Interaktiivinen asiakasrajapinta ja sen hyödyntäminen energiatehokkuudessa Samuli Honkapuro Lappeenrannan teknillinen yliopisto Samuli.Honkapuro@lut.fi Tel. +358 400-307 728 1
Vähäpäästöinen yhteiskunta Päästöt = Väestömäärä x BKT/asukas x Energia/BKT x Päästöt/energia Käytön tehokkuus Tuotantoprosessien ja laitteiden energiatehokkuus Energian säästö Energian tuotanto Sähkö Lämpö Liikenne ENERGIATEKNIIKAN KEINOT Energian tuotanto; mistä, miten ja kuinka tehokkaasti? Energian käyttö; miten ja kuinka paljon? 2
Vähäpäästöinen yhteiskunta -50 % ei riitä, -70-90 % tarvitaan Energy Technology Perspectives 2008, International Energy Agency 2008 3
EU:n tavoitteet vuoteen 2020 päästöt 20 % vuoden 1990 tasosta 30 %, jos muut sitoutuvat vastaavaan uusiutuvien osuus 20 %:iin energian käyttö 20 % tehokkaammaksi uusiutuvan energian osuus liikenteessä nostettava 10 %:iin Älykäs sähköverkko ei yksin tee muutoksia, mutta osaltaan mahdollistaa tavoitteiden täyttämisen 4
Energiankulutus 2050 140 % Energian loppukäyttö 120 % 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % 2007 2050 BAU 2050 Visio Muut Kaukolämpö Sähkö o Energiatehokkuus parantuu => energian kulutus pienentyy perusurasta o Sähkön osuus energian loppukäytöstä kasvaa selvästi nykyisestä Energiateollisuus ry.: Haasteista mahdollisuuksia sähkön ja kaukolämmön hiilineutraali visio vuodelle 2050 5
Sähkön käyttö vuonna 2050 Sähkön käyttö TWh/a Suomessa vuonna 2007 ja 2050 (1 2007 2050 Kotitaloudet 11 13-14 Rakennusten lämmitys 12 9-11 Rakennusten jäähdytys 0,2 2 Teollisuus 48 48-58 Palvelut & julkinen 15,5 30-40 Liikenne 0,5 8-10 Häviöt 3 4 Yhteensä 90 115-140 Sähkön käyttö lisääntyy loppukäytön energiatehokkuudella entistä suurempi merkitys 1) Energiateollisuus ry.: Haasteista mahdollisuuksia sähkön ja kaukolämmön hiilineutraali visio vuodelle 2050 6
Sähkön jakelun energiatehokkuus Siirto- ja jakeluhäviöt Palvelut, julkinen ja muu kulutus Koti- ja maatalous Muu teollisuus ja rakentaminen Kemianteollisuus Metalliteollisuus Puu- ja paperiteollisuus Lähde: Tilastokeskus 7
Älykäs verkko ja asiakasliityntä - Energiamäärän hallinta - Lataamisen ja purkamisen hallinta - Kuormituskäyrän hallinta Varastot Verkko Asiakasrajapinta - Siirtokapasiteetin hyödyntämisen maksimointi - Jatkuvat mittaukset - Paikallinen säätö verkon tukemiseksi -Sähkön muokkaus - Mittaukset - Tehon suunnan hallinta - Kuormien/tuotannon ohjaus - Kommunikaatio Kuormat Tuotanto - Kuormituksen hallinta - Sähkön laadun hallinta - Energiatarpeen hallinta - Tehonsäätö ja kuormituskäyrän hallinta - Turvallisuus ja suojaus - Sähkön laatu 8
Interaktiivinen asiakasrajapinta 9
Älykäs sähköverkko Älykäs sähköverkko mahdollistaa kysynnän jouston pientuottajien pääsyn markkinoille energiavarastojen verkkoonliitännän verkon kapasiteetin maksimaalisen hyödyntämisen aktiivisen sähkön laadun hallinnan tehotasapainon hajautetun hallinnan Uudenlaista energiatehokkuutta ja taloudellisuutta Intelligent Interface is the gateway 10
Energiajärjestelmän muutokset Muutoksia tuotantorakenteessa Hajautettua uusiutuvaa tuotantoa Vaikea säätää, käytettävä silloin kun tarjolla Tarvitaan joko lisää säätövoimaa tai kulutuksen ohjausta Muutos sähköjärjestelmän käyttöperiaatteessa Nyt: tuotantoa ohjataan kulutuksen tarpeiden mukaan Tulevaisuudessa: kulutusta ohjataan tuotannon muutosten mukaan Tarpeita ja mahdollisuuksia älykkäästi ohjattavalle asiakasrajapinnalle Tehotasapainon säätö ja nopean reservitehon ylläpito osin kulutuksen ohjauksella Pientuotannon ja energiavarastojen joustava verkkoonliitäntä 11
