Energiainfra ja uudet energiateknologiat (Energiatehokas kaupunkisuunnittelu ja kaavoitus, Smart City, Hajautettu energiantuotanto, lähienergia, mikroverkot, Rakennusten energiatehokkuus, Sähköautot, Älykkäät energiaverkot ja kysyntäjousto, Älykäs energian käyttö ja ohjaus, mobiilipalvelut)
Energiamarkkinat
Energian tuotanto, jakelu ja varastointi
Energiatehokkuus ja energiansäästö

Älykkäiden verkkojen aika on nyt

Energiakriisin ravistellessa Eurooppaa, helpotusta – ellei pelastajaa – odotetaan älykkäiltä sähköverkoilta. Miten smart grid -vallankumous edistyy – ja mihin kaikkeen se tulee vaikuttamaan tulevina vuosina?

ÄLYKÄS SÄHKÖVERKKO (smart grid) liittää hallitusti yhteen ohjattavia sähkökuormia ja tuotantoa sekä hetkellisiä kuormia ja vaihtelevaa tuotantoa. Älykäs sähköverkko edellyttää tehokasta, oikein suunniteltua ja toteutettua automaatiota – ja tietenkin uusiutuvia energianlähteitä pitämään kuvion kestävänä.

Sääriippuvaisen sähköntuotannon osuuden jatkuvasti kasvaessa sähköjärjestelmältä edellytetään aiempaa enemmän älykkyyttä ja kykyä joustaa sähkön tuotantotilanteen mukaan.

Hyvä uutinen on, että esimerkiksi aurinkopaneelit tuottavat sähköä päiväaikaan, jolloin sähkönkulutus ja sähkön markkinahinta ovat tyypillisesti yöaikaa korkeammalla. Aurinkosähköjärjestelmät toimivatkin valoisina vuodenaikoina sähkön kulutushuippuja tasaavana tekijänä – mutta tuotanto on toki sääriippuvaista. Tuulivoimalla on sama haaste: joskus tuuli ei tuule.

Varastointi edelleen haaste

Tuuli- ja aurinkosähkön ylituotanto täytyy varastoida eri muodoissa esimerkiksi lämmitykseen tai jäähdytykseen. Tulevaisuudessa sähkön ylituotantoa voidaan hyödyntää myös vedyn tuotantoon.

Hajautetun sähköntuotannon varastointi erilaisiin akustoihin muissa kuin verkosta erillään olevissa kohteissa on toistaiseksi ollut harvinaista, mutta sen odotetaan yleistyvän. Kiinteistöjen ohella akustoja voidaan käyttää säätöelementteinä siirto- ja jakeluverkossa.

"Älykkäät sähköverkot tarvitsevat toimiakseen myös fiksua rakennuskantaa.

Kulutuksen ylittävää sähköntuotantoa voidaan mahdollisesti varastoida tulevaisuudessa myös sähköautoihin, joiden akustot voisivat toimia hajautettuna sähkövarastona ja tasapainottaa verkon kuormitusta.

Rakennukset avainasemassa

Älykkäät sähköverkot tarvitsevat toimiakseen myös fiksua rakennuskantaa. Kiinteistöt täytyy saada osaksi uutta, hajautettua ja vähähiilistä energiajärjestelmää tai peli on menetetty.

Kiinteistöille energiamurros tarkoittaa siirtymistä pois ainoastaan verkosta saatavasta sähköstä ja fossiiliseen energiaan perustuvasta lämmöntuotannosta. Perinteisessä energiajärjestelmässä sähköverkko palvelee ensisijaisesti laajamittaista ja fossiilipohjaista energiantuotantoa, joka on muutaman tahon omistuksessa kullakin alueella tai maassa. Painopiste on tuotantoketjun alkupäässä, jossa myös suurin arvo tuotetaan. Energiaa kuluttavat kiinteistöt ovat vastakkaisessa päässä, ja usein fyysisesti kaukana sieltä, missä sähköä tuotetaan. Kiinteistöt kuluttavat passiivisesti niille syötettyä energiaa, johon niillä on vain vähän hallintamahdollisuuksia.

"Kiinteistöjen digitalisointi auttaa tunnistamaan sähkökuormat.

Pieni on kaunista

Uuden energiajärjestelmän energianlähteet ovat vähähiilisiä, kuten tuuli ja aurinko, tuotanto on pienessä mittakaavassa ja useammin kiinteistöjen lähellä tai niiden yhteydessä. Voimalaitoksia on moninkertainen määrä, mutta niiden kapasiteetti on pienempi ja tuotanto vähähiilistä.

Kemiallinen akkuvarasto voidaan yhdistää paikalliseen tuotantoon energian varastoimiseksi ja sekä verkkoon ja kaupallisiin kohteisiin niin suuressa kuin pienessäkin mittakaavassa.

