Energiamurros sähköverkossa

20.2.2019

Kati Närhi / Napa Agency

Uusiutuvan energian lisääntyvä käyttö ja sään mukaan vaihteleva tuotanto vaikuttavat myös sähköverkon toimintaan. Miten sähkön toimitusvarmuus ja laatu varmistetaan jatkossakin?

Yhteiskuntamme toimii sähköllä. Sen avulla tehdään töitä, liikutaan ja viestitään, sillä valaistaan ja lämmitetään rakennuksia. Häiriötön ja turvattu energiansaanti perustuu Suomessa 1950–70-luvuilla rakennettuun runkoverkkoon. Sähköä tuotetaan suurissa keskitetyissä tuotantolaitoksissa, ja alueelliset sähköverkkoyhtiöt jakavat sen omalle alueelleen.

Kun vantaalainen Veikko on kotona, hän käyttää pesukonetta ja lataa sähköautoaan Vantaan Energia Sähköverkkojen jakamalla sähköllä. Kesämökillä sähkön pihan pylvääseen tuo paikallinen sähköverkkoyhtiö.

Toimintavarmuus on taattava

Toimiva sähköjärjestelmä edellyttää hyvää sähkön laatua, joka merkitsee sekä korkeatasoista jännitettä että hyvää toimitusvarmuutta. Suomessa
molempien kriteerit täyttyvät varsin hyvin. Kesämökilläkään Veikon ei tarvitse pohtia, riittääkö sähkö sekä auton lataamiseen että mökin lämmittämiseen. ”Toimitusvarmuuden puutteet johtuvat käytännössä aina sään aiheuttamista sähköverkon vioista”, sanoo Lappeenrannan–Lahden teknillisen yliopiston sähkötekniikan professori Jarmo Partanen.

Digitaalisessa yhteiskunnassa Veikon on kuitenkin voitava tehdä mökillään etätyötä. Myös mökkipaikkakunnan maanviljelijöiden on voitava luottaa siihen, että tilan sähkölaitteet toimivat. Sähkömarkkinalaki velvoittaakin sähköverkkoyhtiöt takaamaan verkon toimintavarmuuden vuoteen 2028 mennessä. Sen jälkeen keskeytykset eivät saa ylittää asemakaava-alueilla kuutta ja haja-asutusalueilla 36 tuntia.

”Kaupungeissa ja monilla isoilla taajama-alueilla toimitusvarmuus on jo saavutettu verkon kaapeloinnilla. Haja-asutusalueilla se ei ole pienemmän asukastiheyden vuoksi taloudellisesti kannattavaa, mutta ilmajohdot voidaan siirtää metsästä tien varteen tai leveille, puuttomille johtokaduille, mikä nopeuttaa korjaustöitä”, Partanen toteaa.

Uusiutuva energia haastaa verkon

Digitaalisessa ja hiilivapaassa yhteiskunnassa sähkön merkitys kasvaa entisestään, ja samalla sähköä on tuotettava yhä päästöttömämmin. Meneillään olevassa energiamurroksessa tuuli- ja aurinkovoiman osuutta sähköntuotannossa tulee kasvattaa merkittävästi. Koska sähköverkko ei pysty varastoimaan sähköä, kulutuksen ja tuotannon on oltava tasapainossa sekuntitasolla. Uusiutuvan energian tuotantotehot kuitenkin vaihtelevat. Vaikka aurinkoenergian tuotanto on Suomessa kesäkuukausina suurempaa kuin Keski-Euroopassa, talven tullen sen saatavuus romahtaa. Vastaavasti noin 70 prosenttia tuulisähköstä tuotetaan Suomessa vuoden kuuden kylmimmän kuukauden aikana.

Säästä riippuvainen sähköntuotanto tekee kulutuspiikkien tasaamisesta haastavaa sähköyhtiöille, sillä verkon kapasiteetti on mitoitettava tehopiikkeihin. Partasen mukaan sähkönkulutus on Suomessa suurimmillaan talvella, jolloin sähköä tarvitaan lämmittämiseen. Verkon tasapaino ja jännitteen tasaisuus ei saa kuitenkaan vaarantua tuulettomanakaan talvipäivänä.

Siinä missä tuotantoa nykyään säädetään vastaamaan kulutusta, vaihtelevan tuotannon lisääntyessä myös kulutusta joudutaan säätämään ja hajauttamaan yhä enemmän. Verkon tehotasapainon ja sähkön laadun säilyttäminen edellyttää myös uudenlaisten varautumisjärjestelmien rakentamista.

Kaupungistuminen tukee paikallista sähköntuotantoa 

Veikko on naapurustonsa edelläkävijänä investoinut päästöttömään energiaan ja asentanut vantaalaisen omakotitalonsa katolle aurinkopaneelit, joilla hän tuottaa osan kuluttamastaan sähköstä. Näin Veikko edistää osaltaan hajautetun sähköntuotannon kehittymistä.

