Sähköalan muutosta pitäisi ymmärtää laajemmin

Sähköön liittyvät asiat ovat olleet esillä viimeisten vuosien aikana enemmän kuin vuosikymmeniin. Syitä on monia, mutta tärkein on sähkön hinnan merkittävä vaihtelu. Julkiseen keskusteluun olisi hyvä nostaa myös muita asioita. 

Ennen sähköä pidettiin itsestäänselvyytenä ja hinnaltaan sellaisena, ettei se herättänyt mielenkiintoa. Kuin tylsä seinäpaperi tai mies, jonka ympäriltä tuolit viedään. 

Sähkön hinnan vaihtelu ymmärrettävästi kiinnostaa, mutta se on vain yksi näkökulma. Julkiseen keskusteluun ja yleiseen ymmärrykseen olisi hyvä nostaa myös sähköntuotantoon, -käyttöön ja kehittämiseen liittyviä asioita. 

Kaukolämpö sähköistyy

Kukapa olisi muutama vuosi sitten veikannut, että sähköllä tuotettava kaukolämpöteho olisi yli 1000 MW. Tällä hetkellä kaukolämmöntuotannon sähköistäminen on yksi nopeimman takaisinmaksun ajan mahdollistavista energiasektorin investoinneista.

Kun mennään kauemmas taaksepäin, kaukolämmitys ja sähkölämmitys olivat keskenään kilpailevia lämmitysmuotoja. Nyt kaukolämpö kilpailee myös maalämmön kanssa, ja toisaalta maalämmön tuotannossa tarvitaan runsaasti sähköä. 

Tuulivoima haastaa sähkönkäyttäjät

Tuulivoiman rakentaminen Suomessa käynnistyi voimakkaalla valtion tuella. Uusiin tuulivoimainvestointeihin ei ole valtion tukea enää myönnetty, mutta niiden rakentaminen varsinkin nollakorkojen aikaan on ollut hyvin kannattavaa ilman tukiakin.

Korkojen noustessa rakentaminen on hidastunut, mutta edelleen tuulivoiman osuus sähköntuotannosta kasvaa voimakkaasti. Suomeen asennettu tuulivoiman tuotantoteho on ylittänyt ydinvoiman tuotantotehon, vaikka viime vuonna käynnistyikin sähköteholtaan maailman suurin yksikkö Olkiluoto 3. 

Tuulivoiman rakentaminen kasvaa myös tulevaisuudessa. Fingridin esittämässä yhdessä sähkötuotannon kehitysvisiossa Suomeen rakennettaisiin vuoteen 2030 mennessä yhtä paljon uutta sähköenergian tuotantotehoa kuin on rakennettu edellisen sadan vuoden aikana, ja merkittävin osa tästä uudesta tuotannosta olisi tuulivoimaa. Seuraavana tulee aurinkosähkö. 

Aurinkosähkö innostanut sähköntuottajaksi

Toinen selkeästi kasvava trendi on ollut aurinkosähkötuotannon lisääntyminen. Vaikka aurinkosähköjärjestelmien määrä on kasvanut räjähdysmäisesti, muodostavat sähköenergian tuotantomäärät vain murto-osan esimerkiksi tuulivoimalla tuotetusta sähköstä. Kasvuvauhti on kuitenkin samaa suuruusluokkaa, ja lähitulevaisuudessa on suunnitteilla ja toteutumassa teollisuuskokoluokan aurinkovoimalaitoksia, joiden tehot voivat olla jopa satoja megawatteja. Aurinkovoimalaitoksilla tuotetun sähköenergian määrä jää kuitenkin suhteellisen vähäiseksi verrattuna asennettuun tehoon. 

Ydinvoiman vahvuus on sen ennustettavuus

Ydinvoiman merkittävin ero tuuli- ja aurinkovoimalla tuotettuun sähköön on ennustettavuus. Ydinvoima tuottaa sähköä jatkuvasti, mutta tuulivoiman ja aurinkovoiman tuotanto vaihtelee laajasti ja hyvin nopeasti. Niiden ennustettavuus on korkeintaan muutama vuorokausi eteenpäin. Esimerkiksi tuulivoimassa vaihtelut tehossa voivat olla hyvinkin nopeasti 0 – 6000 MW.  