Akkuvarastointi yhdessä kasvavan autokannan ja työntekijöiden sähköautojen sekä hajautetun sähköntuotannon kanssa luo kiinteistöille uusia keinoja sopeuttaa energiankulutustaan yhteistyössä sähköverkon kanssa tai hyödyntää omaa, paikallista tuotantoaan. Uudet energiateknologiat mahdollistavat kiinteistöille aktiivisen toiminnan sähköverkossa pelkän passiivisen kuluttamisen sijasta. Vuorovaikutus sähköverkon ja kiinteistön välillä on parhaimmillaan kulutusjoustoa.

Haasta vanhat tuotanto- ja kulutustavat

Miten kiinteistöjen uusi tekniikka sitten auttaa hallitsemaan vähähiilisen tuotannon vaihteluita? – Energiajärjestelmän murros onnistuu vain, jos muutetaan perinteisiä, vanhan järjestelmän tuotanto- ja kulutustapoja. Energiantuotannon vaihtelujen aiheuttamien haasteiden hallitsemiseksi tarvitaan uutta teknologiaa, josta yksi esimerkki on juuri älykkäiden kiinteistöjen yhteyteen sijoitetut sähkövarastot.

Uusien energian hallintajärjestelmien avulla (BEMS) kiinteistöjen energian käyttöä ymmärretään ja pystytään hallitsemaan yhä paremmin. Kiinteistön sähkökuormat voidaan tunnistaa ja sähköä käyttäviä järjestelmiä ja laitteita voidaan kytkeä päälle tai pois päältä erikseen ja joustavasti. Osana verkkoa kiinteistö voi liittyä kulutusjoustomarkkinoille ja tarjota sähkökuormia markkinoiden käyttöön verkon tarpeen mukaisesti. Samalla vähennetään vaihtelevasta uusiutuvan energian tuotannosta aiheutuvia haasteiteita.

Digitalot tulevat!

Energiateknologian digitalisointi edistää teknologioiden, kiinteistöjen ja ohjelmistojen hallintaa ja mahdollistaa kiinteistöjen vuorovaikutuksen energiajärjestelmän kanssa. Kiinteistöjen digitalisointi on edennyt nopeasti: yhä useampi kiinteistö on jo liitetty digitaalisesti osaksi energiajärjestelmää, mutta myös eri kiinteistöjärjestelmät – ilmanvaihto ja jäähdytys, kiinteistönhallinta-, turvallisuus- ja ohjausjärjestelmät – ovat digitaalisia.

Lisäksi kiinteistöjen digitalisointi auttaa tunnistamaan sähkökuormat: missä ja mihin sähköä käytetään. Tämä taas antaa mahdollisuuden ymmärtää, mitkä järjestelmät voidaan hetkellisesti sammuttaa tai käynnistää joustavasti. Sen perusteella voidaan arvioida kiinteistön joustopotentiaali: miten pal­jon voidaan tarvittaessa vähentää tai lisätä sähkönkulutusta – ja olla näin aktiivinen toimija sähköverkossa reagoimalla sen tarpeisiin.

Ratkaisuna rajapinta

Kun älykäs sähköverkko kohtaa kulutuksen sähköverkon rajapinnassa, ollaan ison asian äärellä. Tässä rajapinnassa sähkön kysyntää ja tarjontaa ohjataan älykkäästi ja tehokkaasti vakaan ja luotettavan energiajärjestelmän toteuttamiseksi.

Uusi energiajärjestelmä edellyttää merkittäviä teknologisia ja digitaalisia muutoksia kiinteistöille. Ensinnäkin sähköverkkoa ohjataan, valvotaan ja hallitaan käyttämällä yhä enemmän digitalisaatiota analogisten ohjausten ja järjestelmien sijaan. Tämä tuottaa enemmän tietoa ja ymmärrystä sähköverkosta, jolloin sitä voidaan hallita ennakoitavasti ja tehokkaasti.

"Uusi energiajärjestelmä edellyttää merkittäviä teknologisia ja digitaalisia muutoksia kiinteistöille.

Seuraa, hallitse & optimoi

Älykkään sähköverkon ilmeisiin hyötyihin kuuluu, että uusiutuvan energiantuotannon vaihtelua ja monisuuntaisuutta voidaan hallita. Digitalisaation avulla sähkön laatua ja verkon taajuutta voidaan seurata jatkuvasti, mikä mahdollistaa nopeamman ja ennakoitavamman toiminnan verkon häiriöttömyyden varmistamiseksi.

Toinen iso plussa on se, että sähköverkon ikääntyvien osien (kuten muuntajien) digitalisointi luo paremman näkyvyyden ja ymmärryksen haasteista ja rajoituksista verkossa.

Kaikki merkit osoittavat nyt siihen suuntaan, että energiaa kuluttavista kiinteistöistä tulee älykkäämpiä ja niiden toimintatavat muuttuvat – radikaalistikin – uusien teknologioiden ansiosta.

Lähteet: Motiva; Sähköverkon interaktiiviset kiinteistöt – kiinteistöt osana uutta energiajärjestelmää (Siemens White Paper 2021)

Teksti: Sami J. Anteroinen
Kuvat: Pixabay

Seuraa Publicomedia

Publicomedia uutiskirje