Älykäs sähköverkko on energian internet Kohti uusiutuvaa tuotantoa, luotettavaa jakelua ja energiatehokasta käyttöä

Transkriptio

1 Älykäs sähköverkko on energian internet Kohti uusiutuvaa tuotantoa, luotettavaa jakelua ja energiatehokasta käyttöä

2 Älykäs sähköverkko avaa tien kestävään kehitykseen Älykästä verkkoa tarvitaan, sillä tulevaisuuden haasteet ovat Suomessakin valtavat. Siitä pitävät huolen Euroopan unionin ilmastotavoitteet sekä sähkön käytön ja yhteiskunnan sähköriippuvuuden kasvu. Älykäs sähköverkko yhdistää sähkön tuottajat ja kuluttajat toisiinsa. Sille on tyypillistä tarkasti hallittu, aktiivinen ja monisuuntainen energiavirta. Jakeluverkosta tulee myös keräilyverkko, asiakasvetoinen markkinapaikka hajautetulle energiantuotannolle ja kuluttajille. Kaikki tapahtuu reaaliaikaisesti. Verkko sopeutuu, skaalautuu, ennakoi ja korjaa itseään automaation avulla. Älykäs verkko on luotettava ja turvallinen. EU:n tavoitteena on vähentää kasvihuonepäästöjä vuoden 1990 tasosta vuoteen 2020 mennessä 20 prosentilla. Lisäksi uusiutuvien energialähteiden osuus energiankulutuksesta kasvatetaan 20 prosenttiin ja energiatehokkuutta nostetaan 20 prosentilla. Suomen osalta uusiutuvan energian käytön tavoite on 38 prosenttia vuoteen 2020 mennessä. Perinteinen verkko ei kykene kantamaan kasvavaa ja entistä monimuotoisempaa kuormaa. Sen on tehtävä työ älykkäämmin. Kasvihuonepäästöjen tärkeimmät torjujat ovat energiatehokkuus ja uusiutuvat energialähteet. Vaikka energiankäyttö tulevaisuudessa laskee, sähkön osuus kokonaisuudesta kasvaa, sillä energiatehokkuutta parannettaessa tarvitaan sähköä. Uusiutuvan energian osuus tulee tuntuvasti lisääntymään. Rakennusten kokonaisenergiankulutus on Suomessa 40 prosenttia koko kulutuksesta ja vastaa 30 prosentista maan kasvihuonepäästöistä. Rakennusautomaation avulla kyetään leikkaamaan tarpeetonta energiankulutusta mukavuudesta tinkimättä. Suomessa älyverkkojen ensiversio on jo todellisuutta. Maan sähköistämisen jälkeen suurimpaan teknologiseen murrokseen ja sen tuomiin mahdollisuuksiin suhtaudutaan meillä avoimesti. Myös älyverkkojen tutkimukseen ja tuotekehitykseen panostetaan. Vanhenevia verkkoja ja sähköasemia on uudistettava, jotta sähkön toimitusvarmuus kyetään takaamaan. ABB:n laaja tuote- ja palvelutarjonta kattaa älykkään sähköverkon koko kaaren aina suurista voimalaitoksista omakotitalon automaatioon. ABB:llä ei ole pelkästään näkemystä siitä, miltä tulevaisuuden älykäs sähköverkko näyttää. ABB toimii tiennäyttäjänä ja on mukana toteutuksessa. Tästä on myös Suomessa monta erinomaista esimerkkiä, joista kerromme tässä esitteessä. Jukka Soininen Johtaja ABB Oy, Sähkövoimajärjestelmät 2 smart grid ABB ABB smart grid 3

3 Energian tuotannon, siirron, jakelun ja käytön tehostaminen on ABB:n ydinosaamista. Hajautettu, uusiutuva tuotanto, s. 6 Luotettava jakelu, s. 7 Energiatehokas käyttö, s. 8 ABB:llä ei ole pelkästään näkemystä siitä, miltä tulevaisuuden sähköverkko näyttää. ABB toimii tiennäyttäjänä ja on mukana toteutuksessa. 