Suomalaista ja pohjoismaista sähköjärjestelmää on säädettävä entistä ahkerammin tulevaisuudessa, koska säätämistä kaipaavat sähköntuotantomuodot kasvavat vauhdilla. Samalla moni säätämiseen hyvin soveltuva sähköntuotantomuoto katoaa markkinoilta. Säätämiseen kykenevien voimalaitosten rinnalle nousee kuitenkin uutta säätötekniikka, mutta ne eivät vielä ratkaise säätämisen haasteita.

Vesivoimalaitosten säätökyky on ylivertainen muihin säätömenetelmiin verrattuna. Vesivoimalaitos on ketterä. Se mukautuu joustavasti sähköntuotannossa ja sähkön kulutuksessa tapahtuviin muutoksiin. Vesivoimalaitosten tuottamalla säätöenergialla voidaan paikata monipuolisesti vain muutamien sekuntien pituisia vajeita tai yhtä hyvin pitkiä, kaukana tulevaisuudessa odottavia tarpeita. ÅF-Consult Oy on tutkinut vesivoiman asemaa tuoreessa "Vesivoiman merkitys Suomen energiajärjestelmälle" -selvityksessä.

Säätäminen varmistaa tasapainon

Mitä säätäminen on ja miksi siitä puhutaan niin paljon? Sähköjärjestelmää on säädettävä jatkuvasti, jotta sähköntuotanto ja sähkönkulutus vastaisivat toisiaan. Ilman tasapainoa sähköjärjestelmä kaatuisi.

Säätäminen voi tarkoittaa sähköä käyttävien laitteiden tai prosessien kytkemistä irti verkosta, mikäli sähkön tuotannossa tapahtuu notkahduksia. Notkahduksen voi aiheuttaa esimerkiksi tuulivoimalaitoksen pysähtyminen tyynellä säällä.

Yleisimmin notkahduksen aiheuttamia reikiä paikataan muiden voimalaitosten tuottamalla sähköllä — jos tuulivoimalaitos pysähtyy, rientää joku toinen sähköntuotantomuoto paikkaamaan reikää.

Reikien paikkailua, eli sähköjärjestelmän säätämistä, tarvitaan sekä lyhyellä että pitkällä aikavälillä: tunneittain, vuorokausittain ja vuodenajoittain. Säätämistä tapahtuu jopa vain sekuntien pituisilla jaksoilla.

Säätäminen ei aina ole sähköntuotannon lisäämistä. Mikäli kotitalouksien tai teollisuuden sähkönkäyttö vähenee syystä tai toisesta, on voimalaitosten tuotantoa vähennettävä vastaavalla määrällä. Vaikeasti ennustettava tuulisähkön tuotanto voi aiheuttaa samanlaisia tarpeita: äkillinen tuulenpuuska lisää verkossa tuulisähkön määrä, jolloin muiden voimalaitosten on kyettävä vähentämään tuotantoaan.

Monenlaisia säätäjiä

Sähkön tuotannon ja kulutuksen tasapainoa pidetään yllä muillakin tavoilla kuin säätämiseen kykenevillä voimalaitoksilla. Suomalaista sähköjärjestelmää voidaan säätää viennin ja tuonnin avulla. Ylimääräinen sähköjärjestelmän tasapainoa uhkaava sähkö voidaan liruttaa rajajohtoja pitkin Ruotsiin, Norjaan tai Viroon — yhteispohjoismaisille markkinoille. Vastaavasti rajajohtoja pitkin sähköä voidaan myös valuttaa Suomeen, mikäli järjestelmä sitä kaipaa.

ÅF-Consult toteaa selvityksessään, että tuontisähköä on tähän mennessä ollut tarjolla aina kun sitä on tarvittu — tuontisähköllä on siis voitu hoitaa Suomessa monet sähköjärjestelmän säätämisen tarpeet. Pohjoismainen sähkö ja erityisesti säätämiseen soveltuva sähkö kiinnostavat kuitenkin myös muita Euroopan maita. Siirtoyhteyksien rakentaminen pohjoismaista Baltiaan, Britanniaan ja Keski-Eurooppaan lisäävät mahdollisuuksia viedä sähköä entistä enemmän Pohjolasta etelään. Kysynnän kasvu muualla Euroopassa voi nostaa sähkön hintaa Pohjolassa.

