannatta-vampaa
ja voisi siten vähentää hiilidioksidipäästöjä
koko sähköjärjestelmässä.
Tällä hetkellä sähköautojen latausjärjestelmät eivät
tue älykästä lataamista, mutta lataamista koskeva
standardi tarjoaa siihen jo mahdollisuuden. Elektrobit
on hyödyntänyt mahdollisuutta ensimmäisten
joukossa ja kehittänyt lataamiseen protokollaoh-jelmiston,
joka ottaa huomioon verkon tilan sekä
käyttäjän tarpeet, jotka liittyvät muun muassa lataa-misen
ajankohtaan ja sähkön hintaan.
”Kun sähköautojen määrä lisääntyy, niiden liittä-minen
verkkoon älykkäällä tavalla on edellytys
verkon kuormituksen hallinnalle”, toteaa johtaja
Hannu Hakalahti Elektrobitiltä.
SUORA YÖLATAUS
PORRASTE T TU YÖLATAUS
YHDISTE T T Y TYÖPAIKKA- JA KOT I LATAUS
OPTIMOITU LATAUS
NYKYINEN TEHONTARVE ILMAN SÄHKÖAUTOJA
Parhaimmillaan
sähköautojen akut voivat
jopa tasoittaa verkon
kuormitusta toimimalla
hajautetun tuotannon
energiavarastoina.
JARMO PARTANEN
Professori,
Lappeenrannan
teknillinen yliopisto
2
TEHO
MW
1 0
9
8
7
1
4
2
6
3
8
4
1 0
5
1 2
6
0 1 4 1 6 1 8 20 2 2
KELLONAIKA

9. SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS 17
Sähkön kysynnästä
joustavaa – ja joustosta
kannattavaa
Aurinko- ja tuulienergian tuotanto ei jousta, joten
sähkön kulutuksen on joustettava. Jotta kuluttajan
kannattaisi joustaa, on uusittava sähköverkkojen
ja -markkinoiden rakenteita.
Sähköjärjestelmän perusta on säilynyt ennallaan
sähkönjakelun alusta alkaen. Tuotannon ja kulutuksen
on oltava tasapainossa, jotta sähkön laatu säilyy
hyvänä ja verkko kunnossa. Tuotantoa on perinteisesti
säädetty kulutuksen mukaan, mutta aurinko- ja tuulie-nergia
ovat sekoittamassa käytäntöjä. Niiden tuotanto
ei jousta, ja sitä on vaikea ennakoida.
”Tuotannon rajoittaminen on vaihtoehto, mutta se
sotii uusiutuvan energian käytön periaatteita vastaan.
Onkin yhä tärkeämpää, että sähkön kysyntä joustaa”,
toteaa kehitysjohtaja Jan Segerstam Empower IM
Oy:stä. Hänen mukaansa markkinoiden ja sähkö-verkkojen
rakenteet eivät tue joustoja erityisen hyvin
pienissä hajautuneissa kohteissa, kuten kotitalouk-sissa.
Mitä rakenteille olisi sitten tehtävä, oli yksi tutki-musaihe
SGEM-ohjelmassa.
Vapailla sähkömarkkinoilla rakenteiden uudistaminen
edellyttää lukuisten eri osapuolien yhteistyötä ja risti-riitaisten
tavoitteiden sovittamista yhteen. Energian
tuottajille ja käyttäjille kysynnän jousto tuo parhaim-millaan
taloudellisia etuja. Sen sijaan sähköverkon
haltijoille jousto merkitsee nykytilanteessa ennen
kaikkea kustannuksia. Jousto vaatii verkolta älyä, ja
äly maksaa. Parhaimmillaan jousto kuitenkin auttaa
verkkoyhtiöitä välttämään tai ainakin siirtämään
investointeja, jotka liittyvät verkkoinfrastruktuurin
vahvistamiseen.
”SGEM-ohjelman avulla pystyimme mallintamaan
tulevaisuuden ympäristöä kokonaisvaltaisesti yhdessä.
Yksin sitä ei voisi tehdä kukaan”, Segerstam toteaa. Hän
pitää Suomen kehittyneitä sähkömarkkinoita poikke-uksellisen
hyvänä kehitysympäristönä. Erinomaisena
lähtökohtana toimivat etäluettavat sähkömittarit,
jotka on asennettu lähes jokaiseen suomalaiseen
kotiin. Mittareissa on tekniset valmiudet ohjata muun
muassa 600 000 kodin sähkölämmitystä.
SGEM-ohjelmassa pohjustettiin joustojen ohjaamista
eri menetelmin ja luotiin tarvittavat toimintoketjut
joustoihin liittyvään tiedonvaihtoon. Tiedonvaihtoa
tutkittiin neljässä eri kaupungissa hieman eri näkökul-mista,
ja yhdessä tutkimuksessa myös kuluttajat
osallistuivat ohjaamisen määrittelyyn. Etäluettavien
sähkömittareiden vaihtoehtona käytettiin myös kotiin
sijoitettavia ohjausjärjestelmiä, joita voi ohjelmoida
vapaasti ja päivittää valvomosta käsin.
