Älykäs sähköverkko

Älykäs sähköverkko (engl. smart grid) on sähkönsiirtojärjestelmä, joka yhdistää sähkövoimatekniikkaa sekä automaatio-, tieto- ja viestintäteknologioiden ratkaisuja. Älykkään sähköverkon avulla sähkön kulutusta pystytään ohjaamaan ja tasaamaan ja se antaa sekä sähköyhtiöille, että kuluttajille entistä tarkempaa tietoa sähkön käytöstä ja mahdollisuuden tehostaa energian käyttöä. Älykkäässä sähkönsiirtojärjestelmässä sähköverkon siirtokapasiteetti on myös mahdollista hyödyntää nykyistä paremmin.

Mikä on älykäs sähköverkko

Älykkäät sähköverkot koostuvat kolmesta osa-alueesta: älykkäistä, etäluettavista sähkömittareista, sähköyhtiöiden ICT-järjestelmistä ja varsinaisesta sähkönsiirtoverkosta. Tulevaisuuden visioissa älykkäiden sähköverkkojen avulla energiaa voidaan tuottaa, kuluttaa, varastoida ja vaihtaa entistä joustavammin. Älykkääksi sähköverkon tekee siinä käytetty teknologia, joka mahdollistaa uudenlaiset palvelut sähkön kuluttajille ja tuottajille.
Perinteisessä sähköverkossa sähkö virtaa pääsääntöisesti yhteen suuntaan, suurista voimalaitoksista loppukäyttäjille. Verkon ainoa työ on ollut energian siirtäminen. Perinteiset yksisuuntaiset verkot ovat jäämässä vanhanaikaisiksi, koska uudet sähköntuotantoteknologiat ja käyttötarpeet edellyttävät verkoilta lisää joustavuutta. Esimerkiksi tuulivoiman, aurinkokennojen ja muun hajautetun tuotannon lisääntymisen myötä sähkön tuotanto ei ole enää yhtä tasaista kuin aiemmin, minkä vuoksi verkon on pystyttävä reagoimaan muutoksiin nykyistä paremmin.
Mahdollisuudella varastoida energiaa on suuri merkitys älykkään sähköverkon toiminnan kannalta. Energian varastointia tarvitaan tuotannon ja verkon kuormien tasaukseen, reservitehoon sekä katkottomaan sähkönjakeluun. Sähköautoista odotetaan muodostuvan energiavarastojen käyttöönottoa edistävä tekijä.
Älykkäisiin sähköverkkoihin liittyviä tulevaisuuden visioita ovat mm. saarekekäyttöön kykenevät mikroverkot, pienimuotoisen tuotannon yhdeksi hallintakokonaisuudeksi kokoavat virtuaalivoimalaitokset sekä sähkövarastojen aktiivinen käyttö. Älykkäillä sähkömarkkinoilla operoi useita erilaisia toimijoita, kuten jakeluverkko-operaattorit, verkon käyttäjät, julkiset toimijat, teknologioiden, tuotteiden ja palveluiden toimittajat sekä sähkömarkkinatoimijat.

Luotettavuus

Älyverkkoa pidetään toiminnaltaan huomattavasti luotettavampana kuin perinteistä sähköverkkoa. Älykäs sähköverkko skaalautuu, ennakoi ja korjaa itseään automaation avulla. Älykkäät verkostot paikantavat ja eristävät viat automaattisesti ja mahdollistavat nopean toiminnan palauttamisen, mikä vähentää sähkönjakelun keskeytysten määrää ja kestoa. Yksi älyverkon eduista on sen kyky toimia pienempinä saarekkeina. Esimerkiksi laajan verkkohäiriön aikana älykäs verkko pystyy pitämään sähköä paikallisesti yllä mm. sähkövarastojen ja paikallisen pientuotannon avulla.

Energiansäästö ja uusiutuvan energian hyödyntäminen

Maailmassa käytetään sähköä 14 terawattituntia päivässä ja 50 vuoden päästä määrän arvellaan olevan kaksinkertainen. Lisääntyvä sähköntarve edellyttäisi 1 000 megawatin voimalan käynnistämisen joka päivä seuraavan 40 vuoden ajan. Älykkäiden sähköverkkojen avulla energiaa voidaan säästää merkittävästi. Tutkimusyhtiö EPRI n (Electric Power Research Institute) laskelmien mukaan älyverkot auttavat vähentämään kasvihuonepäästöjä Yhdysvalloissa vuosittain 60–211 miljoonaa tonnia. Pacific Northwest National Laboratoryn tekemien kokeilututkimusten perusteella älyverkot vähentävät kotitalouksien energiankulutusta noin 10–15 prosenttia.
EU:n ilmasto- ja energiastrategian mukaisesti sähkön tuotannossa tulee siirtyä yhä enemmän uusiutuviin energialähteisiin. Niiden osuus energiantuotannosta tulee olla 20 prosenttia vuoteen 2020 mennessä. Uusiutuvien energianlähteiden voimakas kasvu edellyttää joustavammin toimivien älykkäiden sähköverkkojen rakentamista.

