Sähköhuollon suurhäiriöiden hallinnan kehittäminen

Transkriptio

1 1 Sähköhuollon suurhäiriöiden hallinnan kehittäminen Pekka Verho Tampereen teknillinen yliopisto Sähkötutkimuspoolin tutkimusseminaari Vantaa

2 2 Esityksen sisältö Taustoja Perustietoja projektista Sähköhuollon suurhäiriöiden riskianalyysi- ja hallintamenetelmien kehittäminen Projektin käytännön toteutus Poimintoja projektissa tehdystä kyselytutkimuksesta Hahmotelma tietojärjestelmäkokonaisuudesta suurhäiriötilanteiden hallintaan

3 3 Taustoja TTY.llä on pitkä perinne tietoteknisten ratkaisuiden kehittämisessä sähkönjakeluverkkojen hallintaan 1980-luvulla verkostosuunnittelumenetelmät ja tietojärjestelmätoiminnot, myös luotettavuuslaskenta 1990-luvulla käytöntukijärjestelmä 2000-luvulla sähkön laadun hallinnan sovellukset ja luotettavuuspohjainen verkostoanalyysi (Luova) Suurhäiriöt nousseet vähitellen tutkimusteemaksi 2000-luvun alun suurhäiriöt seuraamuksineen Luova-projektissa todettiin tarve suurhäiriöiden mallinnukselle Esiselvitysprojekti Sähkönjakelu yhteiskunnan elintärkeiden toimintojen turvaamisessa => tarve tilannekuvajärjestelmälle

4 Projektin perustiedot Projektin nimi: Sähköhuollon suurhäiriöiden riskianalyysija hallintamenetelmien kehittäminen Tekesin Turvallisuus teknologiaohjelmaan kuuluva kaksivuotinen tutkimusprojekti ( ) Tutkijatahot TTY / Sähköenergiatekniikka VTT / Riskienhallinta Rahoittajat / yhteistyökumppanit: Tekes, ST-Pooli, ABB Oy, Fortum Sähkönsiirto Oy, Tampereen Sähköverkko Oy, Turku Energia Sähköverkot Oy, Vattenfall Verkko Oy, Huoltovarmuuskeskus, Tampereen aluepelastuslaitos, Varsinais-Suomen aluepelastuslaitos Kokonaiskustannus 550 k

5 Tutkimuksen osatehtävät ja tavoitteet Nykytila-analyysi Painopisteenä tietojärjestelmät ja pelastustoimen kehityshankkeet Tilannekuvajärjestelmän kehittäminen Asiakaskriittisyyden mallintaminen Toimintojen kehittäminen Järjestelmäintegraatio ja prototyyppisovellus Suurhäiriöiden mallinnus osana luotettavuuslaskentaa Menetelmän kehittäminen ja parametrointi Prototyyppisovellus Suurhäiriöiden hallintasimulaattori Väline valmiusharjoituksiin Tukee tilannekuvajärjestelmän käyttöliittymäkehitystä Liiketoimintapotentiaalin analyysi

6 6 Projekti käytännön toteutus Nykytilakartoitus toteutettiin kirjallisuuskartoituksen, vierailujen ja kyselytutkimuksen avulla Vierailut pelastuslaitoksilla ja hätäkeskuslaitoksella Gudrun-tutkija Ruotsista vierailu Tampereella Kysely verkkoyhtiöille keväällä 2010 Kokonaisuus osoittautui odotettuakin laajemmaksi ja haastavammaksi Kesän 2010 rajuilmat todensivat tutkimuksen tarpeellisuutta ja tuottivat tutkimusaineistoa Konkreettisia tuotoksia Kyselyn tulokset Näkemyksiä sähkönkäyttäjien keskeytyskriittisyyden huomioimisesta Demonstraatio tilannekuvajärjestelmästä ja Monte-Carlo simuloinnin soveltamisesta luotettavuuslaskentaan suurhäiriöiden huomioimiseksi Hahmotelma tietojärjestelmäkokonaisuudeksi, josta muodostui projektin päätulos

