Energiateollisuuden työmarkkinaseminaari 15.9.2011 Älykäs sähköverkko Kenneth Hänninen Energiateollisuus ry kenneth.hanninen@energia.fi www.energia.fi Puh. 09 5305 2501 GSM 050 320 2439
Sisältö Mitä ovat älykkäät sähköverkot Mihin ja miksi niitä tarvitaan Älykkään sähköverkon haasteet ja mahdollisuudet Älykäs mittaus Esimerkkejä älykkäistä sähköverkoista Sähköauto osana älykästä sähköverkkoa
Älykkään sähköverkon määritelmä (CLEEN 2008) Älykäs verkko (energiajärjestelmä, erityisesti sähköjärjestelmä) on asiakasvetoinen markkinapaikka hajautetulle tuotannolle ja kuluttajille Älykäs sähköverkko mahdollistaa kustannustehokkaan verkon ja markkinayhteyden kuluttajille sekä hajautetulle tuotannolle, keskitetyn ja hajautetun tuotannon tehokkaan käytön, tarjoaa palveluita edistääkseen kuluttajan energiatehokkuutta ja energian säästämistä sekä varmistaa keskeytymättömän korkealaatuisen energian jakelun. CLEEN = Energia- ja ympäristöalan strategisen huippuosaamisen keskittymä
Legislative proposal/dg ENER (24.3.2010) Smart Grids could be described as an upgraded electricity network to which digital communication and intelligent metering, sensors and control and monitoring systems have been added. This technology enables a two-way communication between the supplier and the consumer and makes possible to improve the control over the electricity flowing in the system. Smart Grids have a significant potential to contribute to the Commission's internal market and competitiveness, security of supply and climate change objectives while increasing consumer and social welfare and creating new "green jobs". The benefits of the Smart Grids include energy saving, reduction of costs, consumer empowerment and increasing reliability, security and robustness of the electricity grid.
Lähde Cleen 4/2010 CLEEN = Energia- ja ympäristöalan strategisen huippuosaamisen keskittymä
Taustalla EU:n energia- ja ilmastotavoitteet Uusiutuva pienimuotoinen tuotanto Vaikeasti ennustettavan tuotannon merkitys kasvaa (tuulivoima) Hajautettu, pienimuotoinen tuotanto sijoittuu kulutuksen yhteyteen tai lähelle kulutusta (siirron suunta vaihtelee jatkossa myös jakeluverkossa) Uudet sähkönkäyttötavat Tehostamistavoite johtaa energiankäytön tehostamiseen sähkö korvaa perinteisiä energialähteitä Käyttötavat muuttuvat (lämpöpumput, sähköautot) Kysyntäjoustot mahdollistuvat myös pienissä käyttöpaikoissa Sähkön varastointi sähkönä Parempi toimitusvarmuus Markkinoiden kehittyminen Kuluttajien aktivoituminen Uudet sähkötuotteet Jakeluverkko on avainasemassa em. tavoitteiden toteutumisen kannalta
3. sähkön sisämarkkinapaketti (2009/72/EY): Jäsenvaltioiden olisi esimerkiksi älykkäiden verkkojen käyttöönoton kautta kannustettava uudistamaan sähkönjakeluverkkoja, jotka olisi rakennettava niin, että ne edistävät hajautettua sähköntuotantoa ja energiatehokkuutta. Energiatehokkuuden edistämiseksi......on vahvasti suositeltava, että sähköalan yritykset optimoivat sähkönkäytön, esimerkiksi tarjoamalla energianhallintapalveluja, kehittämällä innovatiivisia hinnoittelumalleja tai ottamalla tarvittaessa käyttöön älykkäitä mittausjärjestelmiä tai älykkäitä verkkoja.
Lähde: Andy Phelps/ENA
Älä lupaa liikoja! Commissioner Moeller from the FERC 4/2010: However, the transformation [towards a smart grid] will not be immediate and will occur at varying paces throughout the nation. [ ] we at FERC also need to be aware not to overpromise the benefits of the smart grid to consumers lest there be a backlash that slows the pace of its implementation.
