Sähköverkkoon lisää joustoa, siirtoa ja uusiutuvaa tuotantoa

Tämä juttuni on ilmestynyt ensimmäistä kertaa Sähköala-lehden numerossa 10/2019

Suomen sähköverkot ovat murroksessa. Sähkön tuotanto muuttuu tasaisesta ja ennustettavasta kohti uusiutuvaa ja vaihtelevaa tuotantoa. Tuotannon joustoja tarvitaan lisää ja myös sähkön varastointi ottaa ensiaskeliaan.

Sähköverkossa tuotannon ja kulutuksen on oltava jatkuvasti tasapainossa. Suomessa sähköverkkoa seuraa ja ohjaa Fingrid, joka tarvittaessa käynnistää ja sammuttaa tuotantoa. Myös kysyntä joustaa: Erityisesti teollisuudessa on prosesseja, joita voidaan kytkeä hetkeksi pienemmälle teholle tai kokonaan pois päältä. 

Sähkön hinta vaihtelee kysynnän ja tarjonnan mukaan. Suuremman tehontarpeen aikana sähkön hinta voi yli kymmenkertaistua. Hintaan vaikuttaa myös reagointinopeus: sekunneissa käynnistyvä tuotanto on arvokkaampaa kuin minuuteissa tai tunneissa saataville tuleva teho.  

Ilmastonmuutos ja myös tekniikan kehitys on ajamassa sähkömarkkinaa kohti uusiutuvia tuotantotapoja. Erityisesti tuulivoima näyttää lupaavalta tuotantotavalta, uusien tuulivoimaloiden tuottaessa sähköä jo melkein ilman veronmaksajien tukea.

Tuulivoiman määrä moninkertaistuu

– Tuulivoiman lisärakennusta on luvitettu noin 7000 megawattia, Fingridin kehityspäällikkö Jonne Jäppinen kertoo. Tämä on noin nelinkertaisesti nykyisen tuulikapasiteetin verran ja tuplasti nykyiseen ydinvoimaan verrattuna. Suomen Tuulivoimayhdistys on listannut tulevia hankkeita jopa 16 000 megawatin edestä. 

Massiivisesti kasvavan tuulituotannon jakelu ja varmistaminen mietityttää Fingridillä tällä hetkellä. 

Perinteisesti sähköntuotannon vaihtelua on kompensoitu vesivoimalla. Suomalaisen vesivoiman helposti käytettävissä oleva oleva kapasiteetti on kuitenkin jo rakennettu, eikä se yksin riitä tulossa olevan tuulivoiman joustoelementiksi. Muita joustokeinoja on kuitenkin vain rajallisesti saatavilla.

Lisäksi tarvitaan siirtokykyä viemään sähköä tuulisilta alueilta tyynille. Tuulivoiman rakennusprosessi on kuitenkin nopeampi sähkönsiirtoverkkoihin verrattuna, eikä suuria tuulivoimaloita ei kannata rakentaa jos siirtoverkot eivät ole kunnossa. Niinpä Findgrid investoi jo nyt merkittävästi siirtoverkkojen vahvistamiseen. 

Norja on Suomen, Ruotsin ja Tanskan mukana yhteisessä sähköverkossa. Sähköä myydään ja ostetaan valtioiden rajojen yli siirtoverkkojen sallimissa rajoissa. Suomalainen sauna voi lämmetä Norjalaisen patoaltaan sähköllä, mikä onkin hyvä asia sillä Suomessa pitkäaikainen sähkön varastointi ei onnistu. Norjassa vesivoiman varastointi onnistuu vuoriston patoaltaiden avulla. 

Vesivoimaa ei tule lisää

– Suomessa vesivoima on koskivoimaa, sen varastointi on paljon rajallisempaa, Jäppinen pohtii. Esimerkiksi huhti-toukokuussa lumet sulavat koko maassa ja kaikkia voimaloita ajetaan täysillä tulvien estämiseksi. Sulamisvesiä ei voida varastoida talvipakkasten tehopiikkejä varten. 

Kun vesivoiman täytyy ajaa täydellä teholla, se ei juuri jousta. Niinpä sähkömarkkinan jousto pitää hakea muualta, mikä nostaa joustokapasiteetin hintaa entisestään.

Sähkömarkkinalla voi syntyä myös ylitarjontaa. Jos kevään juoksutusten aikana sattuu tuulemaan sopivasti Suomessa ja muualla pohjolassa, saataville tulee niin paljon sähköä että sen hinta saattaa pudota hetkellisesti lähelle nollaa. Tai jopa negatiiviseksi, eli markkinatoimijoille maksetaan siitä että ne kuluttavat sähköä pois verkosta.

Sähkön hinnan voimakas vaihtelu ei ole vain huono asia. 

– Juuri sähkön hinnan voimakas vaihtelu motivoi uusien teknologioiden kehittämiseen, Jäppinen pohtii. Nopeasti reagoivalla tuotanto- ja kulutusteholla voisi oikea-aikaisella myynnillä ja ostolla päästä tienaamaan. 

Nopeinta reagointia tehontarpeeseen, sekä tuotantoon että kulutukseen, tarjoaa sähköakku. Massiiviset akkupohjaiset energiavarastot ovat olleet jo pitkään energiamarkkinoiden toimijoilla kiikarissa, sillä ne voisivat tarjota arvokasta, nopeaa tehoa megawattiluokassa. Niiden huollontarve on varsin vähäinen eikä niistä aiheudu päästöjä. Ne voidaan tuoda myös rakennetuille alueille ja taajamiin. 