Kysyntäjousto

Sähkön kysyntäjousto on sähkön kysynnän vapaaehtoista ja tilapäistä sopeuttamista. Kysyntäjoustoa pidetään eräänä tärkeimmistä älykkään sähköverkon tuomista mahdollisuuksista. Kysyntäjousto ja energian säästäminen eivät tarkoita samaa asiaa. Energian säästäminen vähentää sähkön kysyntää pysyvästi, kysyntäjousto siirtää kulutusta pois kysynnän huippuajankohdista. Joitakin kodin toimintoja, kuten akkujen lataamisen tai lämminvesivaraajan lämpötilan noston voi tehdä kun sähköstä on ylitarjontaa, eli sähkön ollessa edullisimmillaan. Näin sähkön ostaja saa taloudellista hyötyä toimiessaan järjestelmän tasapainon hyväksi.
Toimivan kysyntäjouston ansiosta riski ajautua valtakunnallisen sähköjärjestelmän tehopulatilanteeseen ja sähkönkäytön rajoituksiin pienenee. Älykkäiden sähköverkkojen myötä myös sähkön kysyntä joustaa nykyistä enemmän tuotannon mukaan. Kysyntäjousto vähentää myös verkon siirtohäviöitä ja pienentää huippukuormituksen takia käynnistettävien huipputehovoimalaitosten tuottamia CO₂-päästöjä.

Kulutuksen seuraaminen

Älykkään sähkömittarin avulla sähkön käyttäjien on mahdollista tarkkailla omaa kulutustaan nykyistä tarkemmin. Älykkäässä sähköverkossa voidaan ohjata erilaisia sähköä kuluttavia toimintoja ajoittumaan sähkön tarjonnan ja kysynnän, sekä hintavaihteluiden mukaan. Esimerkiksi kodinkoneet voivat kommunikoida sähköverkon kanssa ja ohjautua toimimaan silloin, kun sähkö on edullista.
Älykkäiden mittareiden avulla kyetään määrittelemään myös sähkökatkokset hyvin tarkasti, sillä ne lähettävät jatkuvasti informaatiota verkon haltijoille.

Hajautettu energiantuotanto

Älykäs sähköverkko voi myös toimia markkinapaikkana hajautetulle energiantuotannolle ja kuluttajille. Nykyistä joustavammin toimiva älyverkko on pienimuotoisen sähköntuotannon edellytys. Ajatuksena on, että kuluttajat, liike-elämä ja teollisuus voivat tuottaa itse sähköä esimerkiksi aurinkopaneelien tai pientuulivoimaloiden avulla.
Energian varastoinnin mahdollisuus on älykkäissä sähköverkoissa keskeistä. Varastointia tarvitaan tuotannon ja verkon kuormien tasaukseen, reservitehoon sekä katkottoman sähkönjakelun turvaamiseksi. Lisäksi tuuli- ja aurinkovoiman tehokas hyödyntäminen edellyttää hyviä energian varastointimahdollisuuksia. Tuotettu sähkö tallennetaan omaan varastoon, josta sitä voidaan käyttää omaan kulutukseen tai syöttää verkkoon. Esimerkiksi sähköautojen akkuja voidaan käyttää energiavarastoina.
Euroopassa hajautettua sähköntuotantoa on olemassa jonkin verran, mutta pieni osa siitä on kytkettynä yleiseen sähköverkkoon. Suomessa hajautettua tuotantoa on toistaiseksi hyvin vähän eikä aivan lähitulevaisuudessa ole odotettavissa suuria muutoksia. Kehitystä hidastaa se, että alalla ei vielä ole valmiita toimintamalleja esimerkiksi vastuukysymysten selvittämiseksi.

Älykkäiden sähköverkkojen rakentaminen

Euroopan Unioni on julkaissut energiateknologiasuunnitelmansa mukaisen Älykäs eurooppalainen sähköverkko -aloitteen kesäkuussa 2010. Aloitteen tavoitteena on luoda eurooppalainen sähköverkko ja taata laadukkaan sähkön saanti, kun tuotanto hajautuu. Aloite sisältää 10-vuotisen ja kahden miljardin euron tutkimus- ja demonstraatio-ohjelman. Euroopan Unionin SmartGrids -teknologiayhteisön mukaan EU:n jäsenmaat joutuvat investoimaan 300 miljardia jakeluverkkoinfrastruktuuriin seuraavan 30 vuoden aikana. Tavoitteena on, että puolet Euroopan verkosta toimii älykkäällä periaatteella.
Suomen sähköverkoista pääosa on rakennettu toisen maailmansodan jälkeen. Vanhenevia verkkoja on uusittava, jotta sähkön toimitusvarmuus pystytään takaamaan. Älykkäisiin sähköverkkoihin siirtyminen on suurin koko maan kattava sähkönjakeluverkkojen muutoshanke maaseudun sähköistämiskauden jälkeen. Energiateollisuus ry:n Visio 2050:n mukaan vuonna 2050 Suomi toimii osana vähintään EU:n laajuisia yhteisiä sähkönmarkkinoita.
Siirtyminen älyverkkoihin on Suomessa aloitettu automatisoimalla verkostoja ja vaihtamalla älykkäitä energiamittareita kotitalouksiin. Tavoitteena on, että vuoden 2014 alussa yli 80 prosentilla sähköyhtiöiden asiakkaista on käytössään älykäs sähkömittari. Mittarin avulla sähkönkulutusta voi seurata lähes reaaliaikaisesti.