2/2015

Aurinkosähköä älyverkkoon

Sami Repo ja Seppo Valkealahti

 

TTY:n professorit Seppo Valkealahti ja Sami Repo tarkastelevat sähkötekniikan laitoksen katolla olevaa globaalisti ainutlaatuista järjestelmää, joka mittaa auringon säteilyintensiteetin ja kaikki sääsuureet kymmenen kertaa sekunnissa. Aurinkopaneelien ja mittauslaitteiston avulla tutkitaan miten vaihteleva sää vaikuttaa aurinkovoimalan toimintaan. Mittausdataan perustuvien analyysien tuloksia hyödynnetään sähköverkkojen suunnittelussa, ja niiden avulla luodaan malleja siitä, miten aurinkovoima toimii.

 

Aurinkopaneeleita näkee yhä useammalla katolla, ja edelläkävijät myyvät jo niillä tuotettua ylijäämäsähköä sähköverkkoon. Älykkäässä sähköverkossa satojen tuhansien hajallaan sijaitsevien sähkön pientuotantoyksiköiden tuottamat pienet sähkövirrat yhdistetään joustavaksi osaksi sähkömarkkinaa.

Vuonna 2013 maailmassa asennettiin ensimmäisen kerran enemmän uudistuvaan energiaan perustuvaa sähkön tuotantokapasiteettia kuin perinteisiä sähkövoimaloita. Tämä energiavallankumous on rantautumassa Suomeenkin.

– Kesämökeillä on jo pitkään ollut aurinkosähköjärjestelmiä, joilla on ladattu akkuja. Italiassa, Kreikassa ja Saksassa noin kahdeksan prosenttia vuotuisesta sähköntuotannosta tuotetaan aurinkopaneeleilla, mutta Suomessa pienvoimaloilla tuotetun ylimääräisen aurinkosähkön syöttäminen verkkoon ei vielä ole yleistä. Aurinkovoiman tuotantokapasiteetti Suomessa on noin 10 megawattia, kertoo professori Seppo Valkealahti TTY:n sähkötekniikan laitokselta.

Kynnyksenä laitteiston takaisinmaksuaika

Merkittävä syy pientuotannon toistaiseksi vähäiseen suosioon on ollut laitteistoinvestoinnin pitkä takaisinmaksuaika. Jos omaan käyttöön tarkoitetun aurinkopaneelin takaisinmaksuaika saadaan 10 vuodeksi, pientuotanto muuttuu Valkealahden mukaan kannattavaksi. Se saa kuluttajat innostumaan omasta sähköntuotannosta.

– Aurinkovoiman tuotantokustannukset laskevat noin 10 prosentilla vuodessa. Tätä menoa kestänee neljä–viisi vuotta, ennen kuin aurinkovoima yleistyy. Kehitysvauhtia voi verrata lämpöpumppujen yleistymiseen, Valkealahti sanoo.

Älykkäiden sähköverkkojen tutkimusta TTY:llä

TTY:ssä sähköverkkojen tutkimus liittyy tällä hetkellä maailmanlaajuisesti kehitettävän älykkään sähköverkon (Smart Grid) kehittämiseen. Tutkimustyötä tehdään yhteistyössä kansainvälisten yritysten kanssa, ja tutkimustuloksia sovelletaan globaalisti. Sitä kautta tutkimustyö hyödyttää Suomen sähkövoimateollisuuden vientiä.

  • Kolmivuotisessa, EU-rahoitteisessa Ideal Grid for All -projektissa kehitetään sähkönjakeluverkkojen automaatiota. TTY toimii vuoden 2016 elokuussa päättyvän projektin koordinaattorina. Projektissa on mukana kolme verkkoyhtiötä Italiasta, Espanjasta ja Tanskasta, valmistavaa teollisuutta Espanjasta sekä yliopistoja Ruotsista, Tanskasta, Saksasta ja Espanjasta.
  • Helmikuun lopussa päättyneessä, viisivuotisessa ja Tekesin rahoittamassa SGEM (Smart Grids and Energy Market) -tutkimusohjelmassa haettiin vaihtoehtoisia ratkaisuja myrskyjen ja ilmajohtojen aiheuttamien sähkönjakelun keskeytysongelmien ratkaisemiseksi. Ohjelmassa tutkittiin myös kysynnän joustoa ja hajautettujen energiaresurssien kuten pientuotannon, kysynnän jouston ja energiavarastojen integroimista osaksi sähköjärjestelmää.
 