Ydinvoiman energian tuottosuhde on myös omaa luokkaansa. Ydinvoimalla 1 kW teho tuottaa yli 8000 kWh, kun taas yhdestä 1kW aurinkopaneelista saa vuodessa noin 1000 kWh energiaa. Tuulivoimalla vastaava luku on alle 3000 kWh.  

Ydinvoimalla on ollut Suomessakin hyvin voimakasta vastustusta, mikä on johtunut muun muassa jätteiden säilytyskysymyksestä. Viimeisimmän käyttöönotetun voimalaitoksen rakentaminen kesti noin 15 vuotta odotettua kauemmin.

Uusia suuria voimalaitoksia ei ole rakenteilla, mutta uutena trendinä on ns. pienydinvoimalat, joiden rakentamista halutaan edistää. Pienydinvoimala on jollain tapaa harhaanjohtava nimitys, sillä puhutaan jopa useiden satojen megawattien tehoista. Ideana kuitenkin on, että nämä lämpöä ja sähköä tuottavat voimalaitokset olisivat sarjatuotantoisia eli standardoituja, jolloin niiden luvitus ja rakentamisprosessit olisivat huomattavasti nykyisiä kevyempiä. Ensimmäisten pienydinvoimalaitosten toivotaan käynnistyvän 2030-luvun alkupuolella.  

Sähkövarastot

Sähkötuotannon ja kulutuksen tulee olla koko ajan tasapainossa. Koska huonosti ennustettava sähköntuotanto lisääntyy, tarvitaan tuotannon ja kulutuksen tasopainottamiseen useita keinoja.

Tällä hetkellä tätä tasapainoa hoidetaan pitkälti säätämällä vesivoimaa, joko Suomessa tai muissa pohjoismaissa. Sähkötuonti on osa tasapainottamista. Nämä keinot eivät kuitenkaan tulevaisuudessa riitä, vaan tarvitaan muitakin elementtejä.

Yksi näistä on sähkövarastot, jotka voivat reagoida nopeasti tuotannon ja kulutuksen vaihteluun. Tyypillisesti sähkövarastojen mitoitettu toiminta-aika on tunti, jolloin pidempiaikaisesti näillä ei voi markkinan tasapainottamiseen osallistua. Tällä hetkellä on Suomeen rakennettu useita useamman kymmenen megawatin ja megawattitunnin sähkövarastoja ja useita suuria on myös rakenteilla. Nämä soveltuvat hyvin rakennettavaksi esimerkiksi suurten aurinkosähkövoimalaitosten yhteyteen. Jatkossa nämä ovat myös tärkeä osa sähköverkkoa. 

Myös ajoneuvot voivat olla osana sähköverkkoa eli toimia osana sähkömarkkinaa. Tekniset valmiudet tähän on jo olemassa, mutta toimiva markkina puuttuu.  Jos kaikki miljoona sähköautoa voisivat syöttää samanaikaisesti 10 kW teholla sähköverkkoon, tarkoittaisi se yhteensä 10 000 MW tehoa eli yli 50 % tämänhetkisestä sähköntuotantokapasiteetista. Tulevaisuudessa sähköautoilla voi olla merkittävä rooli verkon tasapainottamisessa. 

Sähköverkko

Kaikki edellä mainittu asettaa uusia vaatimuksia sähköverkon raketeille ja suojaukselle. Verkkoa on vahvistettava, jotta kasvava tuotanto voidaan liittää. Jossakin paikon verkon rakenne jo hidastaa esimerkiksi tuulivoimainvestointeja eikä verkon vahvistaminen onnistu käden käänteessä. Asiaan liittyy suunnittelua, ympäristövaikutusten arviointia, luvitusta ja itse rakentamista. Näistä varsinkin luvitus voi olla merkittävä pullonkaula tulevaisuuden investointien hidastajana. 

Vety

Miten vety liittyy sähköön? Sähköllä voi tehdä vetyä ja vedystä voi tehdä sähköä. Tosin hyötysuhde kaksikertaisessa konversiossa ei ole kovin hyvä, jolloin puhtaalla sähköllä tuotettu vety olisikin järkevämpi käyttää esimerkiksi teräksen tuotannossa tai valmistaa vedystä biopolttoainetta. Vety siis toimisi tuulivoimalla tuotetun sähkön varastona.