Sähköautojen vaikutus päästöihin ja verkkoinvestointeihin Tehokas tapa vähentää liikenteen CO2-päästöjä Erinomainen hyötysuhde, ~10-20 kwh/100 km Puhdas polttoaine Suomessa vahva sähköverkko Voi ottaa vastaan merkittävän määrän sähköautoja ilman kalliita verkkoinvestointeja Latausjärjestelmä suurelta osin valmiina Lämmityspistorasiat ja tolpat Kuormien vuorottelujärjestelmä jo olemassa (sähkölämmitys, saunat, sähköautot) Älykkäällä latausjärjestelmällä varustetut sähköautot voivat jopa pienentää siirron yksikkömaksuja Energiamäärä kasvaa ilman lisäinvestointeja 12
Sähköautojen älykäs lataus 13
Esimerkkiverkko (kaupunki) Huipputeho [MW] 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 EE Lataus yöaikaan klo 22 alkaen 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Lataus töihin tullessa ja kotiin mennessä 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Lähdön teho sähköautojen kanssa Nykyinen teho Hajautettu yölataus 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Älykäs lataus 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Keskijännitelähtö: - Huipputeho: 6.6 MW - Minimiteho: 4.0 MW - Sähköautojen määrä: 2000 - Ajomatka: 57 km/auto,päivä - Kulutus: 0.2 kwh/km - Latausenergia: 11.5 kwh/auto,päivä 22.9 MWh/päivä/kaikki autot - Latausteho: 3.6 kw/auto - Verkon huipputeho muutos: 0 3.5 MW (riippuu latausmenetelmästä) - Ladattava energia on sama kaikissa latausmenetelmissä Lassila, Kaipia, Haakana, Partanen, European Conference: Smart Grids and Mobility. Würzburg, Germany. June 16th - 17th, 2009 14
Esimerkkiverkko (maaseutu) Keskijännitelähtö: - Huipputeho: 1,25 MW 4.0 4.0 - Minimiteho: 0,75 MW Huipputeho [MW] 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 Lataus yöaikaan klo 22 alkaen 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Lataus töihin tullessa ja kotiin mennessä 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 Hajautettu yölataus 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Älykäs lataus - Sähköautojen määrä: 750 - Ajomatka: 57 km/auto,päivä - Kulutus: 0.2 kwh/km - Latausenergia: 11.5 kwh/auto,päivä 8.6 MWh/päivä/kaikki autot - Latausteho: 3.6 kw/auto - Verkon huipputeho muutos: 0 1.7 MW (riippuu latausmenetelmästä) 1.0 0.5 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 1.0 0.5 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 - Ladattava energia on sama kaikissa latausmenetelmissä Lassila, Kaipia, Haakana, Partanen, European Conference: Smart Grids and Mobility. Würzburg, Germany. June 16th - 17th, 2009 15
Verkkoyhtiön koko verkko sähköautojen vaikutus investointeihin Jälleenhankintahinta: 50 M ( 2.9 M /a, kun p = 5 % ja t = 40 a) Vuosienergia: 200 GWh/a Verkon arvo siirrettyä energiayksikköä kohti 1.46 cnt/kwh (nykyisin) Sähköautojen vaatima latausenergia + 46 GWh/a (11 000 autoa, 20 900 km/auto,a ja 0.2 kwh/km) Latausmenetelmästä riippuen verkossa tarvittavat lisäinvestoinnit (muuntajat, johdot) ovat 0 20 M (0 1 060 k /a). Uusi verkon arvo olisi 1.18 1.66 cnt/kwh riippuen sähköautojen lataustavasta Lassila, Kaipia, Haakana, Partanen, European Conference: Smart Grids and Mobility. Würzburg, Germany. June 16th - 17th, 2009 16
Yhteenveto Interaktiivinen asiakasrajapinta on keskeisessä roolissa tulevaisuuden älykkäässä energiajärjestelmässä Älykäs energiajärjestelmä Tehostaa tuotantoresurssien ja verkkokapasiteetin käyttöä Lisää loppukäytön energiatehokkuutta Mahdollistaa pientuotannon joustavan verkkoonliitynnän Älykkäällä energiajärjestelmällä on merkittävä rooli energiatehokkuus- ja ilmastotavoitteiden saavuttamisessa 17
Samuli Honkapuro LUT Energia Kilpailuetua tekniikan ja talouden osaamisella 18