Segerstam odottaa tutkimuksen johtavan sähkön
myynnin ja jakelun liiketoimintamalliin, jossa kysynnän
jousto on otettu huomioon. Hänen mukaansa malli
voi olla hyödyksi myös muissa pohjoismaissa sekä
Keski-Euroopassa. Hän huomauttaa, että joustoon
kannustavan hinnoittelun hyödyntämistä edistäi-sivät
Suomessa myös lainsäädännön muutokset. Tällä
hetkellä kuluttaja voi valita aikaperusteisen hinnoit-telun
ja ohjauksen, joka jakaa sähkön hinnan tavalli-sesti
kiinteisiin tuntihintoihin tai päivä- ja yöhintoihin.
Segerstam uskoo, että joustoihin kannustava kulutta-jamarkkina
syntyisi, jos sähkömittareiden ohjausmah-dollisuus
tuotaisiin vapaiden markkinoiden käyttöön
laajamittaisesti.
”Kannustavampi hinnoittelu perustuisi sähkön
toteutuvaan hankintahintaan kulutuksen hetkellä.
Olisi tärkeää, että hyöty tulee todella niille, jotka
joustavat. Pelkkä hinnoittelu ei kuitenkaan riitä. On
myös tärkeää, että kaikki asiakkaan toimitusketjuun
kuuluvat osapuolet osallistuvat joustojen ohjaukseen.
Näin vältetään jouston aiheuttamat piilokustannukset
toimitusketjun eri osissa.”
SGEM-ohjelman
avulla pystymme
mallintamaan
tulevaisuuden ympäristöä
kokonaisvaltaisesti
yhdessä. Yksin sitä ei voisi
tehdä kukaan.
JAN SEGERSTAM
Kehitysjohtaja,
Empower IM Oy
SÄHKÖNKULUTUS SUOMESSA
YHDEN TALVIVIIKON AIKANA
MWh/h
16 000
14 000
12 000
10 000
ESIMERKIKSI LÄMMITYSTÄ
OHJAAMALLA KOT I TALOUDETKIN
VOIVAT TASOITTAA KULUTUKSEN
PIIKKEJÄ.
JOS SÄHKÖN KULUTTAJAHINTA PERUSTUISI
SÄHKÖN HANKINTAHINTAAN KULUTUKSEN
HETKELLÄ, S E VOISI MOTIVOIDA KULUTTAJIA
JOUSTAMAAN KULUTUKSESSA TUOTANNON
HEIL AHTELUJEN MUKAAN.
MA TI KE TO PE LA SU
8 000

10. SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS 19
Kaikki hyöty
etäluettavasta
sähkömittarista
Etäluettava sähköenergiamittari on käytössä
lähes kaikilla asiakkailla koko Suomessa.
Monipuolisesti hyödynnettynä se luo edellytykset
sähköverkon älykkäälle hallinnalle ja
sähkömarkkinoiden kehittämiselle.
Etäluettava sähkömittari on oltava Suomessa lain
mukaan 80 prosentilla jakeluverkkojen asiakkaista.
Käytännössä mittari on lähes kaikissa suomalaisissa
kotitalouksissa. Koko maailman mittakaavassa ratkaisu
on harvinainen ja Suomi edelläkävijä. Mittarinlukijat
eivät kolkuttele enää ovilla, mutta mitä muuta mitta-reilla
voidaan saavuttaa? Tätä kysymystä käsiteltiin
SGEM-ohjelmassa lukuisissa eri yhteyksissä.
”SGEM-ohjelmassa mittareiden hyödyntämistä
on voitu tarkastella kokonaisvaltaisesti ottaen
huomioon kaikki osapuolet”, toteaa sähkötekniikan
professori Pertti Järventausta Tampereen teknilli-sestä
yliopistosta.
Kuluttajan ja sähkön myyjän näkökulmista edut ovat
ilmeiset. Mittarin avulla sähkön myyjä voi seurata ja
laskuttaa asiakkaan sähkönkulutusta tunnin tarkkuu-della,
ja kuluttaja voi säästää kohdistamalla sähkönku-lutustaan
edullisimpiin aikoihin.
”Sähköyhtiö voi myös kehittää palveluita, jotka helpot-tavat
asiakkaita kulutuksen seuraamisessa ja ohjaami-sessa.”
Silloin, kun kysynnän jousto leikkaa kulutuksen
huippuja, se tasoittaa verkon kuormitusta ja siitä
hyötyvät myös verkkojen haltijat.
