Espoon Otaniemeen avattu VTT:n FutureGrid-tutkimusympäristö tarjoaa yrityksille ja tutkijoille mahdollisuuden testata uusia sähköverkkoteknologioita ilman riskiä oikealle sähköverkolle. Laboratoriossa voidaan simuloida monimutkaisia verkkotilanteita ja häiriöitä sekä kehittää tulevaisuuden energiajärjestelmän ratkaisuja.

Energiajärjestelmä on keskellä historiallisen suurta muutosta. Puhdas sähkö valtaa alaa fossiilisilta polttoaineilta, ja samalla yhteiskunta sähköistyy nopeasti. Suomessa sähkönkulutuksen ennustetaan nousevan jopa yli kolminkertaiseksi vuoteen 2040 mennessä.

Kasvava uusiutuvan energian tuotanto, energiavarastot, sähköinen liikenne sekä teollisuuden sähköistyminen muuttavat sähköverkon toimintaa merkittävästi. Samalla järjestelmästä tulee aiempaa monimutkaisempi ja dynaamisempi.

VTT:n uusi FutureGrid-tutkimusympäristö on rakennettu juuri näiden muutosten tutkimiseen. - Tarve sähköverkkojen resilienssin, turvallisuuden ja toimitusvarmuuden kehittämiselle on suurempi kuin koskaan. Energiasiirtymä edellyttää aktiivista, tasapainoista ja joustavaa sähköverkkoa, sanoo VTT:n tutkimusalueen johtaja Antti Arasto.

Digitaalinen kaksonen sähköverkolle

FutureGrid yhdistää fyysisen mikroverkkoinfrastruktuurin ja reaaliaikaisen sähköverkkosimulaation digitaaliseen kaksoseen. Näin voidaan mallintaa ja testata erilaisia sähköverkon tilanteita realistisesti mutta täysin kontrolloidussa ympäristössä.

Tutkimusprofessori Kari Mäen mukaan tällainen testaus on välttämätöntä, koska uusia ratkaisuja ei voida kokeilla suoraan oikeassa sähköverkossa.

- Aiemmin sähköverkko oli rakenteeltaan yksinkertaisempi ja uusien ratkaisujen käyttöönotto suoraviivaisempaa. Nyt järjestelmästä tulee yhä monimutkaisempi ja sen dynamiikka luo haastavia tilanteita, joita ei voida turvallisesti testata todellisessa ympäristössä, Mäki sanoo.

Laboratoriossa voidaan esimerkiksi mallintaa kokonaisia sähköverkkoja reaaliajassa ja tutkia, miten ne käyttäytyvät erilaisissa kuormitus- ja häiriötilanteissa.

FutureGridin keskeinen työkalu on reaaliaikainen sähköverkkosimulaattori, jonka avulla voidaan rakentaa digitaalinen malli sähköverkosta ja testata siinä uusia ratkaisuja. Simulaatio pyörii reaaliajassa ja reagoi mittauksiin samalla tavalla kuin oikea verkko.

Tällaisessa ympäristössä voidaan kehittää ja testata esimerkiksi uusia ohjausalgoritmeja, energian varastointiratkaisuja sekä sähköverkon suojaus- ja hallintajärjestelmiä. Myös uusia verkkorakenteita voidaan tutkia, kuten tasasähköön perustuvia ratkaisuja, joita suunnitellaan esimerkiksi datakeskusten energiajärjestelmiin.

FutureGridissä voidaan lisäksi simuloida erilaisia häiriötilanteita ja verkkovikoja sekä tutkia esimerkiksi saarekekäyttöä, jossa osa sähköverkosta toimii erillään muusta järjestelmästä.

Alusta yrityksille ja startupeille

VTT:n mukaan FutureGrid on tarkoitettu sekä tutkimuskäyttöön että yritysten tuotekehityksen tueksi. Tutkimusympäristö tarjoaa mahdollisuuden testata uusia laitteita, ohjelmistoja ja palveluita ennen niiden käyttöönottoa todellisessa sähköverkossa.

Laboratorio tukee sekä varhaisen vaiheen startupeja että suuria energiayhtiöitä. Samalla se vahvistaa Otaniemen asemaa energia-alan tutkimuksen ja innovaatioiden keskittymänä.

Kun energiajärjestelmä digitalisoituu, sähköverkko muistuttaa yhä enemmän monikerroksista teknologia-alustaa. Fyysisen sähköinfrastruktuurin lisäksi sen toimintaa ohjaavat tietoliikenneverkot, ohjelmistot, algoritmit ja sovellukset.

FutureGridissä näitä kaikkia voidaan kehittää ja testata samassa tutkimusympäristössä – ilman että yksikään oikea sähköverkko tai sen käyttäjä joutuu kokeilun kohteeksi.