Ratkaisu sähköverkon kapasiteettiongelmaan

“Tilanne on käytännössä se, että kantaverkko länsirannikolla on toistaiseksi täynnä, sanoo yksikön päällikkö Petri Parviainen kantaverkkoyhtiö Fingridistä.” (Lähde). Yle:n tietojen mukaan Suomessa 150 jo luvitettua tuulivoimalahanketta, yhteensä n. 1000MWp, joutuu odottamaan useita vuosia länsirannikon kantaverkon vahvistumista.

Tämä on taloudellinen tappio. Se hidastaa talouskasvua ja vähentää verotuloja. Ilmastollinen tappio. Se hidastaa siirtymää kohti puhdasta energiajärjestelmää ja lisää fossiilisähkön tuotantoa. Sosiaalinen tappio, se nostaa sähkön hintaa ja laskee ostovoimaa.

Tosiasiassa kapasiteettia on ‘täynnä’ olevassa verkossa reilusti yli 90% ajasta vapaana naurettavan paljon.

Nykyisillä periaatteilla sähköverkon liityntälupaa ei voida myöntää mikäli se voisi hyvin harvoin syntyvässä teoreettisessa tilanteessa aiheuttaa sähköverkon ylikuormittumisen.

Näiden harvinaisten ylikuormitusriskien välttämiseksi Suomessa investoidaan valtavasti uusiin sähköverkkoihin.

Kansainvälisesti monet kantaverkko- ja siirtoverkkoyhtiöt pyrkivät välttämään valtavia investointeja, mikäli niille on edullisia vaihtoehtoja. Esimerkiksi Kanadalainen kantaverkkoyhtiö IESO käy erikseen kullakin siirtoalueella vuosittain huutokauppoja joustotehosta. Huutokaupassa tarjouksentekijät sitoutuvat irtikytkemään kuormansa 12 tunnin varoitusajalla mikäli IESO soittaa ja käskee.

IESO ostaa itselleen palvelun, jonka avulla se voi pienentää kuormitustasoa, mikäli se ennakoi verkon ylikuormittumisriskin syntymistä. Sopimuksin hankitun joustotehon avulla IESO säästyy kalliilta verkkoinvestoinneilta joilla varauduttaisiin hyvin harvinaisiin stressitilanteisiin. Entä kuinka usein IESO aktivoi ostamaansa joustotehoa? Harvemmin kuin kerran vuodessa.

Vielä parempi toimintamalli olisi myöntää liityntälupia sillä ehdolla, että verkkoon liittyjä sitoutuu osallistumaan sähkön laadun ylläpitoon, sekä kytkemään kulutus- tai tuotantotehoa automaattisesti pois päältä tilanteessa, jossa verkko uhkaa ylikuormittua. Näin liityntälupa voidaan myöntää kaikille halukkaille liittyjille ja liittyjät itse kantavat kuormituksenhallinnan riskit.

Syvällä rintaäänellä sanon, että erityisesti uusiutuvan energian hankekehittäjät mielummin sitoutuvat silloin tällöin irtikytkemään tehoaan verkon kuormitustilanteessa, kuin odottavat vuosien ajan liityntälupaa.

Järjestely ei olisi kansainvälisesti poikkeuksellinen. Useassa maassa kantaverkkoyhtiöt edellyttävät verkkoon liittyjiltä tai sähkökaupan tasevastaavilta monenlaisten kantaverkkopalveluiden tuottamista osana sopimusehtoja.

Ehdotan sähköverkkojen kuormituksenhallintajärjestelmän perustamista Suomeen. (Alan kirjallisuudessa termi on: Network Congestion Management)

Sen sijaan, että verkonhaltija odotuttaisi liittyjää useita vuosia kunnes verkkoinvestoinnit valmistuvat, verkonhaltija antaisi liittyjälle paikallisen verkon kuormitusprofiilin ja kysyisi: ‘Oletko valmis itse joustamaan niin, ettei aiheuttamasi kuormitus vaaranna verkon käyttövarmuutta?’. Asiakas tutkii kuormitusprofiilia, arvioi omalle kohdalle osuvien joustojen määrän ja tekee päätöksen. Jos asiakas vastaa kyllä, asiakas saa liittyä. Asiakkaan ei tarvitsisi odotella verkkoyhtiön investointeja, ellei erikseen niin halua.

Automaattiseen irtikytkemiseen perustuva tekninen ratkaisu on jo käytössä Fingridin kantaverkon ja asiakasliityntöjen relesuojauksissa, sekä esimerkiksi ydinvoimaloiden järjestelmäsuojissa. Teknologia on jo Suomessa käyttöönotettu, testattu ja toimivaksi todettu.

Ehdotan, että liittymisehtona uusiin verkkoliityntäsopimuksiin lisätään kohta, joka vaatii liittyjää kytkemään laitteensa paikallisen verkon ylikuormitustilanteita ennaltaehkäisevään relesuojaukseen. Automatiikka valvoisi verkon kuormitusta ja tietyillä kuormitustasoilla järjestelmä irtikytkisi liittyjien tuotanto- tai kulutuskuormia järjestyksessä uusimmasta liittyjästä vanhimpaan.

1.

2.

Uudet liittyjät eivät heikentäisi olemassaolevien verkkoasiakkaiden asemaa. Verkkoyhtiöt saisivat enemmän irti jo tehdyistä investoinneista. Hankkeet etenisivät nopeammin, talous kasvaisi, sähkön hinta laskisi, päästöt vähenisivät ja metsää säästyisi ylimääräisten sähjölinjojen alta.