Järventausta korostaa, että on myös muita mahdol-lisuuksia
hyödyntää etäluettavia mittareita tulevai-suuden
energiajärjestelmässä. Kun mittarit keräävät
yksityiskohtaista tietoa kunkin asiakkaan kulutuk-sesta,
eri asiakastyyppien kuormat voidaan mallintaa
entistä tarkemmin, mikä auttaa verkon suunnittelussa
ja häviöiden arvioinneissa.
Verkkoyhtiöt hyödyntävät etäluettavia sähkömit-tareita
myös vianhallinnassa muun verkostoauto-maation
rinnalla. Valvomoiden tietojärjestelmät
keräävät ja analysoivat tietoa verkon eri osista muun
muassa vikojen estämiseksi ja tunnistamiseksi.
”Etäluettavat mittarit tarjoavat hyvinkin tarkkaa tietoa
muun muassa sähkön laadusta, erityisesti jännitteen
osalta”, Järventausta kertoo. Mittarit lähettävät myös
automaattisesti ilmoituksen verkkoviasta ja ohjaavat
siten huoltoryhmän suoraan vikapaikalle, mikä
lyhentää sähkökatkojen kestoa.
Samalla, kun sähkömittareiden hyödyntäminen
lisääntyy, mittarit myös kehittyvät. Lisäksi kehitetään
koteihin asennettavia ohjausjärjestelmiä, jotka
tarjoavat sähkömittareita monipuolisemmin mahdolli-suuksia
muun muassa kysynnän joustoon. Se, ajavatko
nämä järjestelmät toiminnallisuudessa nykymitta-reiden
ohi, ei huolestusta Järventaustaa.
”Mittarin elinkaari on joka tapauksessa maksimissaan
15 vuotta. Edelläkävijät alkavat vaihtaa mittareita jo
lähivuosina.”
Silloin, kun kysynnän
jousto leikkaa kulutuksen
huippuja, se tasoittaa verkon
kuormitusta ja siitä hyötyvät
myös verkkojen haltijat.
PERT T I JÄRVENTAUSTA
Professori,
Tampereen
teknillinen yliopisto
VERKKO-YHTIÖ
Yksityiskohtainen tieto
kulutuksesta sekä
mahdollisuus kysynnän
joustoon ja ennakointiin
» kustannukset laskevat
€
SÄHKÖ-
MARKKINAT
Tarkkaa tietoa kulutuksesta
» kustannukset laskevat
» sähkön laatu paranee
Tarkkaa tietoa kulutuksesta ja
sähkön laadusta sekä automaattisia
ilmoituksia verkkovioista
» vianhallinta tehostuu
» kuormitusten mallintaminen ja
verkon tilan estimointi tarkentuvat
» häviöiden kompensointi ja
investointien kohdistaminen
tehostuvat

11. SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS 21
Tuulivoima ja
sähköverkko
haastavat toisensa
Tuulivoiman ennustaminen helpottaa sen
hyödyntämistä sähköverkossa. Tuulivoiman käyttöä
edistää myös suojauksen kehittäminen niin
verkossa kuin voimalassakin.
Suomen kantaverkkoyhtiö Fingrid varmistaa, että
sähkön tuotannon ja kulutuksen tasapaino säilyy
joka hetki. Tehtävää helpottaa se, että sähkön suuret
tuottajat ovat velvollisia arvioimaan ja säätämään
tuotantoaan. Joukossa on kuitenkin yhä useampia
tuottajia, joille tuotannon säätäminen ei ole miele-kästä,
eikä heitä siihen velvoitetakaan. Esimerkiksi
hajautetulle tuotannolle on tyypillistä, että sähköä
syntyy, kun tuulee tai aurinko paistaa.
Jotta Fingrid voisi varautua myös tuulivoiman
tuotantoon, se ennustaa sitä itse. VTT tutki SGEM-ohjelmassa
ennustamisen tapoja ja kehitti mallin,
joka ennustaa seuraavan vuorokauden tuotantoa ja
näyttää toteutuneen tuotannon viimeisen puolen
vuorokauden ajalta.
”Malli perustuu muun muassa tuuliennusteisiin ja
todennäköisyyslaskentaan. Se ottaa myös huomioon,
mitä eri voimalaitokset ovat eri tuulilla tuottaneet”,
kertoo erikoistutkija Seppo Hänninen VTT:ltä.
Fingridin valvomon operaattorit ovat seuranneet
VTT:n tekemää ennustetta noin vuoden ajan.
”Ohjelma on ollut hyvä lisä jo käytössä olevien työka-lujen
rinnalla, ja sen käyttöliittymä on selkeä, joten
harkitsemme ennusteen käyttämistä jatkossakin”,
sanoo asiantuntija Markku Piironen Fingridistä.
Tuulivoimaa silmällä pitäen tutkittiin myös sähköjoh-tojen
mitoittamista. Turvallisen sähkönsiirron edelly-tyksenä
on, että johdin ei pääse lämpenemään liikaa.