Akustojen massatuotantoa Janakkalaan

Helsingin sähköyhtiö Helen asensi jo vuonna 2016 Suvilahteen Kalasataman uuden asuinalueen yhteyteen koeluontoisesti merikontin kokoisen akkulaitoksen. Tuuliwatti ilmoitti toukokuussa rakentavansa pohjoismaiden suurimman kuuden megawatin sähkövaraston Viinamäen tuulipuiston yhteyteen Simoon. 

Konttiin asennettu sähkövarasto saattaa olla tulevaisuudessa paljon nykyistä yleisempi näky. Janakkalaan puuhataan maailmankin mittakaavassa valtavaa akkutehdasta, joka tähtää kymmenien gigawattituntien vuosittaiseen sähkövarastotuotantoon.

Kyseessä on Finnish Batteries Oy:n projekti, jota vetää alalla pitkään toiminut Jukka Järvinen. Janakkalan tehdas tähtää tuotannon käynnistämiseen jo ensi vuonna ja 2025 mennessä tarkoitus on tuottaa vähintään 20 gigawattituntia energiavarastoakustoa vuodessa. Mittakaava on Suomessa ennennäkemätön. Esimerkiksi Panasonickin ja Teslan Nevadaan rakentama Gigafactory tuottaa tällä hetkellä saman verran vuosittain. 

Kirjoitin Janakkalan akkutehdasprojektista keväällä 2019.

Janakkalan laitoksen ensisijainen tuote on rautalitiumfosfaatti (LiFePO4, tai LFP) -kemialla toteutettava suuren kennokoon energiavarastoakku. LFP-kemia on melko edullinen, sillä siinä ei ole sähköautoissa käytettäviä kalliita metalleja kuten kobolttia tai mangaania. LFP ei kilpaile sähköautojen kanssa samoista raaka-aineista, joten sen hinnan ei pitäisi nousta sähköautojen akkujen kysynnän kasvaessa.

Janakkalan tehtaan ensisijaiset tuotteet ovat noin 55 kilowattitunnin kotiakku sekä energiavarastokontti. Kontin kapasiteetiksi tulee yksi megawattitunti ja sen anto- ja ottoteho on parhaimmillaan megawatti. ”Kotiakku voi korvata perinteisen lämminvesivaraajan. Tavoitteeni on tarjota kotiakut palvelutuotteena”, lisää Järvinen.

Kaikenlaisia joustoja tarvitaan

Järvinen näkee akkupohjaisen energiavarastoinnin tärkeänä tulevaisuuden sähköntuotannon ja verkkojen kannalta. Laajamittainen sähkön varastointi voisi parhaimmillaan tehdä kokonaisia voimalinjainvestointeja tarpeettomaksi, sekä parantaa merkittävästi sähkönjakelun myrskynkestävyyttä. Kotitalouksissa sähkövarasto kannustaisi paikalliseen tuotantoon esimerkiksi katolle sijoitettujen aurinkopaneelien avulla ja tarjoisi mahdollisuuden pienentää kiinteistön pääsulakekokoa. Tämä toisi entisestään säästöä sähkölaskuun.

Fingridin Jonne Jäppinen pitää akustojen roolia merkittävänä erityisesti lyhyen aikavälin energian puskuroinnissa. Ne voisivat tuoda auringon paisteen yön pimeyteen. Jäppinen ei kuitenkaan näe niitä Norjan patoaltaiden kaltaisena ylivuotisena energiavarastona. Ainakaan vielä. 

Koska uusiutuva, vaihteleva tuotanto näyttäisi kasvavan lähivuosina merkittävästi, Fingrid tähyää kaikenlaisten joustavien energiatoimintojen perään. Yhtenä esimerkkinä Jäppinen nostaa esille lämminvesivaraajat, joita Suomessa saattaisi olla ehkä miljoona. Lämminvesivaraajia lämmitetään tyypillisesti noin kolmen kilowatin teholla, joten miljoona lämminvesivaraajaa muodostaisi parhaimmillaan jopa kolmen gigawatin kysyntäjoustoelementin – jos ne vain olisi yhdistetty älykkääseen sähköverkkoon.

Energiayhtiö Fortum on perustanut tällaisen virtuaalisen energiavaraston, joka perustuu muun muassa lämminvesivaraajien käyttöön. Palvelu kulkee nimellä Fortum Spring.

Tulevaisuudessa siintää myös sähköautojen yleistyminen. Tyypillinen kotilatauslaite on kolmesta yhteentoista kilowatin tehoinen ja niitä on odotettavissa maahan satoja tuhansia. Jäppinen näkeekin tärkeänä näiden latauslaitteiden liittämisen osaksi sähköverkon joustoa. Teknisesti jousto on melko helppo toteuttaa, koska suurin osa laitteista on jo kytketty internettiin. Lisäksi yön yli tapahtuva kotilataus on tavallisesti kiireetöntä, joten tehonsäätövaraa riittää.

Suomessa on paljon sähkölämmitteisiä taloja, joten sähkön toimitusvarmuus on haluttu tehdä huippuunsa. Myrskyt sekä lisääntyvä tuulivoima kuitenkin asettavat verkoille uudenlaisia haasteita. 

Jonne Jäppinen ottaa tulevaa vastaan kuitenkin luottavaisin mielin. Sähköalalla syklit ovat pitkiä ja eri suuntiin vieviin muutoksiin ehditään varautumaan. Tälläkin kertaa.

Teksti ja kuvat: Tuomas Sauliala

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *