Espanjan sähkökriisistä on otettava oppia Suomessakin

– Sähköverkko on monimutkainen järjestelmä, jonka hallintaan pitää kehittää jatkuvasti uusia ratkaisuja. Verkonhallinnassa tyydytään liian helposti vakiintuneisiin toimintamalleihin, jotka eivät enää kaikin osin vastaa nykyisiin haasteisiin, sanoo sähkötekniikan professori Kimmo Kauhaniemi Vaasan yliopistosta.

Laajin esimerkki verkon pettämisestä nähtiin huhtikuussa, kun koko Espanja, suuri osa Portugalista ja Andorrasta sekä osa Ranskaa pimeni toistaiseksi tuntemattomasta syystä.

Toukokuussa puolestaan 160 000 ranskalaista kotitaloutta jäi ilman sähköä, kun vandaalit polttivat sähköaseman ja katkaisivat korkeajännitelinjan pylvään.

Suurimman haasteen sähköverkoille aiheuttaa kuitenkin tuulivoiman ja aurinkoenergian lisääntyminen. Niiden tuotantomäärä vaihtelee sään mukaan, mikä vaikeuttaa sähkön kysynnän ja tarjonnan tasapainon ylläpitämistä. Jos verkon tasapaino häiriytyy, voi verkosta pudota automaattisesti tuotantokapasiteettia tilanteessa, jossa sitä pitäisi saada lisää. Tämä voi pahimmassa tapauksessa aiheuttaa väärään suuntaan kulkevan ketjureaktion, joka kaataa koko verkon.

Uusin riski nousee geopoliittista jännitteistä. Kun tietotekniikka on lisääntynyt sähköjärjestelmässä, on kyberhyökkäyksille avautunut uusia ovia.

– Tietoturvauhkiin asennoidutaan varmasti edelleen tarpeettoman huolettomasti, vaikka alan yritykset ovat toki investoineet aiempaa enemmän kyberhyökkäysten torjumiseen, arvioi Kauhaniemi. 

Äly lisää turvallisuutta

Sähköjärjestelmän haavoittuvuus on yhä suurempi ongelma siksi, että koko yhteiskunta sähköistyy nopeasti.

Onneksi myös sähköverkon suojauskeinot kehittyvät nopeasti. Vaasan yliopisto on ollut useissa hankkeissa kehittämässä älykkäitä ja häiriösietoisia ratkaisuja sähköverkkoihin. Älyratkaisut tuottavat esimerkiksi reaaliaikaista tietoa sähköverkon tilasta ja auttavat paikallistamaan häiriöt nopeasti.

Yksittäisiä teollisuuslaitoksia tai alueita palvelevat mikroverkot ovat yleistyneet etenkin Yhdysvalloissa ja Aasiassa, missä kantaverkon kapasiteettirajoitteet ovat aiheuttaneet paljon haasteita. Yhdysvalloissa puolustusteollisuus on osaltaan ollut kehittämässä mikroverkkoja, joiden ohjaus ja hallinta eivät ole riippuvaisia haavoittuvasta kommunikaatioteknologista.

– Meilläkin kannattaa verkon suunnittelussa pohtia aiempaa enemmän muusta sähköverkosta erotettuun saarekekäyttöön soveltuvien mikroverkkojen käyttöä. Ne voivat varmistaa saarekkeessa olevien asiakkaiden sähkönjakelun jatkuvuuden häiriö- tai poikkeustilanteissa. Samoin ne voivat lisätä koko sähköjärjestelmän joustavuutta niin normaali- kuin poikkeustilanteissakin, sanoo Vaasan yliopiston sähkötekniikan professori Hannu Laaksonen.

Suomessa saarekkeessa toimivia varavoimaratkaisuja ja energiavarastoratkaisuja osana näitä mikroverkkoja hyödyntävät esimerkiksi sairaalan kaltaiset kriittiset organisaatiot. Mikroverkoissa energia tuotetaan ja hallitaan esimerkiksi moottorivoimalan, aurinkokennojen, akkuvaraston ja ohjattavan kuorman avulla.

Erilaiset ja eri kokoiset mikroverkot voidaan nähdä tulevaisuuden joustavan sähköjärjestelmän keskeisinä osakokonaisuuksina. Ne voivat tarjota joustoresursseja koordinoidusti erimerkiksi eri markkinapaikkojen kautta sekä paikallisesti jakeluverkon että koko sähköjärjestelmän tarpeisiin.

– Olemme viime vuosikymmeninä tutkineet Vaasan yliopistossa muun muassa juuri näitä mahdollisuuksia sekä erilaisia mikroverkon suojausratkaisuja ja invertteriliitännäisten joustoresurssien säätöperiaatteita niin verkon rinnalla kuin saarekkeissakin, sanoo Laaksonen.

Invertteriliitännäinen joustoresurssi voi olla esimerkiksi akkuvarasto, jolla voi tasapainottaa sähkön tuotantoa ja kulutusta ja joka on kytketty sähköverkkoon tasavirtaa vaihtovirraksi muuntavan invertterin kautta. 

Kriisinkestävyys on suuri vientimahdollisuus

Energiajärjestelmän häiriöttömyyden varmistamiseen ei siis ole yhtä patenttimenetelmää, vaan joukko jatkuvasti kehittyviä ratkaisuja. Teknologian lisäksi tarvitaan myös joustavia markkinamekanismeja sekä lainsäädännön uudistamista.

Vaasassa toimiva Pohjoismaiden suurin energiateknologian keskittymä on vahva esimerkki myös alan globaalista kasvupotentiaalista.

– Joustavassa energiateknologiassa on valtavat vientimahdollisuudet, joten senkin vuoksi Suomen kannattaa investoida yhä enemmän sähköjärjestelmien tutkimiseen ja kehittämiseen, sanoo Laaksonen. 

Lisätiedot

Kimmo Kauhaniemi, sähkötekniikan professori, Vaasan yliopisto, puh. 029 449 8287, kimmo.kauhaniemi@uwasa.fi

Hannu Laaksonen, sähkötekniikan professori, Vaasan yliopisto, puh. 029 449 8303, hannu.laaksonen@uwasa.fi

Esimerkkejä energiajärjestelmiin liittyvistä tutkimushankkeista Vaasan yliopistossa

Smart Grid 2.0. Etsi ratkaisuja sähköverkon kapasiteetin rajoitteiden poistamiseksi kehittäen innovatiivisia ratkaisuja vaihtosuuntaajaliitäntäisten energiaresurssien hyödyntämiseen verkkojen tehotasapainon hallinnassa.

CIRP -5G. Kehitti uusia tekniikoita älykkään sähköverkon hallintaan hyödyntäen erityisesti 5G-pohjaisen langattoman tiedonsiirron ja tekoälyn mahdollisuuksia.

GCCS. Kehittää sertifiointiprosesseja voimalaitosten verkkoon liittymisen sääntöjen noudattamiseksi.

REDISET. Hankkeessa tutkittiin digitaalista energiavarmuutta ja sietokykyä sosioteknisestä ja moniteknisestä näkökulmasta, jotta saatiin ymmärrystä siitä, miten tulevaisuuden tekniikat otetaan parhaiten käyttöön yhteiskunnassa ja kriittisessä infrastruktuurissa.