Lämpenemiseen puolestaan vaikuttaa, paljonko
sähköä siirretään johtimen poikkipinta-alaan nähden
ja millaisissa olosuhteissa. Johtojen jäähdytys paranee
esimerkiksi kovassa tuulessa.
SGEM-ohjelmassa tutkittiin sähkömarkkina-,
lämpötila- ja siirtokapasiteettitietoja tilanteissa,
joissa johtojen kuormitus muodostuu sähkön-siirron
pullonkaulaksi. Hännisen mukaan on mahdol-lista
saavuttaa huomattavia säästöjä kasvattamalla
johtojen sallittua kuormitettavuutta ympäristöolo-suhteiden
sallimissa rajoissa.
Tuulivoimalat koettelevat siis sähköverkkoja, mutta
ongelmia voi virrata myös verkkoa pitkin tuulivoi-malaan.
Onkin tärkeää, että tuulivoimala irtoaa
automaattisesti verkosta vakavan verkkovian sattuessa,
jotta se ei vaurioituisi. Hännisen mukaan tuulivoimala
saattaa kuitenkin irrottautua verkosta turhaan harmit-toman
ja ohimenevän verkkovian seurauksena.
Tällaisten tilanteiden tutkimiseksi SGEM-ohjelmassa
luotiin simulointiympäristö, johon mallinnettiin tuuli-voimatuotanto
ja sähköverkko käyttäen hyväksi
fyysisiä laitteita sekä simulointiohjelmia.
”Tuulivoiman kehittäjät voivat testata siinä tuuli-voiman
suojausjärjestelmiä simuloimalla erityyppisiä
ja -pituisia vikoja.”
Hajautetun tuotannon lisääntyessä edellytykset sähkö-verkkojen
saarekekäytölle paranevat. Saarekekäyttö
tarkoittaa tietyn alueen verkon, mikroverkon, erotta-mista
muusta verkosta esimerkiksi verkkovian
seurauksena silloin, kun alueen oma sähköntuotanto
riittää alueen kulutukseen. SGEM-ohjelmassa tutki-muskohteeksi
valittiin mikroverkon ja sen sisäisen
sähköntuotannon ohjaus sekä saarekekäytön
automaattinen tunnistaminen ja verkon suojaus.
”Tunnistamisen jälkeen verkon suojaus on muutettava
tilannetta vastaavaksi. Tämän on tapahduttava
nopeasti ja automaattisesti, koska saarekekäyttöön
siirtyminen ja takaisin voi tapahtua useita kertoja
päivässäkin riippuen saarekkeen oman sähköntuo-tannon
edellytyksistä”, Hänninen toteaa.
TOTEUTUNUT ENNUSTE
Varautumisen tarve ennen
SGEM-ohjelmassa kehitettyä mallia.
95% luottamusväli
Tuulivoiman
kehittäjät voivat testata
simulointiympäristössä
tuulivoiman suojausjärjestelmiä
simuloimalla erityyppisiä
ja -pituisia vikoja.
SEPPO HÄNNINEN
Erikoistutkija,
Teknologian
tutkimuskeskus VTT
SGEM-OHJELMASSA
KEHITE T T Y MALLI
ENNUSTAA TUULIVOIMAN
TUOTANTOA FINGRIDIN
VALVOMOSSA.
KOKO MAA
NYKYHETKI
TOTEUTUNUT / 120 MW
2H ENNUSTE
12H ENNUSTE
ENNUSTE – ONLINE
ENNUSTE – KAIKKI / 230 MW
10–28 18:00 10–28 22:00 10–29 02:00
Teho [MW]
200
150
100
50
0
10–28 14:00 10–29 06:00 10–29 10:00 10–29 14:00 10–29 18:00 10–29 22:00

12. SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS 23
Kotitaloudet kasvavat
sähköntuottajiksi
vähitellen
Kotitalouksilla on paikka tulevaisuuden
sähköjärjestelmässä sähkön kuluttajina mutta myös
pientuottajina. Ovatko suomalaiset valmiita tähän?
Visiot uusiutuvien energialähteiden lisääntymisestä
perustuvat pitkälti hajautettuun pientuotantoon.
Yritysten ja kotitalouksien odotetaan tuottavan
sähköä esimerkiksi pienen tuulivoimalan tai aurinko-paneelien
avulla.
SGEM-ohjelmassa selvitettiin suomalaisten kotitalo-uksien
halukkuutta aurinkosähkön pientuotantoon.
Tutkimuksen ensimmäisessä osassa 20 energia-alan
asiantuntijaa ja 17 aurinkopaneelien omistajaa
kertoivat näkemyksensä aiheesta.
