Kysyntäjoustosta, akuista ja esimerkiksi sähköautoista sähkövarastoina on tullut energiakeskustelun arkea. Samalla, kun käsitteet ovat arkipäiväistyneet, on niiden takana olevien ratkaisujen nykypotentiaali ja tulevaisuus ajoittain sotkeutuneet toisiinsa. Välillä kuulee heittoja, että jokin sähkön tuotantomuoto olisi kohta korvattavissa kotitalouksien kysyntäjoustolla. Esimerkiksi vesivoimaa on tällä perusteella vähätelty. Sähköntuotantoyhtiöt taas ovat korostaneet samaan aikaan vesivoiman tärkeyttä sähköjärjestelmämme säätövoimana.
Mitä säätövoima on ja mikä sen tehtävä on sähköjärjestelmässä? Entä mikä rooli on kysyntäjoustolla ja akuilla nyt ja lähitulevaisuudessa? Paljonko akuilla tai kysyntäjoustolla voidaan korvata sähköntuotantoa nykyisin? Ja mikä on kustannus?
Olen työssäni Fortumissa perehtynyt vuosia vesivoimaan ja sen säätömahdollisuuksiin. Viimeiset pari vuotta olen ollut rakentamassa muun muassa kysyntäjousto- ja akkuliiketoimintaamme. Kuvaan tällä taustalla omia näkemyksiäni sähköjärjestelmän joustavuudesta blogi-kirjoitusten sarjalla. Tässä ensimmäisessä osassa pureudun säätövoimaan. Tulevat osat käsittelevät akkujen ja kysyntäjoustojen roolia osana tulevaisuuden energiajärjestelmää.
Tuotannon on vastattava aina kulutusta
Jotta energia-alan aiheista voi faktapohjaisesti keskustella, on hyvä ymmärtää peruskäsitteet.
Lähdenkin liikkeelle sähköjärjestelmästä. Sillä tarkoitetaan sähköverkoilla yhteen kytkettyjen kulutusten ja sähköä tuottavien voimalaitosten kokonaisuutta. Sähköjärjestelmässä on jokaisena hetkenä oltava yhtä paljon kulutusta ja tuotantoa. Hetkellisen kulutuksen ja tuotannon suure on teho ja mittayksikkönä käytetään tyypillisesti megawattia (MW).
Mikäli tasapaino järkkyy ja tuotantoa on liikaa suhteessa kulutukseen, sähköverkon jännite ja taajuus nousevat yli hyväksyttyjen rajojen. Tällöin sähköverkon, voimalaitosten ja kulutuspisteiden suojaukset kytkevät irti verkossa olevat laitokset, jotta vältettäisiin laitteistojen hajoaminen. Suojausten aktivoitumiseen päädytään myös silloin, kun kulutusta on enemmän kuin tuotantoa. Tällöin jännite ja sähköverkon taajuus laskevat alle sovittujen rajojen.
Säätövoima pitää sähköjärjestelmän tasapainossa
Jotta kulutus ja tuotanto saadaan pidettyä tasapainossa, tarvitaan säätövoimaa. Se on sähköntuotantoa, jota voidaan säätää kulutuksen mukaan. Eri tuotantomuodoilla on erilaiset säätöominaisuudet. Suomessa ydinvoimalat eivät käytännössä säädä tuotantoaan lainkaan ja ovat siksi tasaisesti tuottavaa perusvoimaa. Sähköä tuottavat lauhdelaitokset sekä sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset pystyvät säätämään tuotantoaan tuntien ja vuorokauden sisällä riippuen laitoksen ominaisuuksista.
Nykyisin käytössämme olevista tuotantomuodoista säätöominaisuuksiltaan ehdottomasti paras on vesivoima. Sen säätökyky ulottuu sekuntitasolta jopa vuodenaikojen väliseen säätöön. Säätövoimaa saadaan Suomeen myös naapurimaiden sähköverkkoihin kytkettyjen siirtojohtojen avulla. Näiden kautta Ruotsista ja Norjasta saatava säätövoima tuotetaan pääasiassa vesivoimalla.
Mitä enemmän sähköjärjestelmään lisätään sään mukaan hyvin vaihtelevasti tuottavaa uusiutuvaa energiaa kuten tuuli- ja aurinkovoimaa, sitä enemmän järjestelmän pitäminen tasapainossa vaatii joustoa. Vesivoima onkin ketteränä säätövoimana avainroolissa, mutta kysyntäjousto ja akut ovat tulossa pienin askelein avuksi. Niiden osalta on kuitenkin huomattava, että vain vesivoima tuottaa energiaa, kysyntäjousto ja akut siirtävät kulutusta hetkestä toiseen.
Teho ja energia iloisesti sekaisin?
Sähköjärjestelmästä keskusteltaessa on hyvä muistaa, että teho ja energia ovat kaksi eri asiaa. Mikäli tarkastellaan pelkkää asennettua tehoa ja sotketaan se vuotuisen energiatuotannon kanssa, päädytään virheellisiin johtopäätöksiin. Tätä voisi verrata siihen että vuokraisin auton matkaa Espoosta Tampereelle varten vain sillä perusteella, että autolla pääsee 200 km/h, enkä tarkistaisi lainkaan, onko tankissa polttoainetta.
Energiamaailman esimerkiksi voi ottaa vaikkapa tuulivoiman ennätyksellisen tuotannon Suomessa vuonna 2017. Viime vuonna Suomessa kulutettiin sähköä 85,5 terawattituntia (siis 85,5 miljoonaa megawattituntia) ja vuoden suurin hetkellinen sähkönkulutuksen tuntikeskiarvo oli 14 374 MW. Asennettua tuulivoimakapasiteettia meillä oli noin 2 000 MW ja energiaa tuulivoimalla tuotettiin noin 4,8 terawattituntia. Tuulivoiman osuus Suomen energiankulutuksesta oli noin 5,6 % ja asennetun tuulivoimakapasiteetin osuus suhteessa Suomen huipputehoon oli noin 14 %. Luvut kertovat, että tuulivoima ei ole ollut käytössä vuoden jokaisena tuntina täysimääräisesti.
Esimerkkini yllä ei millään muotoa ole sääriippuvaista uusiutuvaa energiaa vastaan, vaan se vain kertoo tehotasapainon ylläpidon haasteista jo nyt. Tulevina vuosina nämä haasteet saavat lisäkertoimia sääriippuvaisen tuotannon määrän kasvaessa. Jouston ja näppärästi säädettävän tuotannon ratkaisuille onkin kysyntää ja niiden kehittämiseksi teemme myös Fortumissa töitä.
Niin pitkään kun uusilla ratkaisuilla ei voi tuottaa kaikkea tarvittavaa säätövoimaa taloudellisesti kannattavasti, on tärkeää huolehtia, että tuttujen ja erinomaisesti toimivien säätövoimaratkaisujen – kuten vesivoiman – toimintaedellytykset on turvattu. Silloin voimme parhaiten luoda edellytykset siirtymiselle kohti päästötöntä energiajärjestelmää ja hillitä ilmastonmuutosta.
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.
Vuoden 2017 energiatilastot: Energiateollisuus ry