Hajautettua sähköntuotantoa ei voi kuitenkaan hallita ilman automatiikkaa. Alustaksi tarvitaan älykäs sähköjärjestelmä eli älyverkko. Tekniikan kehittyessä verkkoon kytketyt laitteet keskustelevat keskenään ja pystyvät reagoimaan sähköverkon tasapainon muutoksiin reaaliajassa.

Kiihtyvä kaupungistuminen ja yhä suurempien asukaskeskittymien muodostuminen tekee paikalliseen energiantuotantoon ja älyverkkoon panostamisesta entistä kannattavampaa. Esimerkiksi kerrostalojen katoille asennettavat aurinkopaneelit ja yritysten omat pientuotantolaitokset mahdollistavat ympäristöystävällisen energian joustavan, älykkään ja kustannustehokkaan hyödyntämisen. Samalla teollisuusyritykset voivat toimia energiamarkkinoilla entistä aktiivisemmin varastoimalla sähköä ja osallistumalla kysyntäjoustoon.

Akkuteknologia kehittyy harppauksin

Veikolle kysyntäjousto mahdollistaa ennen kaikkea sähkön käyttämisen silloin kun sen hinta on alhainen. Aurinkopaneelien tuottaman ylijäämäsähkön hän myy takaisin verkkoon. Kun myös kuluttajat osallistuvat aktiivisesti ja automatisoidusti sähkömarkkinoille, verkon kuormitus tasapainottuu ja sähkönsiirto muuttuu aidosti kaksisuuntaiseksi. Partasen mukaan se tekee sähköstä tavanomaisen kulutushyödykkeen: sitä tuotetaan ja siirretään, ja välissä on varastoja, jotka laskevat kokonaiskustannuksia. ” Tämä kaikki vahvistaa sähkön toimitusvarmuutta ja edistää energiamurrosta.”

Kehitystä kiihdyttää erityisesti akkuteknologian voimakas halpeneminen, mikä mahdollistaa sähkön varastoinnin. ”10–20 vuoden kuluttua akkuja on aurinko-paneelien vieressä, sähköautoissa ja rakennuksissa, ja niiden latautumista voi seurata reaaliajassa.

Näin käyttövarmuus ja sähkönkäytön ennakointimahdollisuudet paranevat dramaattisesti”, Partanen kuvailee. Kun Veikko saa lauantai-iltana vieraita, hänkin lämmittää saunan hyödyntämällä varastoitua aurinkosähköä. Älykkään mittaus- ja kulutuksenohjausteknologian ansiosta hänen ei tarvitse edes kajota mittarin säätimiin itse.

Hinnoittelun rakenne muuttuu

Nykytilanteessa sähkön kuluttajahinta jakautuu karkeasti kolmeen yhtä suureen osaan: energian hintaan, siirtomaksuun ja veroihin. Sähköverkkoyhtiölle maksettava siirtomaksu taas jakautuu muuttuvaan energiaperusteiseen osaan ja perusmaksuun. Kun sähköä tuotetaan jatkossa yhä paikallisemmin ja hajautetummin, valtakunnan verkosta otettavan energian määrä vähenee. Silloin sähköverkkoyhtiöiden suurin kustannus ei synny välitettävän energian määrästä, vaan verkon tehotasapainon ylläpidosta.

Murroksen seurauksena perusmaksun eli pelkistetysti tehon osuus siirtomaksussa kasvaa ja energian pienenee. Se kannustaa asukkaita pienentämään kulutushuippujaan ja käyttämään sähköä joustavammin, mikä vähentää tarvittavia investointeja ja parantaa sähkön toimitusvarmuutta.

Miten energiamurros tulee siis näkymään vantaalaisen Veikon sähkölaskussa? Ei välttämättä mitenkään, etenkin kun hän hyödyntää itse tuottamaansa aurinkoenergiaa. Sen sijaan Veikon kesämökkipaikkakunnalla siirtomaksu todennäköisesti kasvaa, koska paikallinen sähköverkkoyhtiö joutuu panostamaan verkon toimitusvarmuuteen. Investointien suuruus on lähivuosina miljardeja euroja.

Lähteet:
Jarmo Partasen selvitys ”Sähkönsiirtohinnat ja toimitusvarmuus, Selvitys sähkönjakeluverkkojen siirtohintojen korotuksista, niiden syistä ja alueellisesta kohdentumisesta sekä jakeluverkkoyhtiöiden vaihtoehdoista toteuttaa toimitusvarmuudelle asetetut tavoitteet”, Työ- ja elinkeinoministeriö 2018.
Älyverkkotyöryhmän loppuraportti ”Joustava ja asiakaskeskeinen sähköjärjestelmä”, Työ- ja elinkeinoministeriö 2018