Reaaliaikainen tehonjakolaskenta tukee Eleniaa vihreän siirtymän haasteissa
Suomen toiseksi suurimman verkkoyhtiön Elenian jakelualueella vihreä siirtymä on jo hyvää vauhtia tapahtumassa, sillä kulutuksen lisäksi Elenian sähköverkosta kulkee myös paljon tehoa kantaverkon suuntaan. Uusiutuvan energian osuuden kasvaessa sähköjärjestelmää hallitsemaan tarvitaan uudenlainen, kehittynyt käytöntukijärjestelmä. Sen kivijalka on Trimblen luotettava ja suorituskykyinen, reaaliaikainen, SCADA- ja verkkotiedot sekä älymittareilta saatavan datan yhdistävä tehonjakolaskenta, jota Elenia on ollut mukana kehittämässä.
Tehonjakolaskenta tukee verkkoyhtiön operatiivista työtä tarjoamalla yksityiskohtaisempaa tilannetietoa verkon sähköteknisestä tilasta. Verkkoyhtiön määrittelemien raja-arvojen ulkopuolelle jäävien laskentatulosten aiheuttamat hälytykset mahdollistavat nopeamman reagoinnin ongelmiin. Tällä tavoin voidaan estää jakelukeskeytyksiä ja verkon vaurioita, joita energiamurroksen myötä muuttuvassa ympäristössä syntyisi, jos käytöntuen ratkaisut eivät kehittyisi muutoksen mukana.
Elenian käyttökeskuspäällikkö Teemu Suvela kuvaa uudistuneen sähköverkon ilmiöitä niin monimutkaisiksi ja haastaviksi, ettei ihminen ehdi niitä enää laskea ja tarkastella.
“Hajautetun tuotannon ja akustojen huomioiminen reaaliaikalaskennassa ja kaikissa analyyseissa on keskeinen asia, jotta tulevaisuuden verkkoa pystytään ylipäätään hallitsemaan. Elenian sähköverkkoon on jo nyt liitetty 1300 megawattia tuulivoimaa ja tuotantokäyttöpaikkoja on noin 17 000”, hän sanoo.
Äärimmäisen suorituskykyinen reaaliaikainen laskenta
SCADA- ja verkkotiedot yhdistävän tehonjakolaskennan kehityshankkeen tavoitteeksi asetettiin luotettava ja suorituskykyinen reaaliaikalaskenta ja siihen optimoitu verkkomalli. Haluttiin myös hyödyllisiä tuloksia operatiivisen työn tueksi tuotannossa olevan DMS-käytöntukijärjestelmän puolelle.
Hanke on ollut merkittävä askel kohti kehittyneempää ja suorituskykyisempää käytöntukijärjestelmää. Säteittäisesti syötetyn keski- ja pienjänniteverkon reaaliaikaisen tehonjakolaskennan avulla jakeluverkoista saadaan tilannetietoa, jota monimutkaisen verkon hallinnassa tarvitaan. Miten tilannetieto sitten syntyy?
Tehonjakolaskennan reaaliaikainen malli käyttää SCADA-järjestelmästä ja älymittareilta tulevia mittaustietoja. Suvela kertoo, että jakeluverkon puolelta tuleva tieto on todella reaaliaikaista: “Näiltä uusilta älymittareilta, joita meillä on yli 200 000 kpl jo asennettu, tulee viiden minuutin aikasarjaa noin 10–20 minuutin viiveellä.”
Käytöntukijärjestelmä analysoi saapuvaa tietoa, ja jos jokin laskentatulos on Elenian määrittelemien sallittujen raja-arvojen ulkopuolella, antaa järjestelmä hälytyksen. “Käyttötoiminnan näkökulmasta tämä on iso asia. Koko ajan laskennat tapahtuvat siellä taustalla jatkuvasti syklisesti, ja erityisesti siellä myös tapahtuu priorisointi. Eli missä tehdään kytkentämuutos, niin se lähtö pomppaa laskennan ensimmäiseksi. Meillä on kytkentämuutoksesta aina paras tieto käytettävissä”, Teemu Suvela selittää.
Vaikka kytkennät eivät muuttuisikaan, on reaaliaikaisesta tilannekuvasta silti hyötyä. Suvela kertoo, että verkon kuormitus voi muuttua paljon ennakoitua nopeammin, vaikkei muutoksia kytkennöissä olisikaan.
“Jos joku esimerkiksi hankkii aurinkopaneelit tai sähköauton latauspisteitä yhdelle kadulle, niin äkkiä naapureillakin voi olla sellaiset. Eli sykli, miten verkon tuotanto tai kuormitukset voivat muuttua, on paljon nopeampi. On hyvä olla näkyvyyttä ihan reaaliajassa kuormitettavuuteen, etteivät ylikuormitukset tule yllätyksenä vasta seuraavissa tarkasteluissa”, Suvela toteaa.
