Tuulivoima myötätuulessa

Tuulivoimaa rakennetaan Suomeen kiihtyvällä tahdilla. Tuulivoimayhdistyksen tilastojen mukaan eri vaiheissa olevia tuulivoimalahankkeita on Suomessa yli 50 000 megawatin edestä. Tuulivoiman voimakkaasti lisääntyessä se kattaa ajoittain merkittävän osan sähköjärjestelmän tuotannosta. Sähköjärjestelmän tuotannon ja kulutuksen täytyy kuitenkin olla jatkuvasti tasapainossa. Tällaiset tilanteet aiheuttavat haasteita tasapainon ylläpitämiselle.

Tuulivoima voi osaltaan olla myös ratkaisemassa haasteita. Samalla avautuu myös mahdollisuuksia tuulivoiman monipuolisempaan käyttöön energiajärjestelmässä pelkän energian tuottamisen sijaan. Vastaavasti taloudellinen tuottopotentiaali kasvaa, kun tuulivoimalaa voidaan käyttää useampaan tarkoitukseen.

Mahdollisuudet reservimarkkinoilla 

Reservimarkkinoilla Fingrid hankkii resursseja sähköjärjestelmän hetkellisten poikkeamien tasapainottamiseen. Eri reservituotteilla tasataan verkon taajuutta ylös- ja alassäätötoimenpiteillä. Reserveinä voivat toimia voimalaitokset, kulutuskohteet ja energiavarastot. Myös tuulivoimalat ovat potentiaalisia reservikohteita. Tehotasapainon haasteiden kasvaessa uusiutuvan energian myötä tuulivoiman osallistumien reservimarkkinoille on tarpeellista, ellei välttämätöntä.

Fingridin alkuvuodesta käynnistämässä hankkeessa testataan pilottikohteissa tuulivoiman toimivuutta reservimarkkinoilla. Vuoden 2023 aikana toteutettavassa pilotissa on mukana kolme toimijaa yhteensä 550 MW teholla. Hankkeessa pilotoidaan kaikkia automaattisia reservejä.

Reservituotteet myös kehittyvät jatkuvasti. Esimerkiksi vuonna 2022 otettiin Pohjoismaissa käyttöön taajuusohjatun häiriöreservin (FCR-D) alassäätötuote. Tuotteella hallitaan verkossa tapahtuvia ylitaajuushäiriöitä, joissa tuotanto ylittää kulutuksen ja verkon taajuus tämän seurauksena nousee.

Tuulivoima soveltuu erityisesti alassäätöreservin toimitukseen, koska säätövaraa alaspäin -eli tehon laskemiseen- ei tarvitse erikseen varata tuotantotehon kustannuksella. Tämä poikkeaa ylössäädöstä, jossa tehon lisäämiselle täytyisi jättää ”varaa” eli maksimituotantoa jouduttaisiin rajaamaan. Alassäädössä tällaista ongelmaa ei ole. Lisäksi häiriöreservin aktivoituminen on yleensä lyhytkestoinen tapahtuma eikä näin ollen tee suurta lovea itse tuotantoon. Nämä aktivoitumiset ovat myös verrattain harvinaisia.

Akkuvarastot yhteistoiminnassa tuulivoimaloiden kanssa

Myös sähkövarastoja käytetään aktiivisesti sähköverkon taajuusvaihteluiden tasapainottamiseen. Sähkövarastot sopivatkin erinomaisesti tuuli- ja aurinkovoiman yhteyteen. Yhteiskäyttö akkuvarastojen kanssa monipuolistaa myös tuulivoimaloiden käyttömahdollisuuksia entisestään, joko reservimarkkinoiden kautta tai ohjaamalla tuotantoa akun kautta. Akun avulla voidaan esimerkiksi kontrolloida voimalan verkkoon tuottamaa hetkellistä tehoa joko varastoimalla osa voimalan tuotannosta tai purkamalla energiaa verkkoon. Tätä ohjausta voidaan tehdä esimerkiksi sähkön hinnanmuutosten perusteella.

Power to X

Suuria odotuksia on myös Power-to-X -ratkaisuilla, eli synteettisten polttoaineiden tuottamisella sähkön avulla. Esimerkiksi uusiutuvalla energialla voidaan tuottaa vetyä, jota voidaan varastoida, kuljettaa toisaalle ja käyttää eri tarkoituksiin. Mikäli sähköntuotannossa olisi ylitarjontaa, voitaisiin energialla valmistaa vetyä. P2X-prosessin kannalta on olennaista, että sähkö on edullista ja tuotettu uusiutuvalla energialla ja vastaavasti lopputuotteen on oltava riittävän arvokasta, jotta ratkaisu on kannattava.

Ratkaisu koostuu monista tekijöistä – ohjelmistojen merkitys kasvaa

Tuulivoiman on mahdollista osallistua energiajärjestelmän toimintaan muutenkin kuin pelkän energiantuotannon osalta. Reservimarkkinat tarjoavat vaihtoehtoja erilaisiin tapoihin edistää sähköjärjestelmän toimivuutta. Akkuvarastot voivat olla joko tasapainottavia elementtejä tai auttaa jouston ja tuotannon optimoinnissa osana tuulivoiman ja varastoinnin hybridiratkaisua. Tulevaisuudessa myös P2X monipuolistaa kuviota entisestään. Jatkossa uusiutuvan energian voimalaratkaisut voivatkin koostua yhä useammasta keskenään keskustelevasta järjestelmästä sekä useammasta tavasta tehdä tuottoa ja osallistua sähköjärjestelmän toimintaan. 

Mitä useampaa eri käyttötarkoitusta tai komponenttia yhteen ratkaisuun sisällytetään, sen monimutkaisempaa tulee myös sen hallinnasta ja optimoinnista. Ennusteet sähkön ja reservituotteiden hinnasta sekä sääolosuhteista ovat eräitä olennaisia tekijöitä, joita energianhallintajärjestelmät tarvitsevat tulevaisuuden hybridivoimaloiden ohjaamiseen.

Toiminnat integroidaan moderneilla energianhallintajärjestelmäohjelmistoilla, joiden avulla valvotaan laitteistojen toimintaa ja ennen kaikkea viedään suorituskyvyt sähkömarkkinoille, joissa on lukuisia ansaintavaihtoehtoja, joiden edullisuus vaihtelee nopeasti, monien tekijöiden summana. Manuaalisesti ei päästä lähellekään automatisoitujen ja optimoitujen järjestelmien avulla saatavaa tuottopotentiaalia. Uudet järjestelmät vaativat paljon myös niitä hallitsevilta ohjelmistoilta, tietoturva, vakioidut rajapinnat ja eri käyttäjärooleja tukevat liittymät korostuvat.

Blogin kirjoittaja on energia-asiantuntija ja projektipäällikkö DI Tommi Siponen