Myös sähkön kulutusta voidaan ohjailla — eli säätää — sähkön tuotantoa vastaavaksi. Se on yksi keino ylläpitää sähköjärjestelmän tasapainoa. Kulutuksen ohjailun eli kulutusjoustojen arvioidaan vahvistuvan ja yleistyvän samalla kun sähköntuotantojärjestelmän kyky joustoihin vähenee. Tulevaisuudessa — ja osin jo nyt — kulutusjoustot voidaan toteuttaa entistä helpommin älyteknologian avulla, jolloin kotitalouksien ja teollisuuden sähkökuormia ohjataan automaattisesti ilman, että kukaan edes huomaa mitään.

Kulutusjoustojen mahdollisuudet ovat kuitenkin ÅF-Consultin selvityksen mukaan vielä rajalliset. Tällä hetkellä kulutusjoustoilla voidaan parhaiten paikata tunnista kolmeen tuntiin kestäviä jaksoja. Kulutusjoustojen tarjoamat tehotkin ovat vielä vaatimattomat. Kantaverkkoyhtiö Fingrid on laskenut yli tunnin mittaisen kysyntäjouston tehopotentiaaliksi enimmillään 600 megawattia, mutta vähimmillään se on nolla.

Suurikokoisiin akkuihin varastoitua sähköä voidaan myös käyttää ylläpitämään sähköjärjestelmän tasapainoa. Akkuteknologian kehittymisen imussa Suomessa on jo käynnistetty joitakin pilottihankkeita. Ajatuksena on säilöä akkuihin esimerkiksi tuulivoimalaitosten tai aurinkopaneeleiden tuottamaa ylimääräistä sähköä aikana, jolloin sitä syntyy yli tarpeen. ÅF-Consult kuitenkin huomauttaa selvityksessään, että akkuteknologian hyödyntäminen on kallis menetelmä. Sähkövarastojen tarjoama säätöpotentiaali on myös rajallinen: se riittää vain muutaman tunnin pituiseen säätämiseen.

Hyvät ja heikot säätäjät

Kaikki säätämiseen kykenevät voimalaitokset eivät osaa tuottaa säätösähköä yhtä hyvin. Osa reagoi hitaasti ja osa syttyy nopeasti. Voimalaitosten säätökykyyn vaikuttaa myös vuodenaika. Esimerkiksi kesällä osa sähköä ja kaukolämpöä tuottavista voimalaitoksista on kiinni, koska kesällä kaukolämpöä ei tarvita. Kylminä talvikuukausina ne taas käyvät kuumina ympäri vuorokauden, jolloin sähköä syntyy kätevästi kaukolämmön sivutuotteena. Voimalaitokset luokitellaan säätökykynsä mukaan heikosti säädettäviin ja hyvin säädettäviin.

Hyvin säädettäviä voimalaitoksia ovat vesivoimalaitokset sekä sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset. Heikosti säädettäviä ovat ydinvoima, tuulivoima ja aurinkovoima. Viime vuonna Suomen yhteenlaskettu sähköntuotantoteho oli hieman yli 15 000 megawattia. Tästä hyvin säädettävien laitosten osuus oli kaksi kolmannesta — noin 10 000 megawattia.

ÅF-Consult Oy:n selvityksen mukaan Suomen sähköntuotantokapasiteetti nousee 22 000 megawattiin vuoteen 2030 mennessä. Samalla hyvin säätämiseen kykenevien laitosten yhteenlaskettu teho putoaa 8000 megawattiin.