Suvela kertoo, että reaaliaikainen tehonjakolaskenta toimii Elenian 440 000 asiakkaalle ja varmasti paljon isommillekin voluumeille. “Saimme äärimmäisen suorituskykyisen laskennan. Meidän verkkomassalla yksi lähtö lasketaan sekunnin osissa ja koko meidän verkko – yli tuhannen KJ-lähtöä – lasketaan alle kymmenessä minuutissa”, Suvela sanoo.
“Laskentamalli on toteutettu niin hienosti, että se käyttää parasta saatavilla olevaa kuormitus- ja jännitetietoa. Eli vaikka meillä ei joka paikassa uusia älymittareita olisi, olisikin vain tuntitason dataa käytettävissä mittareilta, tai jokin SCADA-mittaus ei sattuisi jollain hetkellä olemaan käytössä, niin silti laskenta toimii ja tarjoaa meille tuloksia”, hän jatkaa.
Luotettavuuden keikahduspiste
Äärimmäisestäkään suorituskyvystä ei ole vastaavaa hyötyä, jos järjestelmän käyttäjä ei voi luottaa saamiinsa tuloksiin.
“Vaikka järjestelmä sinällään saattaisi toimia 80- tai 90-prosenttisesti, ja vain joka viidennellä tai kymmenennellä kerralla tulee tieto, jonka ehkä joutuisi tarkistamaan, niin tämä saattaa viedä käyttäjän näkökulmasta luotettavuuden nollaan. Käyttäjä ei pysty luopumaan vanhoista toimintatavoista, vaan joutuu turhan usein epäilemään tulosta tai tekemään työläitä tarkasteluja selvittääkseen mikä tuloksen taustalla oikein on”, Suvela selittää.
Hän korostaa, että tulosten luotettavuudessa pitää päästä 98–99 prosenttiin. Tällöin epäluotettavia tuloksia tulee riittävän harvoin, ja käytönvalvonnassa voidaan alkaa luopua vanhoista toimintamalleista. “Voimme alkaa luottaa siihen, että enää vain riittävän harvoin tulee eteen sellaisia tapauksia, joita joutuu tonkimaan lävitse”, Suvela sanoo.
Vanhasta ajattelusta luopumista
Hankkeen myötä SCADA-mittaustietoja on nyt tuotu verkkotietojen pariin ensimmäistä kertaa. Teemu Suvela kertoo näkevänsä saavutettavia asioita verkkotietojen ja SCADA-mittausten yhdistämisellä ja vertailemisella myös ilman sen kummempaa analyysia tai laskentaa. Esimerkiksi keskijännitelähdön virtamittausta voidaan verrata lähdön virtamuuntajien mitoitukseen ja moneen muuhun tekijään, kun luopuu vanhasta ajattelusta.
“Johtavana ajatuksena on ollut, että meillä on SCADAssa mittaus ja sillä staattinen hälytysraja. Asiahan ei ole niin”, hän sanoo.
“Meillä on verkko, se on mitoitettu tietyllä tavalla, ja siellä on tietynlaisia komponentteja, joilla on tietyt raja-arvot. Mittauksia pitää verrata näiden komponenttien raja-arvoihin, jotka käytännössä muodostavat hälytysrajat. Tällöin verkkodokumentaation päivittyessä myös hälytysrajat päivittyvät automaattisesti komponenttien tietojen päivittyessä, eikä meidän tarvitse ylläpitää yksittäisten mittausten staattisia hälytysrajoja”, Suvela jatkaa.
Dokumentaation laatu ja ajantasaisuus tärkeää
Hankkeen tavoitteet – luotettava ja suorituskykyinen reaaliaikalaskenta, siihen optimoitu verkkomalli sekä tuloksia operatiivisen työn tueksi tuotannossa olevan käytöntukijärjestelmän puolelle – saavutettiin. Entä mitä oppeja kerättiin?
Hyväksi päätökseksi osoittautui, että tehonjakolaskentaa lähdettiin Eleniassa kehittämään tuotantoympäristön rinnalle. Näin päästiin kehittämään turvallisesti ja ketterästi vaarantamatta tuotantojärjestelmää. Suvelan mukaan Trimble pystyi tuomaan osia nopeasti testaukseen ilman vaikutuksia tuotantoon.
Suvela korostaa, että verkkotiedon laadulla on suuri merkitys, ja onkin tärkeää varmistaa dokumentaation ajantasaisuus. “Jonkin verran meillä tuli havaintoja korjattavasta dokumentaatiosta ja siitä, mitä jatkuvia tarkastuksia oli laitettava käytäntöön verkkotietojärjestelmän dokumentaation validoinnissa. Eli jos havaitaan dokumentaatiossa virheitä, niin ne pitäisi saada nopeasti korjattua. Reaaliaikaisella mittausdatalla ei voi laskea, jos dokumentaatio verkosta ei ole reaaliaikainen”, Suvela painottaa.
Reaaliaikalaskennasta ennusteisiin
Tehonjakolaskenta toimii esimerkkinä reaaliaikaisiin tietoihin ja analytiikkaan perustuvasta tavasta hallita verkkoa, mutta hyvin pian ollaan pisteessä, jossa reaaliaikaisuus ei enää riitä, vaan tarvitaan ennustettavuutta ja joustavuutta. Kehittyneen käytöntukijärjestelmän tulee tarjota entistä tarkempaa tietoa verkoston tilasta, toimintaympäristöstä ja mahdollisista tulevista häiriöistä.