4 smart grid ABB Hajautettu, uusiutuva tuotanto Älykkäässä sähköverkossa hajautettu, uusiutuvaan energiaan perustuva sähköntuotanto täydentää keskitettyä tuotantoa. Sähköverkkoon tuottavat energiaa myös pienkuluttajat, liike-elämä ja teollisuus. Luotettava jakelu Jakeluverkoissa uudet teknologiat, kuten etävalvonta ja -ohjaus, automaattiset kytkennät ja nopeat vianpaikannukset parantavat sähkönlaatua, lyhentävät katkosaikoja ja tehostavat ylläpitoa. Energiatehokas käyttö Rakennusautomaatio yhdistää rakennuksen kaikki toiminnot älykkääksi yhtenäiseksi verkoksi. Automaatio ohjaa, valvoo ja säätää kotien ja kiinteistöjen toimintoja, kuten valaistusta, ilmastointia ja lämmitystä. Sen avulla saavutetaan jopa 30 prosenttia alhaisempi energiankulutus. ABB smart grid 5

4 Kestävää, älykästä ja luotettavaa sähköä Hajautettu, uusiutuva tuotanto Luotettava jakelu Tulevaisuuden sähkön pienkuluttaja on myös sähkön myyjä, kun pihojen tuulivoimalat ja kattojen aurinkopaneelit tuottavat aurinkoi sina ja tuulisina päivinä energiaa yli oman tarpeen. ABB:n Helsingin Pitäjänmäen taajuusmuuttajatehtaan katolla tekee täysin päästöttömästi työtään valmistuessaan Pohjoismaiden suuritehoisin valtakunnan verkkoon kytketty aurinkovoimala. Sen vuosittain tuottamasta kilowattitunnista saisi 30 kotitaloutta sähkönsä. 6 smart grid ABB Hajautetun tuotannon kytkeminen jakeluverkkoon vaikuttaa olennaisesti verkon dynamiikkaan, kun sähköverkon tehonsyöttö tapahtuu monesta suunnasta. Sähkönjakelun luotettavuus on älykkään sähköjärjestelmän perustekijöitä. Hajautettu, pienimuotoinen uusiutuvaan energiaan perustuva sähköntuotanto on tulevaisuudessa yhä merkittävämpi osa sähköjärjestelmää. Älykkäässä sähköverkossa energiaa tuottavat sähköverkkoon perinteisten voimalaitosten lisäksi pienkuluttajat, liike-elämä ja teollisuus. Hajautettu energiantuotanto ja sähkönjakelun laadun parantamisen tarve aiheuttavat suuria muutospaineita sähköverkkojen ominaisuuksille ja toimivuudelle. Tavoitteena on kehittää ny-kyistä joustavampi, varmempi, luotettavampi ja tehokkaampi sähkövoimajärjestelmä, jonka ympäristövaikutukset ovat vähäiset. Kestävästi uusiutuvista Sähköntuotanto on maailmassa suurin yksittäinen hiilidioksidipäästöjen lähde. Perinteisten voimalaitosten osuus niistä on 40 prosenttia. Uusiutuvan energian tuotanto kasvaa voimakkaasti. OECD-maissa kasvu on tuulivoimavetoinen. ABB on maailman johtava tuulivoimateollisuuden toimittaja ja tarjoaa kattavan valikoiman alan komponentteja, jär jestelmiä ja palveluja. Yhtiö on ollut mukana rakentamassa alan kasvua lähes neljännesvuosisadan. Muun muassa tuulivoimageneraattorien, taajuusmuuttajien sekä pien- ja keskijännitelaitteiden lisäksi ABB liittää tuulivoimapuistoja sähköverkkoon ja toimittaa merelle asennettuihin tuulivoimapuistoihin kaukokäyttöjärjestelmiä, muuntajia ja sähkönsiirtojärjestelmiä. ABB:n Pitäjänmäen taajuusmuuttajatehtaan katolla sijaitsevan aurinkovoimalan tuottama sähkö tasaa tehtaan energiankulutushuippuja. Myös tehdasalueen trukit pyörivät aurinkoenergian voimalla. Luotettavuuden haaste kasvaa käytettäessä uusiutuvaa energiaa, koska tuuli- ja aurinkosähkön saanti on luonteeltaan jaksottaista. Esimerkiksi muilla tavoin tuotettua säätövoimaa tarvitaan 5 18 % asennetusta tuulivoimasta. Siirtoverkkojen yhteenkytkentä ja useiden varastointitekniikoiden olemassaolo pienentää varasähkön tarvetta. Näihin ABB:llä