Tampere University of Technology

TUTCRIS Research Portal

Kysynnän jousto - Suomeen soveltuvat käytännön ratkaisut ja vaikutukset verkkoyhtiöille (DR pooli): Loppuraportti

Research output: Book/ReportCommissioned report

Details

Original languageFinnish
Place of PublicationTampere
PublisherTampereen teknilllinen yliopisto
Number of pages360
ISBN (Print)978-952-15-3485-0
StatePublished - 2015
Publication typeD4 Published development or research report or study

Abstract

Perinteisessä sähköenergiajärjestelmässä vaihtelevaan kulutukseen on sopeuduttu tuotantoa säätämällä esim. vesivoima- ja lauhdevoimalaitosten avulla. Jatkossa yhä suurempi osa tuotannosta on sellaista, jota ei teknisesti voida tai ei taloudellisesti kannata säätää, kuten sääriippuva tuuli- ja aurinkovoima, sekä tasaisesti ajettava ydinvoima. Kuormitus tarjoaa edullisen ratkaisun lisätä järjestelmään joustavuutta ainoastaan säätökapasiteetiksi rakennettavan sähköntuotannon sijaan. Tuntitason tehotasapainon hallinnan lisäksi joustavasti ohjattavissa oleva kuormitus muodostaa merkittävän potentiaalin myös voimajärjestelmän erilaisille nopeille reserveille. Näiden tarve korostuu järjestelmässä olevan pyörivän massan (inertian) määrän vähentyessä.

Valtakunnallisten tehohuippujen aikaan sähköenergian hinta yleensä nousee selvästi. Samaan aikaan käytössä on yleensä paljon päästöjä aiheuttavia energiantuotantomuotoja. Kysynnän jouston avulla voidaan sähkönkulutusta siirtää kalliista tehohuipuista edullisempiin ajankohtiin. Mikäli kysyntäjouston seurauksena tuotanto muuttuu esimerkiksi hiililauhteella tuotetusta sähköstä vesivoimaksi, pienentyvät myös sähköntuotannon päästöt. Sähkönjakeluverkon tasolla saattaa kuitenkin esiintyä tilanteita, jolloin paikallisen verkon huippukuormitus osuu ajankohtaan, jolloin halpa energia ja kysynnän jousto lisäisivät entisestään verkon huippukuormitusta. Tämä lisää osaltaan kysynnän jouston problematiikkaa.

Ilmastonmuutoksen hillitseminen on taustalla myös uusissa rakentamiseen liittyvissä energiatehokkuusmääräyksissä, joiden tavoitteena on ohjata rakentamista yhä energiatehokkaampaan ja uusiutuvia energialähteitä hyödyntävään suuntaan. Energiatehokkuutta arvioitaessa tuleekin kiinnittää aikaisempaa enemmän huomiota myös hetkellisiin tehohuippuihin ja käyttöprofiileihin. Kysynnän jouston tarve ja tavoitteet tulee nähdä myös tarpeellisena osana tulevassa lähes nollaenergia eli nZEB-rakentamisessa.

Kysynnän jousto sisältää laajan joukon erilaisia toimintoja, joiden merkitys, tarve ja ansaintalogiikka vaihtelevat toimijan näkökulmasta. Kysynnän joustolla voidaan ymmärtää välillinen esimerkiksi hinnoittelurakenteilla toteutettava vaikuttaminen asiakkaan käyttäytymiseen, vaihtelevaan energian hintaan pohjautuvat suorat ohjaustoimenpiteet sekä siirto- ja jakeluverkon tarpeista tulevat ohjaukset, kuten. kuorman toimiminen kantaverkkoyhtiön reservinä tai yötariffiin kytketyn kuorman porrastaminen. Seuraavassa on kuvattu lyhyesti kysynnän jouston mahdollisuuksia ja tarpeita eri toimijoiden näkökulmasta:

- Kantaverkkoyhtiölle kysynnän jousto tarjoaa mahdollisuuksia tehotasapainon hallintaan ja taajuuden säätöön käyttö- ja häiriöreservien osalta sekä mahdollisesti myös joustavuutta tehopula -tilanteiden hallintaan.

- Sähkön vähittäismyyjä voi hyödyntää kysynnän joustoa sähkön hankinnan suunnittelussa, tasevastaavana oman taseensa hallinnassa muiden toimenpiteiden rinnalla, säätösähkömarkkinoiden tarjouksissa sekä uusien tuotteiden ja oman liiketoiminnan kehittämisessä.

- Jakeluverkkoyhtiö voi hyödyntää kysynnän jouston mahdollisuuksia pitkän aikavälin verkon suunnittelussa verkon mitoitustehon näkökulmasta sekä reaaliaikaisessa käyttötoiminnassa esim. poikkeustilanteiden aikaisen huipputehon hallinnassa.

- Sähkön loppukäyttäjän näkökulmasta kysynnän jousto mahdollistaa mm. sähkön käytön edullisen hinnan aikana, ostosähkön vähentämisen, oman pientuotannon täysimääräisen hyödyntämisen, huipputehojen pienentämisen sekä mahdollisesti liittymäkoon rajoittamisen.

- Laite- ja järjestelmätoimittajille sekä palvelun tarjoajille (esim. kuormia aggregoiva ”jousto- operaattori”) kysynnän jousto tarjoaa uusia tuote- ja liiketoimintamahdollisuuksia.