Tällä hetkellä liityntäpiste on jo asiakasliitynnän relesuojauksen piirissä Fingridin puolella liittymää. Ehdotan, että nykyisen järjestelyn lisäksi relesuojaus vietäisiin asiakkaan verkon puolelle kuormatasolle niin, että kun verkko asteittain kuormittuu, automatiikka alkaa irtikytkeä kuormia pois alamuuntaja- tai jopa invertteri kerrallaan samalla periaatteella kuin esimerkiksi nopeassa taajuusreservissä. Näin saadaan sekä irtoamiseen että takaisinkytkeytymiseen automaattinen askellineaarinen irtikytkentäprofiili, joka minimoi suuret äkilliset tehonmuutokset.

Ehdottamani kanssa hyvin samankaltaista kuormituksenhallintajärjestelmää ollaan ottamassa käyttöön Britanniassa. Ns. “MW Dispatch”. Sillä erotuksella, että ESO aikoo maksaa toimittamatta jäävästä energiasta.

Ehdottamassani mallissa Fingrid ei korvaisi tuottamatta tai kuluttamatta jäävää energiaa liityntäasiakkaalle tai tasevastaavalle. Sähkön korvaaminen poistaa liiketaloudellisen harkinnan liittyjältä ja välillisesti pakottaa kaikki verkon osapuolet siirtomaksuissaan osallistumaan kuormittuneiden verkkojen alueille suuntautuvien investointien tukemiseen.

Kun joustoja ei korvata kannustetaan tasevastaavia ottamaan huomioon ylikuormitustilanteet sähkökaupassaan tasevirheiden välttämiseksi. Näin syntyy hajautettu järjestelmä informaation tuottamiseen markkinalle. Mikäli tasevirheet korvataan kannustetta kuormitustilanteiden ennustamiseen ei synny, markkinoille tehdään tarjouksia, joita ei voida toimittaa ja järjestelmän epävarmuus lisääntyy.

Verkon kuormituksenhallinnan vaatimusta tulisi soveltaa kaikkiin tulevaisuuden energiajärjestelmän suuriin yksittäisiin laitteistoihin, joille osallistuminen on helppoa ja tarkoituksenmukaista. Vetylektrolyyserit, tuuli- ja aurinkovoimalat, akustot ja säätövoimalat, suuret sähköautojen latauskentät, sähkötoimiset aluelämpökeskukset yms.

Sähköverkon kuormituksenhallintajärjestelmän käyttöönotto nopeuttaisi yhteiskunnan sähköistymistä ja siirtymää puhtaaseen energiajärjestelmään useilla vuosilla. Investoinnit tehtäisiin nopeammin ja sijoittajilla olisi laajempi vapaus sijoittaa laitoksensa parhaille paikoille. Liittyjät itse sitoutuisivat verkon käyttövarmuuden parantamiseen. Verkkoyhtiöt eivät seisoisi energiamurroksen tiellä. Suomen talous ja ilmasto kiittäisivät.

Argumentti pähkinänkuoressa:

Ongelmat:

– Siirtoverkoissa ongelman tulee aiheuttamaan suuri sähkön kulutustehon lisääntyminen Etelä-Suomessa. Sähköautot ja sähköistyvä lämmitys tulevat vaatimaan verkolta kykyä selvitä yhä suuremmista kuormitustilanteista.

– Pelkästään länsirannikolla 150 jo luvitettua tuulivoimahanketta yli 1000MWp yhteisteholla on jäissä kunnes Fingrid saa rakennettua uutta siirtotehoa. Kaikkialla Suomessa verkkoyhteyksien tiukat rajat ehkäisevät uusia hankkeita ja kilpailu kapasiteetista saa hankekehittäjät hylkäämään jo pitkälle vietyjä hankkeita.

– Kansantaloudellisesti ja ilmastopoliittisesti on turha katastrofi, että murrosta fossiilisesta uusiutuvaan sähköntuotantoon, liikenteeseen ja lämmitykseen jarruttaa hidas verkon vahvistuminen.

Väittämät:

> Tosiasiassa verkon liityntäkapasiteetti riittää kaikille liityntälupaa hakeneille hankkeille reilusti yli 90% ajasta.

> Kanta- ja siirtoverkoille on mahdollista toteuttaa järjestelmäsuojia nopeasti, edullisesti ja turvallisesti, jotka irtikytkevät tuotanto- tai kulutuskohteita silloin kun verkko uhkaa ylikuormittua.

Ratkaisu:

– Ehdotan, että verkkoon liittyvät uudet uusiutuvan energian hankkeet, sekä uudet suuritehoiset kulutuskohteet osana verkkoliityntäsopimusta sitoutuvat verkon kuormituksenhallintaan siten, että laitteistot irtikytkeytyvät automaattisesti portaittain uusimmasta liittyjästä vanhimpaan, mikäli verkko uhkaa ylikuormittua.

Perustelu:

> Edellä esitetty sähköverkon kuormituksenhallintajärjestelmä mahdollistaisi yhteiskunnan resurssien säästämisen verkkojen tehokkaammalla käytöllä, nopeuttaisi siirtymää sähköistyvään ja vähäpäästöiseen yhteiskuntaan, laskisi sähkön hintaa, nostaisi talouskasvua ja säästäisi metsää.

Kirjoittaja on uusiutuvan energian hankekehittäjä.