Visioita tulevaisuuden sähköverkosta. Kimmo Kauhaniemi Professori Teknillinen tiedekunta Sähkö- ja energiatekniikka

Transkriptio

1 Visioita tulevaisuuden sähköverkosta Kimmo Kauhaniemi Professori Teknillinen tiedekunta Sähkö- ja energiatekniikka Minä ja tiede -luento, Seinäjoki & Vaasa

2 Sisältö 1. Sähköverkko 2. Roadmap 2025 hanke 3. Muutostekijät 4. Visioita 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 2

3 Sähköverkko 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 3

4 Sähkömarkkinat ja sähkön siirto Sähkön tuottajat Kantaverkko Sähkön myyjät Sähkön käyttäjät Jakeluverkko 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 4

5 Sähköverkon toimijat Kantaverkko Fingrid Alueverkko 13 yhtiötä Jakeluverkot 77 yhtiötä Kuva: Fingrid, Kuva: Adato Energia, 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 5

6 Pohjalainen /2016 Kimmo Kauhaniemi 6

7 Roadmap 2025 hanke Sähköverkko- ja sähkömarkkinavisio eli tavoitetila vuonna 2035 Sähköverkkoliiketoiminnan ja sähkökaupan kehittymisen ja kehittämisen Roadmap (kehityspolku) vuosille Toteutus: 4 työpajaa vuoden 2015 aikana Lisätietoja: 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 7

8 Roadmap 2025 hankkeen rahoittajat 8

9 Megatrendit Digitalisaatio Ilmastonmuutos Kaupungistuminen Kestävä kehitys Globalisaatio 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 9

10 Sähkökatkot Vikoja sähköverkkoon aiheuttavat sääilmiöt: myrskyt, salamaniskut, lumikuorma laitteiden vikaantuminen Sähkömarkkinalaki 2013: Jakeluverkko on suunniteltava ja rakennettava, ja sitä on ylläpidettävä siten, että jakeluverkon vioittuminen myrskyn tai lumikuorman seurauksena ei aiheuta asemakaava-alueella verkon käyttäjälle yli 6 tuntia kestävää sähkönjakelun keskeytystä muualla rajana 36 tuntia siirtymäaika 2028 saakka Kuva: 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 10

11 Uusiutuva energiantuotanto tuuli- ja aurinkovoimaan perustuva tuotanto lisääntyy => tuotanto riippuu säästä ja vuorokaudenajasta => tarvitaan lisää joustoa myös kulutukseen 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 11

12 Kuva: Lauri Kumpulainen 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 12

13 Aurinkopaneelien hintakehitys Rakennuksiin integroitujen suuritehoisten ( kwp) aurinkosähköjärjestelmien hintakehitys Saksassa (alv. 0 %). Kuva: Motiva, 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 13

14 Sähkön varastointi Käytettävissä eri tekniikoita Pumppuvoimalaitos Vauhtipyörä Paineilmalaitos Superkondensaattori Akku Lämpövarasto Kuva: 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 14

15 Vision of the Power System 2035 Urban Data Center Active customer Rural AC/DC LVDC / 1 kv AC / Microgrid DC/AC DC/AC DC/AC CH 4 15

16 Joustava voimajärjestelmä Ulkomaanyhteydet tärkeitä jouston mahdollistamisessa. Kansallinen omavaraisuus ja kriisivalmius riittäviä. >3000 MW tuulivoimaa Suomen verkossa. Aurinkovoimaa ja energiavarastoja jakeluverkoissa. Siirtoverkkoa vahvistettu mm. ydinvoimaloiden ja tuulipuistojen vuoksi. Pohjoismainen vesivoima tärkeässä roolissa säädössä. Ydinvoima ja CHP säilyvät tuotantopaletissa. Sääriippuvan tuotannon lisääntymisen ja inertian pienenemisen tuomat haasteet ratkaistu mm. markkinapohjaisten joustotuotteiden (ml. varastot) avulla. Joustossa myös lämpö, kylmä ja kaasu. 110 kv verkkojen luotettavuus vähintään nykytasolla. Niiden merkitys kasvanut tuulipuistojen ja suurasiakkaiden kytkemisessä järjestelmään. Ohjaamattoman tuotannon osuus energiasta suuri. Riittävä tuotantokapasiteetti varmistettu ohjattavalla tuotannolla, kysynnänjoustolla ja varastoilla. Voimajärjestelmän hallintaan liittyviä tehtäviä tullut myös jakeluverkkotasolle. Verkkojen vuorovaikutus lisääntynyt. 16

17 Resurssitehokas kaupunki Kaapeloitu jakeluverkko, kehittynyt automaatio ja kunnonvalvonta, automaattinen vikapaikan rajaus ja syötön palautus. Aurinkoenergian tuotantoa integroituna rakennuksiin. Sähkö- ja lämpövarastoja. Biomassaan perustuva CHP valtakunnallisesti merkittävässä roolissa. Data Center Uudentyyppisiä, varastojen ansiosta ohjattavia kuormituksia verkossa. Hukkalämpöä kaukolämpöverkkoon. Kohti lähes täyssähköistä liikennettä kaupungeissa. Kuluttajilla energiavarastoja ja kyky toimia irti verkosta microgridin tapaan. Kaupungissa sähköt päällä 24/7. 17

18 Elävä maaseutu Verkostoautomaatio edennyt syvälle verkkoon: Välikatkaisijat Muuntamoautomaatio Tulevaisuuden AMRmittareiden hyödyntäminen AC/DC LVDC / 1 kv AC / Microgrid Taajamat ja niiden syötöt kaapeloitu myrsky- ja lumivarmoiksi. Yli puolet verkosta kaapeloitu. DC/AC Suuria energiaomavaraisia maatalousyksiköitä. DC/AC DC/AC Vähäisessä määrin verkosta irtaantuneita asiakkaita tai osuuskuntia. Ilmajohtoja käytössä harvaanasutuilla seuduilla ja alueilla, joilla puut eivät uhkaa. Sekä paikallinen että siirrettävä varavoima ja energiavarastot osa sähkönsyötön turvaamista V:n järjestelmällä ja LVDC:llä soveltamisalueet. Mikrosähköverkkoja myös Suomessa. 18

19 Aktiivinen asiakas Aurinkoenergia laajasti käytössä. Suurin osa asiakkaista osallistuu vaivattomasti (automaation ja palveluntuottajan avulla) sähkömarkkinoihin taloudellisin perustein. Asiakkaan oma tuotanto, energiavarastot ja ohjattavat kuormat markkinatoimijoiden käytössä (kysynnänjousto). Kuormitusprofiilit muuttuvat Tehopainotteinen hinnoittelu ja joustotuotteet. Vähintään turvasähkö aina päällä. Pientuotantoa tai energiavarastoja omaavalla asiakkaalla tai pienyhteisöllä mahdollisuus itsenäisesti toimivaan mikrosähköverkkoon julkisen verkon häiriötilanteissa. Uudet rakennukset lähes nollaenergiataloja. Smart Home/House -tekniikka standardoitu ja vaatimuksena kaikissa uusissa rakennuksissa. Solutions Ltd CH 4 Lämmöntuotannossa maalämpö, ilmalämpöpumput ja bioenergialla tuotettu offgrid -lämpö yleistyneet. 19

20 Tutkimuksen haasteet Aktiivisten resurssien hallinta Normaali tila - kriisivalmius Markkinat Palvelut Regulaatio Digitalisaatio Big data Kyberturvallisuus Sähköverkon teknologiat Laajamittainen kaapelointi Mikrosähköverkot 05/2016 Kimmo Kauhaniemi 20

21