“Kapasiteettikartat ja ennustettavuus ovat keskiössä, kun pohditaan verkkoa, joka historiallisesti on rakennettu vahvaksi, mutta kohtaa nyt uusia haasteita hajautetun tuotannon myötä,” Teemu Suvela selittää. Tämän vuoksi on olennaisen tärkeää, että käytöntukijärjestelmä pystyy tarjoamaan tarkempaa tietoa poikkeuskytkentätilanteista ja ennakoimaan mahdolliset ongelmat jo etukäteen.
Suvelan mukaan ennusteiden tekemiseen voitaisiin tulevaisuudessa käyttää myös avoimien rajapintojen kautta saatavaa dataa, kuten Ilmatieteen laitoksen tarjoamaa aurinkoisuus- ja tuulisuustietoa sekä Fingridin tuulivoimaennusteita. Järjestelmän ulkopuolelta tuodun datan avulla järjestelmä tunnistaisi poikkeustilanteet entistäkin paremmin ja osaisi kertoa jo etukäteen, pitääkö tuotantoa alkaa rajoittaa.
Apua joustotarpeiden hallintaan ja siihen liittyvään viestintään
Tulevaisuudessa Elenian ja muiden verkkoyhtiöiden on kyettävä entistä paremmin hyödyntämään joustoja ja kommunikoimaan joustotarpeista markkinoiden ja joustoalustojen kanssa. ADMS-järjestelmän rooli korostuu tässä yhteydessä, sillä se mahdollistaa kapasiteetin ja joustotarpeiden hallinnan sekä kommunikoinnin eri toimijoiden kanssa.
“Verkkoyhtiöiden on kehitettävä joustoja yhteistyössä viranomaisten ja markkinoiden kanssa. Tulevaisuuden käytöntukijärjestelmän on oltava tiiviisti integroitu joustoihin liittyville alustoille,” Suvela painottaa.
Teknologia kehittyy – Käyttäjälähtöisesti
Elenian ja Trimblen yhteistyönä kehittämä älykäs tehonjakolaskenta tarjoaa kriittistä tukea nykypäivän monimutkaistuvassa energiaympäristössä. Se on luonut vankan perustan tulevaisuuden käytöntukijärjestelmälle, joka kykenee vastaamaan vihreän siirtymän tuomiin haasteisiin. Kehityksen on kuitenkin pysyttävä käyttäjälähtöisenä, jotta voidaan varmistaa, että uudet ratkaisut palvelevat todellisia tarpeita ja että käyttäjät pysyvät mukana muutoksessa.
“On tärkeää kuulla käyttäjien palauttetta ja kehittää järjestelmää niin, että se vastaa käytännön tarpeisiin ja tekee verkkojen hallinnasta tehokkaampaa ja luotettavampaa,” Suvela jatkaa. Hän korostaa, että tulevaisuuden käytöntukijärjestelmien on kyettävä käsittelemään suuria tietomääriä ja tarjoamaan reaaliaikaista, ennakoivaa analytiikkaa, joka tukee päätöksentekoa monimutkaisissa verkko-olosuhteissa.
Vihreän siirtymän edetessä ja hajautetun energiantuotannon kasvaessa Elenian kaltaiset verkkoyhtiöt ovat kasvavien haasteiden edessä. Tehokkaat ja älykkäät käytöntukijärjestelmät, kuten ADMS, ovat avainasemassa, kun pyritään varmistamaan sähköverkon kestävyys, luotettavuus ja joustavuus.
Suvela korostaa myös jatkuvan kehityksen merkitystä: “Teknologia kehittyy nopeasti, ja meidän on pysyttävä mukana tässä kehityksessä, jotta voimme hyödyntää uusia mahdollisuuksia verkonhallinnassa ja parantaa palveluitamme asiakkaille.”
Mitä yhteistyöhankkeesta jäi käteen?
Elenian ja Trimblen yhteistyö on luonut pohjan kehittyneelle tehonjakolaskennalle, joka tukee verkkoyhtiötä vihreän siirtymän haasteissa. Tulevaisuuden käytöntukijärjestelmien on oltava joustavia, ennakoivia ja kyettävä integroitumaan laajempiin energiamarkkinoihin ja joustoratkaisuihin. Käyttäjälähtöinen kehitys ja avoin yhteistyö eri toimijoiden kanssa ovat keskeisiä tekijöitä, kun tavoitteena on rakentaa kestävä ja luotettava sähköverkko tulevaisuutta varten. Ja juuri tällainen järjestelmä hankkeen tuloksena syntyi.
Elenian käyttökeskuspäälikkö Teemu Suvela piti huhtikuussa Trimblen Suunta24- tapahtumassa esityksen otsikolla Reaaliaikalaskennan käyttöönotto, kokemukset ja mahdollisuudet. Tämä artikkeli on kirjoitettu Suvelan esityksen pohjalta.