Aurinkopaneelien yleistymiseen vaikuttavat myös alueelliset energiatehokkuusvaatimukset. Esimerkiksi Tampereella Vuoreksen asuinalueen kaavassa on määritelty kuinka energiatehokkaita talojen tulee olla.

Tukiaisia ei tarvita

Saksassa aurinkosähkön pientuottajille maksetaan tukiaisia, mutta Italiassa ja Espanjassa pientuotanto on kannattavaa ilman tukiaisiakin.

– Pientuotanto ei periaatteessa tarvitse tukea, sillä se tulee markkinoille kilpailun kautta joka tapauksessa, jos byrokraattiset esteet poistetaan, Valkealahti väittää.

Kiinnostusta aurinkovoimaan lisännee toukokuun alussa Suomessa voimaan astunut lakimuutos, joka helpotti pientuotannon ja aurinkosähköjärjestelmien verotusta.

Toimiva sähkömarkkina on osa älykästä sähköverkkoa

Älykäs sähköverkko syntyy, kun nykyisiä sähköverkkoja täydennetään sähköverkkoyhtiöiden kehittyneillä tietoliikennepohjaisilla automaatioratkaisuilla ja nykyistä tarkemmalla energiankäytön seurannalla. Seuranta on mahdollista esimerkiksi älykkäiden sähkömittarien avulla. Niillä ja kaksisuuntaisella tiedonsiirrolla asiakasliittymän ja verkon välillä on avainrooli älykkäässä sähköverkossa, koska siten pystytään ohjaamaan, tasaamaan ja tehostamaan sähkön kulutusta. Se taas auttaa tukemaan EU:n ilmastotavoitteiden toteutumista.

Tulevaisuuden älykkään sähköverkon yhtenä tavoitteena on toimia energiatehokkaana ja ympäristöystävällisenä sähkön markkinapaikkana.

– Sähkömarkkinan kannalta yksinkertaisin tapa, jolla sadat tuhannet hajallaan sijaitsevat pientuottajat voivat osallistua sähkön tuottamiseen, on sähkön ostotariffi. Sähköyhtiöt ostavat sähköä pientuottajilta tariffihinnoilla, kertoo professori Sami Repo.

Kun sähköä tuotetaan suuremmassa skaalassa, pitää Revon mukaan pystyä ennustamaan kuinka paljon aurinkoenergiaa on käytettävissä, ja millä hinnalla sitä tarjotaan markkinoille.

– Älymittarit keräävät jo nyt tuntitason dataa kuluttajilta, ja ne antavat tietoa pienyksiköiden markkinoille syöttämistä energiamääristä. Tarvitaan myös osapuoli, joka yhdistelee tietoa pienten aktiivisten tuotantoyksiköiden muutamien kilowattien sähkövirroista, ja hallitsee sitä automaattisen IT-järjestelmän avulla.

Tuotannon määrä vaihtelee – energiavarastotko ratkaisu?

Sähköjärjestelmän tavoitteena on jokahetkinen tasapaino tuotetun ja käytetyn tehon välillä.

– Perinteisesti sähkön kulutus on vaihdellut, mutta aurinkoenergian kanssa tuotantokin alkaa vaihdella sääolojen mukaan, Repo sanoo.

– Sähköntuotantoa on perinteisesti ohjattu vesi- tai hiilivoiman tuotantoa pienentämällä tai lisäämällä. Tulevaisuudessa tarvitaan kuitenkin uusia keinoja: parempaa tuotantomäärien ennustamista ja joustavuutta sekä perinteisiin voimaloihin että tuuli- ja aurinkovoimaan. Koska auringon säteilyä ja tuulta ei voi säätää, pitää löytää muita säätökeinoja.

Pitkällä tähtäimellä tarvitaan myös energiavarastoja. Ne voisivat olla esimerkiksi Teslan hiljattain lanseeraamia akkuja, joihin aurinkopaneelien tuottama ylimääräinen sähkö jäisi varastoon pilvisten säiden varalle.