7 7 Tiedonvaihdolle on ilmeinen kehittämistarve K38 - Näkemykset sähköhuollon suurhäiriöiden hallinnan kehittämistarpeista On tarve kehittää eri toimijoiden (verkkoyritykset, pelastuslaitokset, kunnat, poliisi jne.) välistä häiriönaikaista tiedonvaihtoa. ka.=4.06 (N=51) On tarve kehittää eri toimijoiden välistä häiriönaikaista tiedonvaihtoa tietojärjestelmien välillä. ka.=3,39 (N=51) On tarve lisätä eri toimijoiden ja sähkönkäyttäjien tiedonvaihtoa ja ennakoivaa yhteistyötä kriittisten kohteiden tunnistamiseksi ja varautumisen parantamiseksi. ka.=4,00 (n=50) Sähkönkäyttäjien on oltava täysin varautuneita pitkäkestoisiin sähkökatkoihin. ka.=3,14 (N=51) =Täysin eri mieltä 2=Jokseenkin eri mieltä 3=Ei samaa eikä eri mieltä 4=Jokseenkin samaa mieltä 5=Täysin samaa mieltä %

8 Keskeytyskriittisyystiedon välittäminen koetaan tarpeellisena 8 K39 - Tiedonvaihtotoimintojen tarpeellisuus (N=51)* Tieto laajasta tai pitkäkestoiseksi arvioidusta sähkökatkosta hätäkeskukselle, pelastustoimelle, poliisille yms. ka.=4,57 Myrsky- ja lumiennustetiedon toimittaminen verkkoyritykselle. ka=4, Tieto viestintäverkon tukiasemien yms. kriittisestä keskeytysajasta verkkoyritykselle (akkujen kapasiteetti, varavoimakone). ka.=4,25 Ennustetiedon toimittaminen sähkökatkon kestosta katkosalueittain pelastuslaitokselle ja kunnille esimerkiksi mahdollisen evakuointitarpeen määrittämiseksi. ka=4,08 Sähköstä riippuvaisten kotihoitopotilaiden sähkökatkotiedon välittäminen erikoissairaanhoidon vastuutaholle. ka=3,88 Vedenkorkeusennustetiedon toimittaminen verkkoyritykselle tulvavaaratilanteessa. ka.=3,76 Tiedon välittäminen verkkoyritykselle kohteista, joiden evakuointia viranomaiset suunnittelevat tai jotka ne ovat evakuoineet. ka.=3,71 Tieto laajasta tai pitkäkestoiseksi arvioidusta sähkökatkosta asiakkaalle (esim. tekstiviestinä). ka.=3,59 Tiedon toimittaminen poikkeuksellisista ja voimakkaasti sähköstä riippuvaisista yleisötapahtumista verkkoyritykselle. ka.=3,49 Tieto verkkoyritykselle asiakkaan varavoimasta ja sen riittävyydestä. ka.=3,47 Tiedon välittäminen verkkoyritykselle pelastuslaitoksen yksiköiden tilasta, sijainnista ja tehtävästä suurhäiriötilanteen hallinnan optimoimiseksi. ka.=3,32 Tiedon välittäminen verkkoyritykselle kohteista, joiden vesihuollon järjestämiseksi suunnitellaan tai on käynnistetty poikkeusjärjestelyt (esim. veden jakaminen tankkiautoista). ka.=3, =ei lainkaan tärkeä =erittäin tärkeä %

9 Suurimmat haasteet ovat teknisiä 9 K41 - Tiedonvaihdon kehittämisen haasteet Tietojärjestelmien yhteensopimattomuus. ka.=4,04 (n=50) Käyttäjien kuormittumisen lisääntyminen (informaatiotulva). ka.=3,98 (n=50) Tietoturva (palomuurit, virustorjunta). ka.=3,31 (n=49) Puutteet muiden toimijoiden toiminnan ymmärtämisessä. ka.=3,12 (n=50) Luottamuksellisuus, yrityssalaisuudet, ETS-tiedot. ka=3,10 (n=50) Yksityisyyden suoja, tietosuoja. ka.=2,96 (n=50) Tiedonvaihdosta aiheutuvien kustannusten jako organisaatioiden välillä. ka.=2,92 (n=50) % 1=erittäin pieni haaste =erittäin suuri haaste