on jo tehokkaita ratkaisuja. Luotettavaa sähköä Jakeluverkkoja odottaa uusien teknologioiden, kuten etävalvonnan ja -ohjauksen, automaattisten kytkentöjen ja nopean vianpaikannuksen laajamittainen toteuttaminen. Niillä saavutetaan lyhyemmät katkosajat, parempi sähkönlaatu ja tehokkaampi ylläpito. Erityisesti keski- ja pienjänniteverkon automaatio on tehokas keino parantaa sähkönjakelun käyttövarmuutta ja vähentää jakeluhäiriöitä. ABB:n kehittämässä vyöhykekonseptissa jakeluverkko on jaettu vyöhykkeisiin perustuen kuormituksen kriittisyyteen ja häiriöalttiuteen. Vyöhykkeet on jaettu katkaisija- ja kytkinvyöhykkeisiin ja varustettu tiedonsiirrolla sekä eritasoisella älykkyydellä suojausta, mittausta ja ohjausta varten. Konsepti soveltuu sekä maaseutu- että taajamasähköverkoille. Vyöhykekonseptin avulla suppeampi asiakaskunta kärsii katkoksista ja lyhyistä keskeytyksistä. Viat paikallistetaan, vikapaikka erotetaan ja syöttö palautetaan nopeasti. Esimeriksi Savon Voiman maastokytkemöratkaisu parantaa käyttövarmuutta yli 30 prosenttia. Elinkaarikustannuksiltaan se on kuitenkin 10 prosenttia perinteistä ratkaisua edullisempi. ABB:n verkkokatkaisijat rajaavat keskeytykset omille suojausvyöhykkeilleen. Näin verkkokatkaisijaa edeltävillä vyöhykkeillä keskeytykset vähenevät merkittävästi. ABB smart grid 7

5 Rakennusten automaatio on osa vastuullista arkea Energiatehokas käyttö 1 Kiinteistöjen neljä avain sanaa ovat luotettavuus, käyttömukavuus, energiansäästö ja elinkaarikustannukset. Ilman hyvin hoidettua ja toimivaa kiinteistön ohjausjärjestelmää ne eivät kuitenkaan täysimääräisesti toteudu. Sama asia koskee tavallisia koteja. Maailmanlaajuinen pyrkimys kasvihuonepäästöjen pienentämiseen on vaikuttanut kiinteistöille asetettaviin energiatehokkuustavoitteisiin. Älykkäät ohjausjärjestelmät ovat yksi merkittävä tekijä rakennusten energiatehokkuuden lisäämisessä. Energiasertifiointien yleistyessä ne ovat myös osa kiinteistön arvonmuodostusta. 8 smart grid ABB Rakennusten ohjausjärjestelmän ydin on väylätekniikka. Sitä voi verrata ihmisaivoihin, jotka ohjaavat, säätävät ja valvovat kehon kaikkia toimintoja huomaamattomasti ja täsmällisesti. ABB:n käyttämällä avoimella KNX-väylätekniikalla tarkoitetaan järjestelmiä, joilla ohjataan rakennusten sisäistä automatiikkaa, kuten valaistusta, ilmastointia, lämmitystä, jäähdytystä, hälytyksiä tai kulunvalvontaa. Sen kantavana ideana on yhdistää rakennuksen kaikki toiminnot yhtenäiseksi älykkääksi verkoksi. Maailmanlaajuinen KNX on yksi testatuimmista ja joustavimmista väyläjärjestelmistä. Rakennusautomaatio liittyy energian säästöön, kysynnän joustoon, sähköautoihin sekä energian pientuotantoon. Tiedon keruu, visualisointi näyttöjen avulla ja kaksisuuntainen tiedonkulku mahdollistavat sähkön kulutuksen ja tuotannon optimoinnin. Kun käyttäjä näkee, että automaatiojärjestelmällä ja omilla toimilla on vaikutusta, hänen toimintatapansa muuttuvat. Rahaa säästyy ja ekologinen jalanjälki kevenee. Rakennusautomaation avulla saavutetaan jopa 30 prosenttia alhaisempi energiankulutus mukavuudesta tinkimättä. Yksin valaistuksen energiankulutusta voidaan alentaa 40 prosenttia. Käyttäjälle järjestelmä on helppokäyttöinen ja yksinkertainen. Nykyisin kiinnitetään takaisinmaksun ohella entistä enem- 1 Ekologinen ja muunneltava malliesimerkki Skanskan toimistokiinteistö Helsingin Lintulahdessa on malliesimerkki energiatehokkaasta rakentamisesta. Rakennuksen sähkönjakelu ja valaistus toteutettiin ABB:n taloautomaatiojärjestelmällä Musiikkia oikeassa valossa män huomiota elinkaarikustannuksiin. Tällä tarkoitetaan investointikustannusten ja rakennuksen elinkaaren aikana syntyvien kaikkien kustannusten summaa. Käyttökustannukset ovat elinkaarikustannuksista valtaosa; esimerkiksi euron rakennusautomaatioinvestoinnilla suureen toimistorakennukseen saavutetaan 20 vuodessa säästöä 3,5 miljoonaa euroa. Investoinnin tuotto on 30 prosenttia. Lisäksi käyttömukavuus paranee. Kiinteistön kaikki tarpeeton kulutus voidaan kytkeä pois myös omakotitalossa mukavuudesta tinkimättä. Esimerkiksi valaistuksen energiatehokkuus toteutuu yksinkertaisimmillaan läsnäoloon perustuvalla valaistuksella liiketunnistimien avulla. Energiatehokkaat laitteet ovat keskeinen osa rakennusautomaatiota. Ne kykenevät itsenäisesti ymmärtämään ympäristössä tapahtuvia muutoksia. Erityisesti ilman- vaihtojärjestelmissä puhaltimien moottoreissa ja jäähdytyksen pumpuissa tämä on tärkeää. Puhallinkäytössä ABB:n taajuusmuuttaja voi säästää energiaa jopa %. Helsingin Musiikkitalossa ABB:n taloautomaatiojärjestelmä pienentää valaistuksen sähkönkulutusta jopa 30 prosentilla. Se myös parantaa rakennuksen käyttömukavuutta ja turvallisuutta. 3 A-luokan ekologista asumista Helsinkiläinen Konalan ala-aste vähensi uuden ilmanvaihtojärjestelmän ansiosta sähkön kulutus taan 14 prosenttia ja lämmityskustannuksiaan 16 prosenttia. Ratkaisu toteutettiin ABB:n energia tehokkaiden taajuusmuuttajien ja Eff1-moottoreiden avulla. As. Oy Espoon Adjutantissa sähkölaitteet kytkeytyvät yhtenäiseksi energiatehokkaaksi verkoksi. Huoneistokohtaista kulutusta on mahdollista seurata lähes reaaliaikaisesti. ABB:n ohjausjärjestelmällä Vaasan asuntomessuilla toteutettu omakotikotitalon (234 m2) valaistus, lämmitys ja viilennys kuluttavat yhdessä muun sähkön käytön kanssa vuodessa noin kilowattituntia. Vastaava määrä sähköenergiaa kuluu 150 m 2-suuruisen omakotitalon lämmitykseen. ABB smart grid 9

6 Tulevaisuuden teknologiaa kestävälle maailmalle 1 Perinteistä sähköverkkoa on pidetty yhtenä merkittävimmistä 1900-luvun teknologisista luomuksista. Sähkön tuotanto seuraa tarkasti kulutusta. Tulevaisuudessa roolit saattavat kääntyä kuitenkin päinvastaisiksi: sähkön kulutus seuraa entistä tarkemmin tuotantoa ja joustaa sen mukaan. Esimerkiksi sähköauto latautuu ympäristöystävällisellä tuulisähköllä. ABB:n sadan vuoden kokemuksella kehitetyt älykkäät ratkaisut kattavat sähköverkon koko kaaren voimalaitoksesta pistorasiaan. Tehokkaat säätömuuntajat säästävät vuodessa 170 miljoonaa tonnia hiilidioksidipäästöjä. ABB-yhtymä panostaa vuosittain tutkimukseen ja tuotekehitykseen yli miljardi dollaria, Suomessa lähes 140 miljoonaa euroa. Yhtiö on mukana eri puolilla maailmaa yli 20 projektissa, joissa tutkitaan älykkäiden sähköverkkojen eri osa-alueita, kuten energian varastointia, verkonhallintaa, mittausta, tiedonvälitystä, jakeluautomatiikkaa ja kiinteistöjen