– Yksittäisessä talossa voisi olla aurinkopaneeli katolla ja taloa jäähdyttävä maalämpöpumppu. Kesällä tuotettu energia voitaisiin varastoida kallioperään ja ottaa sieltä takaisin talvella, Repo visioi.

Haasteena kapasiteetin vajaa käyttöaste

Nykyisin osa sähköenergian tuotantokapasiteetista on suuren osan ajasta käyttämättömänä, ja sähköenergian siirtojärjestelmät ovat ylimitoitettuja.

– Pahimmillaan tuotanto- ja siirtokapasiteettia käytetään vain 10 prosentin käyttöasteella. Älyverkon tavoitteena on nostaa käyttöastetta, Valkealahti kertoo.

Tähän asti sähkön tuotanto on mukautunut kulutukseen, mutta Revon mukaan tulevaisuudessa myös kysyntä mukautuu tuotantotilanteeseen.

Kysynnän jousto tarkoittaa sähkön kulutuksen tilapäistä ja vapaaehtoista sopeuttamista sähkön kulloiseenkin tuotantotilanteeseen. Se siirtää kulutusta pois ajankohdista, jolloin sähköä kulutetaan ja tuotetaan eniten ja sähkön hinta on korkeimmillaan. Kuluttaja säästää hyödyntämällä ajankohdat, jolloin sähköstä on ylitarjontaa ja sähkö on edullisimmillaan.


Teksti: Leena Koskenlaakso
Kuva: Virpi Andersin

 
Kerro kaverille
Säätiöpääoman tuotoilla rakennetaan tulevaisuutta
Säätiöpääoman tuotoilla rakennetaan tulevaisuutta
2/2015
Säätiöpääoman tuotoilla rakennetaan tulevaisuutta
TTY osallistuu CERNin uuden hiukkaskiihdyttimen käyttövarmuuden suunnitteluun
TTY osallistuu CERNin uuden hiukkaskiihdyttimen käyttövarmuuden suunnitteluun
2/2015
TTY osallistuu CERNin uuden hiukkaskiihdyttimen käyttövarmuuden suunnitteluun
VTT ja TTY mukaan fuusioenergian robotiikkasopimukseen
VTT ja TTY mukaan fuusioenergian robotiikkasopimukseen
2/2015
VTT ja TTY mukaan fuusioenergian robotiikkasopimukseen
Nanosellusta uusia markkinoita
Nanosellusta uusia markkinoita
2/2015
Nanosellusta uusia markkinoita
Joukkoistaminen mullistaa teollisten yritysten toimintatapoja
Joukkoistaminen mullistaa teollisten yritysten toimintatapoja
2/2015
Joukkoistaminen mullistaa teollisten yritysten toimintatapoja
Luotettavan tietokoneohjelman tekeminen on mahdollista, mutta ei kannata
Luotettavan tietokoneohjelman tekeminen on mahdollista, mutta ei kannata
2/2015
Luotettavan tietokoneohjelman tekeminen on mahdollista, mutta ei kannata
LUMATE-tiedekerhosta wau-fiiliksiä
LUMATE-tiedekerhosta wau-fiiliksiä
2/2015
LUMATE-tiedekerhosta wau-fiiliksiä
Pelitutkija kehittää uusia menetelmiä matematiikan oppimiseen
Pelitutkija kehittää uusia menetelmiä matematiikan oppimiseen
2/2015
Pelitutkija kehittää uusia menetelmiä matematiikan oppimiseen
Tiedon valoon!
Tiedon valoon!
2/2015
Tiedon valoon!
Marianne Poulsen: Otatko vastuun omasta työstäsi ja pysytkö uteliaana?
Marianne Poulsen: Otatko vastuun omasta työstäsi ja pysytkö uteliaana?
2/2015
Marianne Poulsen: Otatko vastuun omasta työstäsi ja pysytkö uteliaana?
Uudet puhdastilat TTY:lle
Uudet puhdastilat TTY:lle
2/2015
Uudet puhdastilat TTY:lle

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi