Hajautetusta tuotannosta erityisesti aurinkosähkön tuotantokapasiteetti on kasvussa. Yhä useammasta sähkön kuluttajasta on tulossa sähkön tuottaja, ja Suomeen on lisäksi suunnitteilla suuria aurinkosähköpuistoja. Energiaviraston mukaan vuoden 2021 loppuun mennessä sähköverkkoon oli liitetty yhteensä noin 395 megawattia aurinkosähkön tuotantokapasiteettia, josta vuoden 2021 osuus on 100 megawattia. Miten varmistetaan, että sähköverkot on mitoitettu tukemaan aurinkosähkön yleistymistä?
Tulevaisuuden kestävää verkkoa tutkimustiedon avulla
Mitoitusperiaatteita lähti selvittämään tutkijaryhmä, jossa osapuolina olivat Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto LUT ja Tampereen yliopisto. Tutkimushanke Laaja-alaisen aurinkosähkön yleistymisen huomioivat sähköverkon mitoitusperiaatteet päättyi 31.10.2022. Trimble rahoitti noin vuoden kestänyttä hanketta yhdessä Sähkötutkimuspoolin, STEK ry:n, Elenia Verkko Oyj:n, Kymenlaakson Sähköverkko Oy:n, Tampereen Sähköverkko Oy:n ja Lammaisten Energia Oy:n kanssa.
Tutkimushankkeen tavoitteena oli selvittää, miten sähköverkkojen nykyiset mitoitusperiaatteet soveltuvat tilanteeseen, jossa aurinkosähkö yleistyy laajamittaisesti. Hankkeessa tarkasteltiin sekä yksittäisten suurten aurinkosähköjärjestelmien että pienempien kotitalouskokoluokan aurinkosähköjärjestelmien liittämistä verkkoon. Myös mitoitusperiaatteiden kehittämistä ja joustavien ratkaisujen, kuten aurinkosähköjärjestelmien inverttereiden loistehon säädön, vaikuttavuutta kapasiteetin riittävyyteen selvitettiin.
Mitä tulee huomioida, kun aurinkosähkö yleistyy laaja-alaisesti?
Tutkimuksessa havaittiin, että nykyisessä mitoituslaskennassa ja nopeiden jännitemuutosten arvioinnissa löytyy muutostarpeita, jotka liittyvät aurinkosähkötuotannon ominaispiirteet huomioivaan parametrisointiin. Nykyiset parametrisoinnit saattavat johtaa joko sähköverkon tarpeettoman suureen vahvistamiseen tai asiakkaiden omien aurinkosähköjärjestelmien mitoituksen rajoittamiseen tarpeettoman pieneksi.
Jännitteen nousu sähköverkossa tulee huomioida, kun aurinkosähkö yleistyy laajasti. Tutkimuksessa havaittiin, että jännitteen nousua voidaan hillitä hyödyntämällä aurinkosähköinvertterejä loistehon säädössä. Vaikka maltillinen aurinkosähkön yleistyminen vähentää sähköverkossa muodostuvia häviöitä, niin loistehon säädön käyttäminen toisaalta jonkin verran lisää näitä häviöitä ja aiheuttaa riskiä jakelumuuntajien ylikuormittumiselle. Tutkijat kuitenkin näkevät, että aurinkosähköinvertterien loistehon säätö kannattaa ottaa käyttöön jännitetason nousun hillitsemiseksi. Jänniteongelmien välttämisessä voidaan myös hyödyntää päämuuntajan käämikytkintä.
Lisäksi tutkimuksessa havaittiin, että pätötehon leikkaus verkossa muodostuvien kapasiteettirajoitteiden, esimerkiksi poikkeuskytkentätilanteiden, aikana saattaisi toimia turvarajana ylijänniteongelmiin. Tutkijat eivät kuitenkaan suosittele pätötehon leikkaamista suunnittelua ohjaavana keinona.
Tutkimustietoa hyödynnetään myös järjestelmäkehityksessä
Tutkimustiedolla on tärkeä rooli myös ohjelmistokehityksessä. Hajautetun tuotannon merkityksen kasvaessa myös suunnittelutyökaluilta vaaditaan parempaa tukea. Esimerkiksi erilaisten skenaarioiden avulla voidaan pyrkiä arvioimaan mahdollisia kehityskulkuja ja varautua tulevaan. Kun verkkoa joudutaan sopeuttamaan voimakkaasti muuttuvaan tilanteeseen esimerkiksi tehonjaon suhteen, on vaikkapa korvaustilanteiden osalta varmasti tilausta avustaville robottikäsille.
Hajautettu tuotanto ja sen mallintaminen on myös jakeluverkon tilaseurannan kannalta isossa roolissa, kun kehitetään ratkaisuja käytöntukeen. Hajautetun tuotannon sääriippuvuuden aiheuttamien tilamuutosten tarkempaan seurantaan ja täsmällisempään ennustamiseen päästään yhdistämällä laitekohtaisia ominaisuustietoja, säätömekanismeja ja historiallista tuotantoa eri säätyyppeihin.
Kun hajautettu tuotanto ja automaatio lisääntyvät, tarvitaan parempaa jakeluverkon tilannetietoisuutta ja analyyttisempää prosessia suodattamaan isoja tietomääriä ja ennakoimaan mahdollisia teknisen käytettävyyden uhkia. Poikkeuksellisten kytkentätilanteiden ja kytkentäsuunnittelun yhteydessä tulee ennakoida, miten hajautettu tuotanto vaikuttaa verkon jännitteen laatuun, jakelun luotettavuuteen ja turvallisuuteen. Järjestelmien tulee hälyttää ja opastaa kuinka konflikteilta vältytään.