10 Lähtökohtia kokonaisuuden hahmotteluun 10 Nykyiset järjestelmät tarjoavat paljon graafinen web-näkymä (tilannekuva) Kahdenvälinen tiedonvaihto on arkipäivää (asiakaskohtainen Internetpalvelu, sms-palvelun tilaaminen ja sms-viestit vikatilanteessa) DMS-integraatio valmiina (vian alkuhetki ja päättymisaika) pelastustoimen tehtävät ovat jo nyt näkyvillä Google Maps palveluna (esim. tilannehuone) Verkkoyhtiöt eivät halua ottaa vastuuta asiakkaiden keskeytyskriittisyystiedon ylläpidosta (pikemminkin haaste/taakka)

11 Tekninen ratkaisu on jo osittain olemassa 11 Lähde: Innovative system integration for outage communication CIRED 2009, Kuru J., Haikkonen J., Myllymäki J.

12 12 Idea käytännössä Kokonaisuus perustuu Internetpalveluun Keskeytyskriittiset asiakkaat määrittelevät itse kriittisyytensä Identifiointi käyttöpaikan perusteella Hyväksymisprosessi (pelastustoimi, kunta, verkkoyhtiö) Käytöntukijärjestelmä Graafinen käyttöpaikkatieto Tuottaa katkoinformaation (esim. xml-muodossa) Vaihtoehtoiset tekniset ratkaisut Laajennus verkkoyhtiön nykyiseen palvelukokonaisuuteen Nopea ja kustannustehokas ratkaisu Hankaluutena rajojen moninaisuus (kunta /pelastuslaitos / verkkoyhtiö) sekä sähkökatkokeskeisyys Erillinen portaali, johon kriittisyystiedot syötetään ja johon verkkoyhtiö tuottaa graafisen käyttöpaikkatiedon Hitaampi ja kalliimpi toteuttaa Toteutettavissa jopa valtakunnallisena palveluna Laajennettavissa koskemaan koko teknistä infraa (matkapuhelinverkot, vesihuolto, )

13 Hahmoteltu kokonaisuus 13 Palvelun tilaus

14 Keskeytyskriittisyyden määrittäminen = järjestelmän ylläpito 14 Järjestelmän käyttäjät (sähkönkäyttökohteet) luokitellaan eri tasoille toimintansa perusteella 1. Kotitaloudet ja elinkeinonharjoittajat (voivat vain tilata häiriötietopalvelun) 2. a - yhteiskunnan kriittiseen toimintoon liittyvä yksittäinen sähkönkäyttöpaikka (esim. terveyskeskus) b - julkiseen palveluun ja infrastruktuuriin liittyvä kriittinen toimija, jolla useita kohteita (esim. kunnan vesihuollosta vastaava toimija jätevedenpumppaamot) c - toimija, joka on esim. vastuussa useammasta kotitaloudesta, jossa sähköstä riippuva hoitolaite tai hoivatarve 3. Teleoperaattori Tasoille 2 (a, b, c) ja 3 kuuluvilla käyttäjillä on mahdollisuus ilmoittaa kriittisyystietonsa järjestelmään internetpalvelussa 1. Sähkönkäyttökohde (tukiasema, jätevesipumppaamo, vanhainkoti, jne.) 2. Sähkökatkojen seurausten vakavuus ja luonne (esim. 1-3) 3. Kriittinen keskeytysaika ja sen mahdollinen vuorokaudenaika-, viikonpäivä-, vuodenaika tms. riippuvuus Määrityksen arviointi/hyväksyminen (verkkoyhtiö/pelastustoimi/kunta)