Mitä suomalaisessa sähköntuotantojärjestelmässä oikein tapahtuu seuraavien kymmenen vuoden aikana? Ainakin ydinvoimalaitoskapasiteetti lähes kaksinkertaistuu, kun rakenteilla ja suunnitteilla olevat laitokset valmistuvat. Tuulivoimalaitosten määrä taas näyttää vähintään kolminkertaistuvan nykyisestä ja aurinkovoimaakin arvioidaan olevan 80 kertaa enemmän kuin tällä hetkellä. Kaikki kasvavat tuotantomuodot sopivat huonosti tai vielä huonommin säätämiseen. Tuuli- ja aurinkovoima päinvastoin tarvitsevat tuekseen säätövoimaa.

Hyvin säätämiseen taipuvista tuotantomuodoista suurimman kadotuksen kokee sähkön ja lämmön yhteistuotanto. ÅF-Consult Oy arvioi, että yhteistuotannon kapasiteetti supistuu 6800 megawatista noin 4800 megawattiin vuoteen 2030 mennessä. Tapahtumilla ei kuitenkaan ole oleellista merkitystä kaukolämmön tuotannon kannalta — suuret lämpöpumput tai pelkkää lämpöä tuottavat laitokset korvaavat perinteisiä sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksia. Käytettävissä oleva säätämiseen hyvin soveltuva sähköteho sen sijaan supistuu.

KAINALOSSA

Vesivoima on suurin säätäjä

Suurin osa Suomessa käytetystä säätösähköstä tuotetaan vesivoimalaitoksilla. Viime vuonna kaikki sähköntuotannon vähentämiseen johtaneet säätötoimet — eli "alassäätö" — toteutettiin vesivoimalla. "Ylössäädöstä" eli sähköntuotannon lisäämisestä taas 85 prosenttia oli vesivoimaa.

Sähköjärjestelmän säätämisessä tarvittava sähkö ostetaan säätösähkömarkkinoilta. Säätösähkömarkkinat toimivat huutokauppaperiaatteella — edullisimman tarjouksen tehnyt pääsee tuottamaan säätösähköä. Toteutuneiden säätösähkökauppojen perusteella vesivoima on edullisin säätösähkömuoto.

Suomessa on hieman yli 220 vesivoimalaitosta. Niiden yhteenlaskettu teho on noin 3100 megawattia. Vesivoimalaitostehosta kaksi kolmannesta — noin 2100 megawattia — kykenee tarjoamaan hyvälaatuista säätöä sähköjärjestelmälle. Käytännössä noin puolet vesivoimalaitoksista kelpaa säätämiseen.

Säätämisen kannalta vesivoima on nopea ja ketterä sähköntuotantomuoto. Pysähdyksissä oleva vesivoimalaitos voidaan polkaista täyteen vauhtiin vain muutamassa minuutissa. Jo käyvän vesivoimalaitoksen tuotantotehoa voidaan kasvattaa sekunneissa.

Vesivoimalaitostoiminta on Suomessa tarkasti säädeltyä. Toimintaa ohjataan vesilain ja laitoskohtaisten lupien avulla. Laitoskohtaisilla luvilla voidaan rajoittaa alueellisesti vesivoiman käyttöä — tavoitteena voi olla esimerkiksi toiminnasta aiheutuvien haittojen vähentäminen.

Vesivoimalaitoksilla ei tuoteta pelkästään sähköä. Vesivoimalaitosten avulla ohjaillaan jokien virtaamia ja säädellään vedenkorkeutta. Tämä tuottaa taloudellista hyötyä mm. tulvariskien hallinnan, vesiliikenteen, virkistyskäytön, vedenhankinnan ja kalankasvatuksen kautta.

ÅF-Consult Oy:n selvityksen voi kokonaisuudessaan ladata koneelle täältä.

teksti Petri Sallinen / kuva Lehtikuva Oyj

Lue lisää vesivoima-aiheisia juttuja.

Kesän kuivuus ei vaikuttanut
Vaihtelevia velvoitteita
Pienvesivoima tikun nokkaan?
Vesisähkö huolehtii tasapainosta
Vesivoimalaitos ei jäädy talvella
Uusiutuvien ykkönen
Poolien muodostuminen helpottuu
Kulkureittejä vaeltajille