Tutkimuksen mukaan suurin syy pientuotannon
vähäiseen suosioon on laitteistoinvestoinnin pitkä
takaisinmaksuaika, joka on monesti jopa 25 vuotta.
”Asiantuntijat uskovat, että investoinnin takaisinmak-suajan
pitäisi painua alle 10 vuoteen, jotta kuluttajat
innostuisivat laajamittaisesti omasta sähköntuotan-nosta”,
sanoo energiamarkkinoiden tutkija Merja
Pakkanen Vaasan yliopistosta. Hänen mukaansa
takaisinmaksuaikaa piti liian pitkänä valtaosa niistäkin,
jotka olivat asentaneet aurinkopaneelit.
”Samat ihmiset saattoivat kuitenkin perustella
hankintaansa sillä, että paneelit tuottavat ilmaista
sähköä”, Pakkanen huomauttaa. Moni perusteli inves-tointiaan
myös ympäristöarvoilla, ja osaa sähköntuot-taminen
kiinnosti teknisesti, vaikka tuotepaketti ei
edellyttänytkään teknistä osaamista.
Ennen aurinkopaneelien hankintaa omakotitalon
omistajia oli kiinnostanut turvallisuus liittyen talon
kattoon.
”Kokemukset ovat olleet myönteisiä, ja lähes kaikki
olivat valmiita suosittelemaan paneeleja muillekin.”
Jokaisella haastatellulla pientuottajalla on mahdol-lisuus
käyttää tuottamansa sähkö itse tai syöttää sitä
verkkoon. Edullisinta olisi käyttää sähkö itse, mutta
aurinkoiset tunnit ja talouden sähkönkulutus eivät
välttämättä osu luontevasti yksiin. Pakkasen mukaan
moni pientuottaja oli järjestelmällisesti siirtänyt
kulutustaan aurinkoisiin tunteihin, mutta kaikilla ei
ollut siihen kiinnostusta tai aikaa.
Haastateltujen pientuottajien keski-ikä, 59 vuotta,
vastasi haastateltujen asiantuntijoiden arviota, jonka
mukaan potentiaalisimmat sähkön pientuottajat ovat
yli 50-vuotiaita.
”Nuorilla voi olla suurikin halu uusiutuvan energian
hajautettuun tuotantoon, mutta heillä saattaa olla
myös pian edessä muutto toiseen kiinteistöön.
Olisikin tärkeää nähdä aurinkopaneelit sijoituksena,
joka nostaa kiinteistön arvoa heti ja tuottaa pidem-mällä
aikavälillä”, toteaa tutkimuksen asiantuntijahaas-tatteluun
osallistunut tuotepäällikkö Olli Raatikainen
Fortumista. Hänen mukaansa tutkimus toi havainnol-lisesti
esille hajautetun tuotannon suosiota sekä sen
leviämisen edellytyksiä.
Tutkimuksen toisessa osassa tutkijat selvittivät netti-kyselynä
niiden kuluttajien näkemyksiä, jotka eivät
ole hankkineet aurinkopaneeleja. Tutkimukseen
osallistui 198 omakotitaloasukasta. Näistä 74 % piti
sähkölaskun merkitystä suurena ja sähkölämmittä-jistä
vielä useampi.
Tuuli- ja aurinkovoimasta kuluttajilla oli niin
myönteisiä kuin kielteisiäkin näkemyksiä, mutta
pääosin niiden lisäämistä kannatettiin. Kotitalouksien
omasta sähköntuotannosta suurin osa tiesi vain
vähän tai ei mitään. Aurinkopaneelien sopivana
investointikustannuksena vastaajat pitivät noin 4 000
euroa ja takaisinmaksuaikana kahdeksaa vuotta.
Kokemukset ovat
olleet myönteisiä, ja
lähes kaikki olivat
valmiita suosittelemaan
paneeleja muillekin.
MERJA PAKKANEN
Erikoistutkija,
Vaasan yliopisto

13. 24 SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS
Älykäs sähköverkko
vaatii uutta teknologiaa
Sähköverkon etähallinta edellyttää edistyksellisiä
laitteita sekä luotettavia tietoliikenneyhteyksiä.
Olemassa oleva teknologia auttaa osin.
Sähköverkkojen etähallinta on lisääntynyt Suomessa
voimakkaasti viime vuosina. Verkkoviat saadaan
paikannettua yhä nopeammin ja vika-alueet rajattua
siten, että yhä harvempi asiakas kärsii sähkökatkosta
ja yhä harvempi verkkolaite vaurioituu vikavirrasta.
”Kehittynyt etähallinta on myös ehto hajau-tetun
sähköntuotannon luotettavaan hallintaan.
Esimerkiksi tuulivoimala on irrotettava vioittu-neesta
verkosta nopeasti vaaratilanteen välttämi-seksi”,
toteaa tutkimuspäällikkö Jani Valtari ABB:ltä.