Smart Grids Älykäs sähköverkko Sähköverkko, joka älykkäästi kytkee toisiinsa verkkoon liittyneet kuluttajat ja tuottajat Tavoitteena kestävä, taloudellinen ja toimitusvarma sähkönjakelu Energian internet Suomessa jo Smart Grid 1.0 Automaattinen vianpaikannus ja erotus Verkon käytön optimointi Etäluettavat mittarit Kysyntäjousto Älykäs sähköverkko vs. verkon älykäs käyttö Vallankumous vs. kehitys (revoluutio vs. evoluutio) Tuotanto vs. kulutus ajurina Älykkään mittauksen merkitys
Eurelectric - 10 Steps to Smart Grids Älykäs sähköverkon hallinta Älykäs tuotanto Älykäs markkina ja asiakas Mahdollistaminen 2010 Hyödyntäminen 2012 Kaupallistaminen 2014
Älykäs sähköverkko 1.0
Smart Grids älykäs sähköverkko Verkon optimointi Hajautettu tuotanto mikrotuotanto - RES Uudet käyttötavat lämpöpumput Liikkuvat sähkövarastot - sähköautot Aktiivinen asiakas - kysyntäjoustot Energiankäytön tehostaminen
Smart Grids älykäs sähköverkko Verkon optimointi Hajautettu tuotanto mikrotuotanto - RES Uudet käyttötavat lämpöpumput Liikkuvat sähkövarastot - sähköautot Aktiivinen asiakas - kysyntäjoustot Energiankäytön tehostaminen
Asiakkaasta oman energiakulutuksensa asiantuntija
Suomi on älykkään mittauksen edelläkävijä Tuntimittaus 2014 mennessä (min. 80 % asiakkaista) Taseselvitys tuntimittauskohteissa jo 2012 Tuotantokohteiden tuntimittaus pyydettäessä
Älykäs sähköjärjestelmä Tiedonsiirtoverkko Älykäs asiakas Älykäs sähkö- verkko Älykäs mittaus (tuntirekisteröivä mittaus)
Älykäs asiakasrajapinta
Siirtyminen perinteisestä sähköverkosta älykkääseen verkkoon Keskitetty sähköntuotanto Yksisuuntainen tehonvirtaus Käyttö perustuu historialliseen kokemukseen Heikko markkinakytkentä Keskitetty ja hajautettu sähköntuotanto (uusiutuvaa tuotantoa) Ohjattava monisuuntainen tehonvirtaus Käyttö perustuu reaaliaikaiseen tietoon ja dataan Älykäs verkko integroi hajautetut resurssit energiamarkkinoille sähköjärjestelmään
Älykkäät verkot yhdistävät tuotannon ja kysynnän Älykäs verkko Perinteinen voimalaitos Aurinkovoimala Tuulipuisto Hajautettu tuotanto Avoin kaikentyyppiselle ja -kokoiselle tuotannolle (helposti liityttävä) Vuorovaikutus kysynnän, tuotannon ja verkon käytön välillä (joustava) Tehokas, luotettava ja itsestään korjautuva sähkön siirto ja jakelu Kustannustehokkain ratkaisu tulevaisuuden vaatimuksiin Älykkäät mittarit Älykäs koti Sähköauto Teollisuuslaitos
Älykäs sähköverkko kesällä 2010 Case Vattenfall (AMR) Älykkään mittauksen avulla havaittiin yli 400 nollavikaa Yli 18 000 etäkyselyn avulla varmistettiin, että asiakkaan sähköt oli palautettu
Kesän 2010 myrskyjen opetukset Keskeytysten piirissä 480 000 asiakasta Pisin keskeytys keskimäärin 154 vrk Vakiokorvauksia maksetaan 100 000 asiakkaalle yhteensä yli 10 milj. euroa Vahinkojen suuruus n. 24 milj. euroa Korjauksen kohteena 17 000 km jakeluverkkoa ja 18000 km keskijänniteverkkoa
Suositeltavat jakeluverkon toimitusvarmuuden tavoitetasot 2030 Toimitusvarmuuden tavoitetaso kaupunkikeskustoissa ( city-alueilla ) Kokonaiskeskeytysaika: Lyhyiden keskeytysten (< 3 min) määrä: Toimitusvarmuuden tavoitetaso taajamissa Enintään 1 tunti vuodessa Ei lyhyitä katkoja Kokonaiskeskeytysaika: Enintään 3 tuntia vuodessa Lyhyiden keskeytysten (< 3 min) määrä: Enintään 10 kpl vuodessa Toimitusvarmuuden tavoitetaso maaseudulla Kokonaiskeskeytysaika: Enintään 6 tuntia vuodessa Lyhyiden keskeytysten (< 3 min) määrä: Enintään 60 kpl vuodessa
Älykkään sähköverkon haasteet ja mahdollisuudet Siirtokyvyn riittävyyden varmistaminen verkon vahvistaminen Hajautetun tuotannon kytkeminen järjestelmään Tiedonsiirto (tietomäärä, nopeus, luotettavuus) Aktiivien kysyntäjousto sähköjärjestelmän tukena Uudet sähkötuotteet Vaikeasti ennustettava tuotanto Älykäs asiakas (älykäs koti) Sähkön varastointi Sähköautot ja älykäs lataus
Kalasatama
Mikroverkko Mikroverkko on suppea alueellinen sähköverkko, jonka tavoitteena on parantaa sähkönlaatua loppukäyttäjällä Normaalisti mikroverkko on osa laajempaa sähkönjakeluverkkoa, mutta vikatilanteessa se irtoaa jakeluverkosta ja jatkaa toimintaansa itsenäisenä verkkona Edellytykset: Hajautettu tuotanto, Paikallisia varastoja, Ohjattavia kuormia, Automaattinen saarekekäyttö Haasteet Teho- ja energiatasapainon hallinta Jännitteen ja taajuuden säätö Siirtyminen saarekekäyttöön Mikroverkon jännitteen laatu saarekekäytössä Mikroverkon suojaus normaalissa ja saarekekäytössä
Superverkko Superverkko eli Supergrid on sähkön moottoritie Tarkoituksena yhdistää laajat alueet osaksi yhteistä sähköverkkoa Tavoitteena parantaa sähkömarkkinoiden toimintaa Erityisenä tavoitteena liittää Pohjanmeren tuulivoima ja Saharan aurinkovoima tehokkaasti osaksi Euroopan sähkömarkkinaa
Tulevaisuus
Eva konseptiauto (Valmet Automotive) -2+2 - huippunopeus 120 km/h - yhdellä latauksella 160 km - akun kapasiteetti 35,5 kwh - latausaika 10 h
Sähköauto ratkaisee monta ongelmaa Sähkökoneen erinomainen hyötysuhde ja jarrutusenergian talteenotto Alhainen energiankulutus; 10 20 kwh/100 km (~ 1-2 litraa bensiiniä/dieseliä) Fossiilisten polttoaineiden korvaaminen uusiutuvilla energialähteillä Päästöjen vähentäminen EV on yksinkertaista tekniikkaa, vähemmän liikkuvia/kuluvia osia Sähköjärjestelmä ml. latausinfra pääosin valmiina Sähkön varastointi
Sähköautojen hyötysuhde Suomessa tuotannon hyötysuhde merkittävästi parempi Sähköauton kokonaishyötysuhde yli 50 %
Latausvaihtoehdot Lähde: Juha Matikainen/Fortum