automaatiojärjestelmiä. Esimerkiksi Hailuodon saarelle kehitetään ratkaisua, jossa tavoitteena on sähköntuotannon toimiminen saarekkeena, kun sähkönsiirto valtakunnan verkossa on katkennut. Suomessa suurin kansallisen tason hanke on Älykkäät sähköverkot ja energiamarkkinat -ohjelma, jossa myös ABB on mukana. Yksi sen merkittävimmistä demonstraatioista on Helsingin Kalasataman älykäs energiajärjestelmä. Sähköautojen tulevaisuus Vuonna 2020 sähköautokannan arvioidaan olevan 40 miljoonaa globaalilla tasolla. Määrä vastaa noin 2 prosenttia teillä liikkuvista autoista. Työ- ja elinkeinoministeriön tavoitteen mukaan Suomen autokannasta neljäsosa on tuolloin sähköautoja. ABB:llä on tehokkaita ratkaisuja sekä hitaaseen että pikalataukseen. Sähköautojen yksi suurimmista huolista on autojen lyhyt toimintasäde. ABB:n markkinoille tuomalla DC-latausasemalla pieni henkilöauto latautuu kymmenessä minuutissa yli sadan kilometrin matkalle. Ratkaisu tukee myös raskaiden ajoneuvojen latausta. Sähköautot tulevat olemaan myös energiavarastojen kehittymisen ajuri. Energian varastoinnin merkitys nousee uudessa sähköverkossa keskeiseksi. Sitä tarvitaan tuotannon ja verkon kuormien tasaukseen, reservitehoon sekä katkottomaan sähkönjakeluun. Kohti hiilineutraalia asumista ABB tekee tiivistä teknologiayhteistyötä tulevaisuuden älykkäiden energiaratkaisujen kehittämiseksi ja testaamiseksi Hel- 3 sinkiin rakentuvalla Kalasataman alueella. Alue tulee tarjoamaan 2030-luvun alkuun mennessä työpaikkaa ja kodin noin helsinkiläiselle. Tavoitteena on maailmanlaajuisesti merkittävä älykkään sähköverkon mallialue, jossa yhdistetään uusinta energia-, informaatio- ja viestintäteknologiaa. Älykäs energiajärjestelmä sisältää muun muassa paikallisen uusiutuvan sähköntuotannon, kuten aurinko- ja tuulivoiman, sähköautoja tukevan infrastruktuurin ja sähkön varastoinnin sekä kotien ja liikerakennusten energiatehokkaan kiinteistöautomaation. Mittakaavaltaan Kalasatama-hanke on iso askel kohti älykkäämpää ja joustavampaa kaupunkisähköverkkoa, johon voidaan yhdistää hajautettu ja uusiutuva sähköntuotanto. Tämä auttaa ihmisiä toteuttamaan kestävän kehityksen periaatteita kaupunkiasumisessa. Tulevaisuuden älykästä sähköverkkoa tarvitaan yhdistämään hajautettu uusiutuva energiantuotanto voimajärjestelmään ja parantamaan järjestelmän energiatehokkuutta ja luotettavuutta. 2 1 Havainnekuva Helsingin itäiseen kantakaupunkiin rakentuvasta Kalasatamasta. 2 ABB:n ja Vattenfallin Hailuoto-hankkeen tavoitteena on saada hajautettu sähköntuotanto toimimaan saarekkeena. 3 Davosin maailmakokouksessa sähköautot ladattiin ABB:n ratkaisulla. 10 smart grid ABB ABB smart grid 11

7 Ota yhteyttä! ABB Oy PL Helsinki Puhelin ABB on johtava sähkövoima- ja automaatioteknologiayhtymä, jonka tuotteet, järjestelmät ja palvelut parantavat teollisuus- ja energiayhtiöasiakkaiden kilpailu kykyä ympäristömyönteisesti. ABB:n palveluksessa on noin 100 maassa yli henkilöä. Suomen ABB:n palveluksessa työskentelee noin henkilöä lähes 40 paikkakunnalla. Vuonna 2010 yhtiön liikevaihto oli 2,2 miljardia euroa ja panostukset tutkimukseen ja tuotekehitykseen lähes 140 miljoonaa euroa. Tehdaskeskittymät sijaitsevat Helsingissä, Vaasassa ja Porvoossa.