SGEM-ohjelmassa tutkittiin teknologioita, jotka
mahdollistavat yhä älykkäämmän verkonhallinnan.
Esimerkiksi VTT:n kehittämä vianilmaisin voidaan
liittää suoraan keskijänniteverkon johtoon, josta se
lähettää viestin langattomasti esimerkiksi tuulivoi-malaan
tai sähköasemalle. Sähköasemalla ABB:n
tutkima keskitetty automaatiojärjestelmä kerää ja
analysoi kaikki verkon suojaukseen liittyvät viestit.
”On helpompaa ja halvempaa päivittää keski-tettyä
automaatiojärjestelmää kuin erikseen
sähköaseman jokaista suojarelettä”, Valtari toteaa.
Hänen mukaansa keskitetty tietojenkäsittely auttaa
myös huomaamaan verkossa muhivia vikoja ennen
kuin ne äityvät vakaviksi. Ennakointia tukee myös
Mikesin kehittämä analysaattori, joka tarjoaa entistä
tarkempia mittaustuloksia.
Valtari pitää tärkeänä, että teknologioita päästiin
tutkimaan ja kehittämään käytössä olevissa sähkö-verkoissa.
Hän uskoo, että suomalaisvoimin kehitetyt
teknologiat voivat kasvaa kaupallisesti merkittäviksi
tuotteiksi ja menestyä myös vientimarkkinoilla.
Verkon äly vaatii laitteiden ohella nopeaa tiedonsiirtoa.
”Olemme päässeet langattomissa 3G- ja 4G-verkoissa
40 millisekuntiin. Siinä ajassa viesti välittyy esimerkiksi
sähköasemalta tuotantolaitokseen, ja luotettavuus on
verkkoyhtiöiden vaatimalla tasolla”, Valtari sanoo.
VTT selvitti lisäksi kaupallisten tietoliikenneverk-kojen
luotettavuutta ja kustannustehokkuutta.
Rajatun maaseutualueen sähkö- ja tietoliikenne-verkkoja
ja niiden toimintaa mallinnettiin mittausten
ja kasvillisuustietojen avulla.
”Aiheutimme malliin tyypillisiä sähköverkkojen
vikatilanteita ja katsoimme, miten ne vaikuttavat
tietoliikenneverkkoon sekä sähköverkon langat-tomaan
etäohjaukseen”, kertoo johtava tutkija
Seppo Horsmanheimo VTT:ltä. Koska tietoliikenne-verkkojen
tukiasemat tarvitsevat sähköä, pitkäkes-toinen
sähkökatko vaikuttaa tietoliikenneyhteyksiin
ja sitä kautta sähköverkon etäohjattaviin laitteisiin
sekä verkkoa kentällä korjaavien henkilöiden matka-puhelimiin.
Tämä tuli selvästi esille, kun tutkimuk-sessa
analysoitiin dataa Tapani- ja Hannu-myrskyistä.
”Datan avulla pystyimme mallintamaan tarkasti,
miten myrskyt vaikuttivat sähkö- ja tietoliiken-neverkkoihin
ja miten verkot palautuivat niistä”,
Horsmanheimo sanoo.
Osa tutkimuksesta keskittyi kaupunkiympäristöön,
jossa rakennukset asettavat uusia haasteita langat-toman
verkon kuuluvuudelle ja viiveelle. ”Teimme
mittaukset ympäristössä ja simuloimme verkkojen
toimintaa niiden perusteella”, Horsmanheimo kertoo.
Hänen mukaansa rajatuilla alueilla tehdyt tutkimukset
tarjoavat hyvän perustan eri alueiden analysointiin
Suomessa ja ulkomailla. Hän uskoo, että mallinnus
kiinnostaa ensisijaisesti sähköverkon haltijoita, joiden
on valittava, missä ja mihin langattomia verkkoja
kannattaa käyttää. Toisaalta, tulokset kiinnostavat
todennäköisesti teleoperaattoreita, jotka haluavat
kehittää toimintaansa.
Tutkimus on jo pitkälti osoittanut, että kaupalliset
tietoliikenneverkot soveltuvat Suomessa älyverkon
tiedonsiirtoon, kunhan verkkoyhtiöt ja teleoperaat-torit
tuntevat langattomien verkkojen mahdolli-suudet
ja rajoitukset ja ottavat huomioon verkkojen
keskinäisen riippuvuuden.
SUURJÄNNITE 1 10 KV
KESKIJÄNNITE 20 KV
Suomalaisvoimin
kehitetyt teknologiat
voivat kasvaa kaupallisesti
merkittäviksi tuotteiksi
ja menestyä myös
vientimarkkinoilla.
VIANILMAISIN
ÄLYKÄS
SÄHKÖ-
ASEMA
NOPEA
TIEDONSIIRTO
JANI VALTARI
Tutkimuspäällikkö,
ABB

14. SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS 27
Älykäs sähköverkko
korjaa itse vikansa
Sähköverkon vikoja ei voida kokonaan estää.