Vedyn tuottaminen onkin keskeinen osa sitä strategiaa, johon voimakkaasti kasvava tuulivoiman lisääntyminen perustuu. Jotta olisi järkevää rakentaa lisää sähkötuotantoa, pitää sähkölle olla kysyntää. Tai päinvastoin, jotta investointeja tehtäisiin, tulisi olla varmuus halvasta sähköstä tulevaisuudessa. 

Kulutusjoustot

Koska tuotanto vaihtelee, myös kulutuksen täytyy vaihdella. Teollisuudessa, jossa sähkökulutus on suurta, kulutusjoustoja on hyödynnetty jo kauan. Silloin, kun sähkö on kallista, tuotanto kannattaa jopa keskeyttää. Jos yrityksellä on omaa sähköntuotantoa, siitä saa paremman hinnan kuin itse tuotteesta, mitä yritys valmistaa. Monilla suurilla käyttäjillä on myös sopimus osallistua verkon taajuudensäätömarkkinaan. Esimerkiksi suuren voimalaitoksen kytkeytyessä irti tuotannosta, teollisuus voi pudottaa omaa kulutustaan nopeasti. 

Samaa toki on tehty myös kuluttajapuolella, mutta tämä säätökapasiteetti on hyvin pieni, ellei samanaikaisesti kulutusjoustoon osallistu huomattava osa sähkön käyttäjistä. Sopivaa joustokuormaa ovat esimerkiksi sähköautojen lataukset ja sähkölämmitys. Tämä kuluttajien osuus potentiaalisesta kulutusjoustosta voisi olla huomattavasti suurempi. Se edellyttää älykkäitä ohjauksia, jolloin käyttäjä ei välttämättä huomaa joustaneensa. Muuten kuin pienempänä sähkölaskuna. 

Moni on myös siirtynyt pörssisähkön käyttäjäksi. Pörssisähköä pidetään useimmiten kiinteitä sähkösopimuksia halvempana ratkaisuna. Toki tähän vaikuttaa se, kuinka oman sähkönkulutuksen ajankohdan haluaa tai voi valita. Toisille ehkä kalliimpi kiinteä hinta tuo ennustettavuutta sähkölaskuun. Joka tapauksessa hinnanvaihtelut ovat tulleet jäädäkseen ja ovat opettaneet sähkökäyttäjiä sähkömarkkinoiden toimivuudesta – tai toimimattomuudesta.  

Tekoäly

Tekoälyllä on jo tällä hetkellä jonkinlainen rooli sähkömarkkinoiden tasaamisessa ja jatkossa esimerkiksi kulutusjoustojen toteutuminen voi perustua tekoälyratkaisuihin. Tältä osin ennustaminen lienee kaikkein hankalinta. Kehitys voi olla ennakoitua nopeampaa – tai sitten ei. 

Sähkö liittyy tekoälyyn myös siten, että tietojärjestelmien toiminta ja tiedonsiirto edellyttää sähköön perustuvia ratkaisuja. Kun tässä artikkelissa on keskistytty pitkälti sähköön energialähteensä, on hyvä muistaa, että käytännössä kaikissa älykkäissä ratkaisuissa sähköllä on keskeinen rooli – ehkä jopa suurempi kuin energiankäytössä. 

Sähköturvallisuus

Suomessa, kuten muissakin pohjoismaissa, sähkön käyttö on ollut turvallista. Sähköturvallisuuteen onkin kiinnitetty sähköammattilaisten toiminnassa paljon huomiota. Se on kaiken perusta. Vakavimmat sähköstä aiheutuneet tapaturmat ovat useimmiten olleet seurausta sähkön käyttäjän vääränlaisesta toiminnasta.

Vaikka uudet sähkötekniset ratkaisut tuovat uusia haasteita myös sähköturvallisuuteen, siitä ei voida jatkossakaan tinkiä. Iso haaste onkin osaavien tekijöiden kouluttaminen. Mikään ei synny itsestään ja tämä myös Euroopan tasolla havaittu haaste tulee jollain tavalla ratkaista, muuten trendien toteutuminen voi pysähtyä tai ainakin hidastua. 

Kirjoittaja: Esa Tiainen, Sähköinfo oy:n tekninen johtaja ja Sähkömaailma Extran päätoimittaja