15 15 Toiminta suurhäiriötilanteessa Päivittyvä keskeytystieto ennusteineen käytöntukijärjestelmästä Käyttöpaikkakohtainen kriittisyyden päätteleminen 1. Reaalitilanne (kriittinen keskeytysaika ylittynyt) 2. Ennusteen mukainen tilanne (kriittinen keskeytysaika ylittymässä) Kahdenvälinen viestintä vikatilanteessa Tekstiviesti kriittisyystilanteen mukaan tiedon tilanneelle Graafinen tilannekuva verkkoyhtiölle, pelastustoimelle ja kunnille, kullekin oman (maantieteellisen) vastuualueen mukaan, visuaalinen kriittisyystieto erilaisin symbolein ulkoasu kertoo kohteen tyypin (vesihuolto, vanhainkoti, ) väri kertoo tilanteen kriittisyyden (suhteessa kohteen määrittelemään kriittiseen keskeytysaikaan) koko kertoo aiheutuvien seurausten vakavuuden (pieni, keskisuuri, suurija esim. kehyksen väri luonteen (esim. henkilövahinkoja, ympäristövahinkoja jne.) tekstitieto haluttaessa yksittäisestä kohteesta Valtioneuvoston tilannekeskukselle koko maan tilanne, verkkoyhtiölle myös ympäröivät alueet Kaikelle kansallekin (ja erityisesti toimittajille) koko maan sähkökatkotilanne

16 16 Tukee myös varautumista ja suunnittelua Keskeytyskriittisyyteen liittyviä tietoja (kriittinen keskeytysaika, seurausten vakavuus) voidaan hyödyntää asiakkaan informoimiseksi paremman varautumisen aikaansaamiseksi verkoston kehittämisessä Asiakkaan antamia kriittistä keskeytysaikaa voidaan verrata mm. Toteutuneisiin keskeytystietoihin Laskennalliseen vuotuiseen keskeytysaikaan Toimitusvarmuuskriteeristössä esitettyihin arvoihin Verkon muiden osien vastaaviin arvoihin Suurhäiriösimuloinnin hyödyntäminen Simuloinnista saadaan kullekin käyttöpaikalle jakauma (odotetusta) keskeytysajasta suurhäiriötapauksessa Verrataan asiakkaan ilmoittamaan kriittisyystietoon => saadaan riskiarvio (esim. suurhäiriötapauksessa kriittinen aika ylittyy 75% todennäköisyydellä) Voidaan hyödyntää parantamalla varautumista (asiakas) investoimalla verkkoon (verkkoyhtiö)

17 17 Simulaattori valmiusharjoitusten tueksi Yhtenä tavoiteltavana tietojärjestelmätoimintona oli simulaattori, jolla voidaan harjoitella suurhäiriöiden hallintaa Hahmoteltu kokonaisuus tarjoaa valmiin pohjan simulaattoritoiminnolle Käytöntukijärjestelmistä on saatavissa simuloitu keskeytystieto Käyttäjän määrittelemänä Simuloimalla Voidaan tuottaa vastuullisille toimijoille simuloitua tilannetta vastaava näkymä keskeytyskriittisyydestä Ajan kuluessa ja verkkoyhtiön tekemien toimenpiteiden edetessä tilannekuva päivittyy Harjoitustilanteessa aika-askeleiden ei välttämättä tarvitse olla reaaliaikaisia (voidaan simuloida päivän aikana useita päiviä kestävä suurhäiriö) Soveltuu erityisesti kunnan ja/tai pelastuslaitoksen sähkökatkoharjoittelun tueksi ja tukee myös sähkönkäyttöpaikkojen kriittisyystietojen oikeellisuuden arviointia

18 18 Demonstraatio Projektissa toteutettu demonstraatio on muokattavissa hahmoteltua kokonaisuutta vastaavaksi Käsin ylläpidettävä tietokanta = sähkönkäyttökohteiden itsensä tekemä määrittely