Sähkökatkojen määrää ja pituutta on kuitenkin helppo
leikata niin maalla kuin kaupungissakin lisäämällä
verkkoon älyä. Uusia ratkaisuja on jo koekäytössä.
SGEM-ohjelman alussa verkkoviat johtivat Helsingissä
keskimäärin lähes tunnin sähkökatkoihin. Helen
Sähköverkko Oy:ssä arvioitiin, että sähkönjakelun
häiriöt maksoivat asiakkaille noin kaksi miljoonaa
euroa vuodessa. Verkkoyhtiössä arvioitiin myös, että
kustannukset kutistuisivat erittäin pieniksi, jos sähkö-katkot
lyhenisivät minuuttiin.
”Viiden tai kymmenen vuoden päästä voimme
parhaimmillaan puhua jo muutamista minuuteista. Jo
nyt olemme päässeet keskimäärin noin 40 minuuttiin.
Olemme ottaneet käyttöön uutta teknologiaa, pereh-tyneet
hyviin käytäntöihin ulkomailla ja laatineet
omia optimointimalleja”, kertoo yksikönpäällikkö
Osmo Siirto Helen Sähköverkosta. Hän korostaa, että
optimointimalleja voi hyödyntää myös muissa sähkö-verkoissa
niin Suomessa kuin ulkomaillakin.
Helen Sähköverkon tekniset parannukset liittyvät
pitkälti etäkäytön ja -valvonnan hyödyntämiseen
vian paikantamisessa ja vika-alueen erottamisessa.
SGEM-ohjelmassa määriteltiin vianhallinnan logiikkaa
sekä edullisia kaupunkiverkkoon soveltuvia vianilmai-simia,
joita voidaan asentaa tiheästi koko verkkoon.
”Tavoitteena on kattava ja älykäs vianhallinta.
Kaupunkialueella verkon vikojen automaattinen
paikantaminen ja erottaminen nopeuttavat oleel-lisesti
vianhallintaa. Tällöin voidaan välttää kenttä-työhön
liittyviä hankaluuksia, kuten hidasta liikku-mista
muun liikenteen joukossa sekä vaikeuksia
päästä kiinteistöihin ja muuntamoihin tekemään
kytkentöjä”, Siirto toteaa. Hän luonnehtii tulevai-suuden
verkkoja itsestään korjautuviksi, ja samaa
termiä käyttää älyverkkoprojektin päällikkö Oleg
Gulich Carunasta. Käytännössä kyse ei ole korjaami-sesta,
vaan pitkälti siitä, että vian sattuessa sähkönja-kelulle
löytyy automaattisesti uusi reitti.
Caruna kehitti SGEM-ohjelmassa vianhallintaa
maaseutuympäristön keskijänniteverkoissa ja tutki
ABB:n kanssa automaatioratkaisuja Kirkkonummen
Masalassa, jossa avojohdot ovat alttiita voimakkaille
tuulille eivätkä kalliot houkuttele maakaapeleiden
asentamiseen. Tutkimusohjelmassa käynnistettiin
myös laajempi koekäyttö Pusulassa. Tiedonhallintaa
keskitettiin sähköasemille uusin välinein, ja verkkoon
lisättiin vianilmaisimia.
Avojohtoverkkoa haastavat muun muassa johtojen
päälle kaatuneet puut ja katkenneet oksat. Oksat
voivat johtaa sähköä johdosta toiseen tai maahan
ja aiheuttaa siten oikosulkuja tai maasulkuja.
Perinteisessä sähköverkossa vikapaikkaa joudutaan
etsimään jopa 50 kilometrin säteellä, kun taas
Masalassa ja Pusulassa vika löytyy 1–2 kilometrin
tarkkuudella.
”Sähkökatkot on saatu lyhenemään puoleen”, Gulich
kertoo. Hän korostaa, että älykäs verkko pystyy
parhaimmillaan jopa estämään lyhyitä sähkökatkoja,
räpsyjä, joita aiheuttavat muun muassa sähköjohtoja
ohimennen sipaisevat oksat.
ALUE, JOLTA VIKAA
E TSIT TÄVÄ ILMAN
VIANILMAISINTA
(N. 50 KM)
ALUE, JOLTA
VIKAA E TSIT TÄVÄ
VIANILMAISIMELLA
( 1 -2 KM)
VIANILMAISIN
VERKKOKATK A I S I JA
Tavoitteena on kattava
!
ja älykäs vianhallinta. Kaupunki-alueella
verkon vikojen
automaattinen paikantaminen
ja erottaminen nopeuttavat
oleellisesti vianhallintaa.
