Tutkimus

Hiilineutraalia maailmaa rakennetaan sähköllä

Pirkko Harsia
Maailma sähköistyy nyt vauhdilla. Kulutus kasvaa ja uusiutuvat energiamuodot, kuten tuuli- ja aurinkosähkö, ovat avainasemassa pyrittäessä kohti hiilineutraaliutta. Muutos tuo mukanaan myös haasteita, joiden ratkaisemiseksi tarvitaan joustoja myös kotitalouksissa.

– Suurin tekijä muutoksen taustalla on tarve hillitä kasvihuonepäästöjä. Tässä sähköllä on iso rooli. Samanaikaisesti tuotannon kanssa muuttuu myös kysyntä, kun sekä liikenne että lämmitysjärjestelmät ovat muuttumassa sähköperusteisiksi, sanoo Tampereen ammattikorkeakoulun talotekniikan yliopettaja Pirkko Harsia.

Harsia on yksi LUT-yliopiston, Aalto-yliopiston, Tampereen yliopiston ja Tampereen ammattikorkeakoulun yhteishankkeen tutkijoista, jotka kartoittavat energiajärjestelmän jouston tarpeita ja toteutuspotentiaalia vuoteen 2035 ulottuvien skenaarioiden avulla.  TAMKin vastuulla tutkimuksessa on erityisesti sähköiseen talotekniikkaan ja sähkön kulutuksen muutokset kiinteistöissä liittyvät kysymykset. 

Tuotanto ja kulutus oltava tasapainossa

Sähköenergiajärjestelmien ja jouston tarpeiden tutkimus on juuri nyt ajankohtaista, sillä uudet tuotantotavat ja muuttuva kulutus tuovat muutoksia sähköenergiajärjestelmässä vallitsevaan tasapainoon. Sähköä kyllä riittää kasvavaan kysyntään, mutta haasteita tuo tuotannon ja kulutuksen ajoitus.

– Sähkö on tuoretuote, jonka tuotannon ja kulutuksen on oltava tasapainossa. Kaikki sähkö, joka tuotetaan, pitää myös kuluttaa, sanoo Harsia.

Perinteisessä sähkövoimajärjestelmässä tasapainoa on ylläpidetty ennen kaikkea tuotantoa sääntelemällä. Esimerkiksi vesivoimassa jousto on melko helppoa toteuttaa. Tuulisähkössä tuotannon ennustettavuus sen sijaan vaihtelee, ja sen säätäminen on rajoitetumpaa. 

– Tuulisähkö on puhdas ja tällä hetkellä Suomessa myös edullisin tapa tuottaa sähköä. Haasteita tulee kuitenkin tuotantokapasiteetin säädössä.  Jos ei tuule, ei sähköä tule ja toisaalta tuuliseen aikaan tuotantoa voi tulla yli kysynnän. Se onkin vielä pahempi ongelma, Harsia selittää.

Sähkömarkkinoilla liikatuotanto kääntää markkinat päälaelleen tilanteeseen, jossa sähköenergian hinta on jopa negatiivinen. Tästä on esimerkkejä Saksasta ja myös Suomessa tukkusähkön hinta on tänä syksynä painunut hetkellisesti negatiiviseksi.

Kysyntäjousto voi tasoittaa tuotannon vaihteluita 

Kun tuotanto ei jousta riittävästi, on kysynnän joustettava. Aivan uudesta asiasta ei toki sähkön kysyntäjoustossa ole kyse.

– On paljon kotitalouksia, joissa jonkinlaista kysyntäjoustoa on toteutettu jo pitkään. Hintaohjattu kulutus yösähköineen tai tehorajoitukset, joissa vaikkapa osa lämmitystä suljetaan pois silloin, kun saunan kiuas laitetaan päälle, Harsia nimeää esimerkkeinä.

Uudessa sähköntuotantojärjestelmässä jousto tulee kuitenkin entistä tärkeämmäksi. Kiinteistöautomatiikka erilaisine antureineen tulee yleistymään. Lämmitystä, ilmanvaihtoa ja muuta sähkön kulutusta voidaan tulevaisuudessa yhä tarkemmin säätää tarpeen ja sähkön tarjonnan mukaan, niin että käyttäjän ei tulisi sitä huomata.

– Yksittäiselle kohteelle ja kuluttajalle tuskin on merkitystä sillä, jos lämminvesivaraaja on päällä silloin, kun sähköä on paljon saatavilla ja pois päältä silloin, kun sitä on vähemmän. Tavoitteena olisi välttää tilanteita, joissa isoja laitteita on päällä samaan aikaan. Jos saunan sähkökiuas on päällä, ei sähköautoa tarvitse ladata samaan aikaan. Harva nyt kuitenkaan saunoo ja ajaa autoa yhtä aikaa, naurahtaa Harsia.

Lisääntyvän omatuotannon, aurinkosähkön, tehokas hyödyntäminen omaan käyttöön edellyttää myös kohteessa jousto-ohjauksia, jotta tuotanto ja kulutus saadaan yhteen sovitettua.

Sähköalan osaajia tarvitaan taistelussa ilmastonmuutosta vastaan

Kun sähköenergiajärjestelmät uudistuvat, tarvitaan paitsi lisää joustoa myös uusia toimintamalleja ja osaavaa työvoimaa. Kun vaihtoehtojen kirjo ja teknologiat lisääntyvät ja monimutkaistuvat, lisääntyy myös tarve kokonaisnäkemykselle ja vastuulle.

– Kiinteistöjen sähköjärjestelmien suunnittelulle ei ole ollut vastaavia vaatimuksia, kuin on ilmanvaihto- tai vesi- ja viemärijärjestelmien suunnittelulle. Juuri annettu ympäristöministeriön asetus tuo jatkossa suunnitteluvelvoitteen ohjaus- ja automaatiojärjestelmälle sekä paikalliselle sähköntuotannolle. Vaatimukset pitäisi nostaa samalle tasolle kaikissa talotekniikan osa-alueissa, Harsia toteaa.

Sähköinsinöörien työllistyminen on ollut viime vuosina erittäin hyvä. Tulevaisuus lupaa vieläkin parempaa, sillä edessä oleva muutos on suuri, eikä tekijöitä ja osaajia ole liikaa. Pirkko Harsia haluaakin kannustaa ympäristöstä huolestuneita nuoria sähkötekniikan opintojen pariin.

– Mitä muuta tuotetta toimitetaan jokaiseen kotitalouteen 24/7? Sähköllä on iso rooli maailman pelastamisessa!

 

Jousto 2030 visio - Energiajärjestelmän jouston tarpeet ja toteutuspotentiaali 2030 -tutkimushankkeen rahoittaa Sähkötekniikan ja energiatehokkuuden edistämiskeskus STEK ry.  Yhteishankkeessa on mukana tutkijoita LUT-yliopistosta, Aalto-yliopistosta, Tampereen yliopistosta sekä TAMKista. Tutkimus valmistui lokakuussa 2020.

 

Lisätiedot: Pirkko Harsia, Yliopettaja, talotekniikka, Rakennettu ympäristö ja biotalous. pirkko.harsia [at] tuni.fi

 

 

Teksti: Helena Pekkarinen

Kuva: Petri Kivinen

 

Uusimmat uutiset kategoriassa Tutkimus

Uusimmat uutiset