Yhdistämällä nykyaikainen tieto- ja automaatiotekniikka sähkönjakeluun saadaan älykäs sähköverkko eli smart grid, kuten termi englanniksi kuuluu. Sen avulla voidaan päästä merkittäviin ympäristösäästöihin.
Älykkäät sähköverkot ovat yksi muotisana kun puhutaan energiatehokkuuden parantamisesta. Älykkäälle sähköverkolle ei ole kuitenkaan olemassa standardiin kirjoitettua määritelmää. Käytännössä älykäs sähköverkko tarkoittaa sähköverkkoa, jonka ylläpitoon ja hallintaan käytetään monipuolisesti nykyaikaista tieto- ja automaatiotekniikkaa.
Nyky-yhteiskunta halvaantuu muutamissa tunneissa, jos sähkönjakelu keskeytyy. Ruokakaupat ovat kiinni, eikä asuntojen ja toimistojen lämmitys toimi. Katkoksen jatkuessa yön yli talousveden tulo loppuu, kun vesitornit tyhjenevät eikä uutta vettä voida pumpata.
Sähkömarkkinalaki edellyttää älykkäämpää verkkoa
Ensimmäinen aalto sähköverkon älyistymisessä oli etäluettavien sähkömittarien asentaminen. Etälukeminen mahdollistaa monipuolisemmat hinnoittelumallit sekä tarkemman vikadiagnostiikan. Sähköverkkojen automaatiotekniikka on parantunut viime vuosikymmeninä ja mahdollistaa vikojen automaattisen paikantamisen ja parhaassa tapauksessa ohittamisen tai etäkorjaamisen.
Vuoden 2011 tapaninpäivän myrsky aikaansai poliittisen heräämisen sähkönjakelun merkitykseen: aikaisemmin pidemmät sähkökatkot olivat piinanneet lähinnä Itä-Suomen haja-asutusalueita, mutta nyt esimerkiksi Veikkola, 5000 asukkaan taajama 10 minuutin ajomatkan päässä kehä-III:lta, oli kaksi vuorokautta ilman sähköjä. Alueelta halvaantui kaikki toiminta terveyskeskusta ja vedenjakelua myöten.
Niinpä sähkömarkkinalakia tiukennettiin. Vuoteen 2028 mennessä sähkönjakelun varmuutta on parannettava niin, että asemakaava-alueilla yli 6 tunnin sähkökatkosten pitäisi olla mahdottomuus.
Asia on kaksitahoinen: sähkönjakelun toimintavarmuuden parantaminen maksaa – ja maksajana ovat sähkönkäyttäjät. Tehokkain tapa on ilmajohtojen korvaaminen maakaapeloinnilla. Myös johtojen siirtäminen metsästä teiden varteen ja vaihtoehtoisten sähkönsiirtoreittien lisääminen vähentää vikaherkkyyttä. Myrskyjen ohella varsinkin haja-asutusalueilla sähköjä katkovat lumikuorman takia linjoille kaatuvat puut.
Pitkät pitoajat
Monet yhteiskuntatekniset järjestelmät voidaan uusia nopeasti, mutta sähkönjakelussa investointien taloudelliset käyttöiät vaihtelevat muuntamoiden ja avojohtojen yli 50 vuodesta maakaapelien jopa yli 100 vuoteen.
Investoinnit ovat kalliita: esimerkiksi lyhyillä, muutaman kymmenen kilometrin matkoilla käytettävä 20 kilovoltin kolmijohtiminen puupylväslinja maksaa 20 000 euroa kilometriltä. Maakaapelilinjan kustannukset ovat vähintään kaksinkertaiset, mutta toisaalta taloudellinen pitoaikakin on kaksinkertainen.
Ympäristöystävällistä sähköä
Sähkönjakelun ympäristövaikutukset ovat varsin minimaalisia sähkön tuotannon ympäristövaikutuksiin verrattuna. Esimerkiksi Suomessa sähkön siirto- ja jakeluhäviöt ovat vain muutaman prosentin luokkaa.
Sähkönjakelun suurimmat ympäristövaikutukset ovat lähinnä maisemahaittoja: suuret voimalinjat ovat rumia ja rikkovat maiseman. Myös puupylväiden lahosuoja-aineet ja suurjännitekytkimissä käytetty rikkiheksafluoridikaasu aiheuttavat ympäristöhaittoja.