OSMO SIIRTO
Yksikönpäällikkö,
Helen sähköverkko

15. KÄYT TÄJÄRYHMÄT
KUNTA PE L A STUSTOIMI A S IAKK A AT
AUTOMAAT TINEN
T I E TO TOIMIJOIDEN
JÄRJESTELMISTÄ
KART TAPOHJAINEN
KÄYT TÖLIIT TYMÄ
MANUAALISEST I
PÄIVITE T TÄVÄ
STAAT TINEN TIE TO
Kehitimme tilannekuva-järjestelmää,
johon voivat syöttää
tietoja myös viranomaiset ja ne
sähkön käyttäjät, joille sähkön
saatavuus on kriittistä.
PEKKA VERHO
Professori,
Tampereen teknillinen yliopisto
SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS 29
Nopea tiedonkulku
helpottaa
vikatilanteissa
Kun puu kaatuu avojohdolle, älykäs sähköverkko
huomaa vian ennen kuin siitä aiheutuu vaaraa tai
laajaa sähkökatkoa. Vikatilanteissa helpottaa myös
sujuva tiedonkulku verkonhaltijan, viranomaisten
ja asiakkaiden välillä.
Keskijänniteverkon avojohtoja on Suomessa edelleen
runsaasti, ja ne ovat alttiita häiriöille. Tyypillinen
häiriö on maasulku, joka syntyy tavallisesti silloin,
kun oksa tai kaatunut puu koskettaa johtoon. Jos
puu johtaa sähkön sujuvasti maahan, sähköaseman
suojarele havaitsee vian heti virran ja jännitteen
muutoksista. Sen sijaan silloin, kun puu ja maa ovat
jäässä tai maaperä on kallioista, ne johtavat sähköä
heikommin, eikä suojarele välttämättä reagoi.
”Myös tällainen suuri-impedanssinen vika kehittyy
tavallisesti vaarallisemmaksi ja haitallisemmaksi”,
toteaa tutkijatohtori Ari Nikander Tampereen teknil-lisestä
yliopistosta. Maasulku voi aiheuttaa lähis-töllä
liikkuvalle sähköiskun, ja verkossa se voi johtaa
laajaan sähkökatkoon. On siis tärkeä havaita orasta-vakin
vika ajoissa.
SGEM-ohjelmassa tätä tarkoitusta varten kehitettiin
keskitettyä suojausmenetelmää. Kun perinteinen
suojarele päättelee tilanteen siinä johtolähdössä,
johon se on sijoitettu, uusi menetelmä hyödyntää
kaikkien johtolähtöjen ja niiden suojareleiden tietoja
sähköaseman keskitetyssä tietokoneessa.
Menetelmän kehittämistä varten mallinnettiin
sähköverkko ja sähköasema fyysisine laitteineen, ja
suuri-impedanssisia vikoja tunnistettiin menestyksek-käästi
tässä ympäristössä.
Häiriötilanteilta ei voi kuitenkaan välttyä kokonaan
etenkään avojohtoverkossa. Siksi SGEM-ohjelmassa
kehitettiin myös sähköverkkoyhtiöiden, viran-omaisten
ja asiakkaiden välistä tiedonkulkua.
”Kehitimme tilannekuvajärjestelmää, johon voidaan
koota olennaiset tiedot esimerkiksi sähkökatkon
laajuudesta. Järjestelmään voivat syöttää tietoja myös
viranomaiset ja ne sähkön käyttäjät, joille sähkön
saatavuus on kriittistä, kuten sairaalat”, sähkötek-niikan
professori Pekka Verho Tampereen teknil-lisestä
yliopistosta kertoo. Esimerkiksi tuhoisan
myrskyn aikana järjestelmän tarkoituksena on auttaa
verkkoyhtiöitä korjaustöiden priorisoinnissa ja viran-omaisia,
kuten palo- ja pelastustointa, oman toimin-tansa
suunnittelussa. Se voi lähettää myös automaat-tisia
varoituksia osapuolten välillä.
Järjestelmää kehitettiin yhteistyössä viranomaisten
kanssa, ja käsillä on nyt nettiselaimessa toimiva
demonstraatio järjestelmän perusperiaatteista.
SÄHKÖVERKKOYHTIÖ
SÄHKÖVERKKOYHTIÖT
PELASTUSTOIMI
SÄÄENNUSTEE T
LIIKENNETIEDOT TEE T
KRIIT TISTEN KOHTEIDEN
MÄÄRIT TÄMINEN

17. JANI VALTARI
SGEM ohjelmapäällikkö, CLEEN Oy
jani.valtari@cleen.fi / +358 50 335 2730
JAT TA JUSSILA-SUOKAS
Teknologiajohtaja, CLEEN Oy
jatta.jussila@cleen.fi / +358 40 825 6500
TOMMY JACOBSON
Toimitusjohtaja, CLEEN Oy
tommy.jacobson@cleen.fi / +358 40 828 2711