19 19 Johtopäätöksiä ja pohdintaa Kustannuksiltaan kohtuullinen etenkin jos toteutetaan nykyratkaisun laajennuksena Parantaa merkittävästi nykyistä tilannetta Keskeytyskriittisyys mukana informaatiossa Kunnalle ja pelastuslaitokselle kohdennettu palvelu Kriittisyystiedon ylläpitovastuu toimijoilla itsellään Ei paranna vaurioituneen verkon tilaan liittyvää tilannekuvaa (on kuitenkin verkkoyhtiön omissa käsissä kehittää tätä, ja on jo nyt varsin hyvällä mallilla) Matkapuhelinverkkojen osalle tulisi kehittää vastaava palvelu Yleisesti karttapohjalla alueet, joilla viestintä ei toimi (ja ennuste toimimattomuudesta) tai lähestytään sitä tilannetta Kriittisille toimijoille portaali, johon syötetty erilaiset kommunikointitavat (operaattorit, Virve, Satelliittipuhelin) Kriittisten toimijoiden tietoliikenteen häiriötilannekuva verkkoyhtiölle, pelastustoimelle ja kunnille suunnattuun palveluun Vastaava ratkaisu myös esimerkiksi vesihuollolle?

20 Hahmotelma on linjassa Onnettomuustutkintakeskuksen rajuilmatutkimuksen (S2/2010Y) suositusten kanssa Sähköverkkoyhtiöiden varautuminen Työ- ja elinkeinoministeriön tulisi kehittää sähkömarkkinalakia niin, että sähköverkkotoiminnalle asetetaan selkeä varautumisvelvoite myös normaaliolojen häiriötilanteisiin. 6.4 Vesihuoltolaitosten varautuminen Maa- ja metsätalousministeriön tulisi yhdessä ELY-keskusten, Vesi- ja viemärilaitosyhdistyksen sekä Suomen Kuntaliiton kanssa varmistaa, että vesihuollon vakavat häiriötilanteet ja häiriötilanneviestintä sisältyvät kunnan ja vesihuoltolaitosten varautumiseen. 6.8 Kuntien avainhenkilöiden hälyttäminen ja onnettomuusviestintä Suomen Kuntaliiton tulisi kehittää yhdessä pelastuslaitosten, aluehallintovirastojen ja Hätäkeskuslaitoksen kanssa kuntien häiriötilannejohtamista (mukaan lukien kuntien avainhenkilöiden hälyttämismenettelyt) ja onnettomuusviestinnän menettelyjä Valtakunnallisen tilannekuvan muodostaminen ja jakelu Valtioneuvoston kanslian tulisi yhdessä eri ministeriöiden kanssa luoda paikallis-, alue- ja keskushallinnon kattavan tilannekuvatoiminnan menettelyt jakelujärjestelmineen laajojen tilanteiden johtamistoiminnan edellytysten parantamiseksi Sähköenergiajärjestelmän häiriötilannekuva Fingrid Oyj:n tulisi yhdessä jakeluverkkoyhtiöiden kanssa kehittää julkinen verkkohäiriöjärjestelmä osaksi valtakunnallista tilannekuvatoimintaa.

21 21 Projektista tehtyjä julkaisuja Strandén, J., Krohns, H. & Verho, P. (2010): Modeling the Interruption Criticality of Customers of Distribution Networks The 9th Nordic Electricity Distribution and Asset Management Conference 2010, NORDAC 2010, 6-7 September 2010, Aalborg, Denmark Krohns, H,. Stranden, J., Verho, P. & Sarsama, J. (2010): Developing communication between actors in major disturbances of the electric power supply. The 9th Nordic Electricity Distribution and Asset Management Conference 2010, NORDAC 2010, 6-7 September 2010, Aalborg, Denmark Sarsama, J., Molarius, R., Verho, P., Strandén, J. & Krohns, H. (2011): Preparedness of Finnish electricity users against major disturbances in supply of electric power. International Conference on Vulnerability and Risk Analysis and Management (ICVRAM) and ISUMA 2011 Fifth International Symposium on Uncertainty Modeling and Analysis Stranden, J., Krohns, H., Verho, P. & Sarsama, J. (2011): Major disturbances development of preparedness in Finland during the last decade. 21st International Conference on Electricity Distribution, CIRED 2011, Frankfurt, 6-9 June 2011, 4 p. Krohns, H., Hälvä, V., Stranden, J., Verho, P. & Sarsama, J. (2011): Demonstration of Communication between Actors in Major Disturbances in the Supply of Electric Power. Cigré International Symposium The Electric Power System of the Future Integrating supergrids and microgrids. Bologna, Italy, September 13-15, 2011 Loppuraportti valmistuu lokakuun aikana