Hajautettu sähköntuotanto vaatii älyä
Varsinkin uusiutuvat energiamuodot ovat soveltuvia pientuotantoon. Esimerkiksi aurinkopaneeleilla päällystetyt katto ja pienoistuulivoimalat mahdollistavat sähkön tuotannon pienillä ympäristöhaitoilla.
Perinteinen sähköverkon suojalaiteautomatiikka on suunniteltu yksisuuntaista tehonsiirtoa ajatellen. Tietokoneistuminen mahdollistaa joustavamman suojaustekniikan, kun laitteita ei tarvitse vaihtaa vaan esimerkiksi uuden pienvoimalan lisääminen verkkoon voidaan huomioida vain ohjelmoimalla suojalaitteet uudelleen.
Uusiutuvat energiamuodot vaativat paljon sähköverkkoautomaatiolta: esimerkiksi aurinkopaneelien tehontuotto muuttuu muutamassa sekunnissa, kun aurinko menee pilveen.
Hajautettu sähköntuotanto parantaa myös kriisitilanteiden sähkönjakelua. Hurjimmissa tulevaisuusvisioissa koko sähköverkosta luovuttaisiin ja sähkö tuotettaisiin paikallisesti.
Älykäs kuormahuippuihin reagoiminen
Teollisuusmaissa sähkön kulutushuippuja tasataan tuottamalla kallista varavoimaa matalahyötysuhteisissa mutta nopeasti käynnistettävissä voimaloissa. Lyhyitä kulutushuippuja voitaisiin tasata yksinkertaisesti kytkemällä paljon sähköä kuluttavia laitteita pois päältä kulutushuipun ajaksi. Esimerkiksi sähkölämmityksen voi hyvin kytkeä vajaaksi tunniksi pois päältä ilman että se vaikuttaa huoneiston lämpötilaan havaittavasti. Tekniikka on jo koekäytössä Helsingin Energialla. Teollisuudessa vastaavaa on sovellettu jo kauan.
Sähköautojen yleistyessä on mahdollista että autojen akustoja käytettäisiin kuormahuippujen tasaamiseen. Esimerkiksi 50 kilowattitunnin akustosta riittää virtaa sähkölämmitteisellekin omakotitalolle useiden tuntien katkoksen ajaksi.
Oikeita ja keksittyjä ongelmia
Etäluettavat sähkömittarit ovat aiheuttaneet joissain kansalaisissa pelkoja niiden tuottamasta säteilystä. Tässä on kuitenkin kyse tiedon puutteesta: etäluettava sähkömittari lähettää joko kerran vuorokaudessa gsm-verkon kautta tai hieman useammin sähköverkon kautta kulutustiedot sähköyhtiöön. Tämä ei minkään tieteellisen tutkimuksen mukaan ole haitallista ihmisille.
Uutisissa nostetaan säännöllisesti esille milloin minkäkin maan sähköverkon alttius terrori-iskulle. Tosiasia on, että etenkin avojohdot ovat alttiita sabotaasille ja ilkivallalle. Suurjännitelinjan kaatamiseen ei tarvita kulmahiomakonetta tai moottorisahaa kummallisempaa asetta.
Terroriuhka pitää kuitenkin suhteuttaa muihin riskeihin: paljon vakavampaa vahinkoa saa aikaiseksi esimerkiksi ajamalla autolla väkijoukkoon tai laittamalla rautatielle esteen.
Etäluettavien mittarien tietoturvaongelmista on ollut vain vähän keskustelua. Sähköyhtiö pystyy katkaisemaan sähköt taloudesta sähköverkkoa pitkin, joten ainakin teoriassa sama onnistuu myös kyberterroristeilta.
Artikkelin kirjoittaja Vesa Linja-aho työskentelee Metropolia-ammattikorkeakoulussa autoelektroniikan lehtorina.
Ethernetin versio 10BASE-T1S luo uusia liiketoimintamahdollisuuksia vahvaa yhteentoimivuutta ja turvallisuutta vaativien toiminnallisten OT-verkkojen ja perinteisten IT-verkkojen yhdistämisessä. Dataan päästään käsiksi verkon reunalla olevista solmuista, jolloin verkkoa voidaan käyttää uusien älykkäiden ja ennakoivien palvelujen sekä omaisuuden seuranta- ja hallintaratkaisujen tarjoamiseen. Tämä tuo lukuisia etuja myös kustannuspuolella.