Kysynnän jouston laajamittainen hyödyntäminen edellyttää eri toimijoiden välistä yhteistyötä. Etäluettavat energiamittarit (AMR, Automated Meter Reading), joiden osalta Suomi on edelläkävijä maailmanlaajuisesti, mahdollistavat todelliseen tuntikulutukseen pohjautuvan taseselvityksen sekä vähittäismarkkinoille uusia tuntihinnoitteluun perustuvia hinnoittelumalleja. Nämä puolestaan mahdollistavat asiakkaan osallistumisen kysynnän jouston tuntimarkkinoille. Lisäksi etäluentajärjestelmää käytetään jo tänä päivänä kuormien ohjaamiseen asiakkaan käytössä olevien tariffien mukaisesti (esim. yö-/päiväsähkö). Olemassa olevaa AMR-infrastruktuuria on kansantaloudellisessa mielessä järkevää käyttää myös suoraan kuorman ohjaukseen siinä määrin kuin asennettu infrastruktuuri sen mahdollistaa.

Kysynnän jouston potentiaalia tarkasteltiin energian kulutuksen ja tyypillisimpien laitetehojen lähtökohdista. Vuodenajasta, vuorokaudesta ja vuorokauden tunnista riippuen potentiaalit vaihtelevat voimakkaasti. Suurimmat ohjauspotentiaalit ovat lämmityskaudella sähkölämmityksessä sekä käyttöveden lämmityksessä läpi vuoden. Mahdollisuuksia on myös isompien kiinteistöjen ilmanvaihdon, jäähdytyksen ja valaistuksen ohjauksessa sekä mm. ulkovalaistuksessa, autolämmityksissä, erilaisissa lisälämmitysvastuksissa sekä erikoiskohteissa, kuten kasvihuoneet.

Tehtyjen analyysien ja verkkoyhtiöille tehdyn kyselyn perusteella AMR-mittareiden ohjausaikatauluun kytketyn ohjausreleen kautta on ohjattavassa yli 1 000 MW pääosin erilaista sähkölämmitys- ja lämminvesivaraajakuormaa. Tämä ohjattavissa oleva kuormitus olisi otettavissa käyttöön hyvinkin nopeasti, ja hyödynnettävissä esim. day-ahead (Elspot) -markkinoilla toimittaessa. Käytännön toteutus vaatii kuitenkin vielä tietojärjestelmärajapintojen standardointia siten, että ohjaussignaalit kulkevat saumattomasti sähkönmyyjien ja verkkoyhtiöiden välillä. AMR-mittareiden ns. kuormanohjausreleeseen on kytkettynä samaa suuruusluokkaa oleva määrä ohjattavaa kuormaa, jota voitaisiin hyödyntää päivän sisällä tapahtuvissa ohjauksissa (intra-day (Elbas), säätösähkömarkkina). Riittävän nopeaan ja luotettavaan tiedonsiirtoon sekä mittareiden ja keskusten asennuksiin liittyy ohjausaikatauluun perustuvaan ohjaukseen verrattuna enemmän teknisiä haasteita. Jakeluverkkoyhtiöiden valvontamallia, esim. innovaatiokannustimen muodossa, tuleekin kehittää siten, että se luo kannusteita verkkoyhtiöille edistää AMR-mittareiden kautta ohjattavissa olevan ohjauspotentiaalin täysimääräistä hyödyntämistä.

Day-ahead ja intra-day markkinoita merkittävämmän taloudellisen potentiaalin tarjoavat kantaverkkoyhtiön olemassa olevat, maailmanlaajuisesti edistykselliset, käyttö- ja häiriöreservimarkkinat. Nykyistä AMR –teknologiaa ei voida sellaisenaan käyttää nopeisiin ohjauksiin, vaan reservimarkkinoille tarjottava kuorman ohjaus vaatii teknisesti kehittyneempiä ratkaisuja. Todennäköisesti reservimarkkinoille tarjottava kysynnän jousto laajenee ensin isompien kiinteistöjen kuormien ohjauksista; esim. reservimarkkinoille hyvin soveltuvat ilmanvaihto-, jäähdytys- ja valaistuskuormat muodostavat satojen megawattien suuruisen kuormituksen valtakunnan tasolla.

Isompien kiinteistöjen (palvelu-, liike ja toimistorakennukset) ohjauksissa kiinteistöautomaatiojärjestelmät ovat ensisijainen ratkaisu kysynnän jouston toimintojen kehittämiseen. Myös pienasiakkaiden (kotitalous- ja vapaa-ajan kiinteistöt) kuormien ohjauksissa tarvitaan AMR-mittaria kehittyneempiä järjestelmiä, jos halutaan tarjota ohjauksia reservimarkkinoille tai toteutetaan älykkäämpiä ohjauksia, esim. kun asiakkaalla on omaa pientuotantoa. Taloudellinen kannattavuus on yleisesti ottaen sitä parempi, mitä reaaliaikaisemmilla markkinoilla operoidaan.

Sähkön myyjän näkökulmasta Day-ahead tai intra-day markkinoihin tai tasehallintaan liittyvällä kysynnän joustolla saavutettavien taloudellisten hyötyjen realisoitumista edesauttaa se, että kysynnän jouston toteutukseen vaadittava infrastruktuuri on lähes valmiina. Mikäli kysyntäjoustotuotteen tarjoaa joku muu kuin asiakkaan sähkönmyyjä, tulee luoda menettely, jolla ratkaistaan tasevastuuseen liittyvät kysymykset.

Sähkönmyyjällä ja jakeluverkkoyhtiöllä on periaatteellinen eturistiriita suhteessa kysynnän joustoon. Kun kuormituksia ohjataan kaikille asiakkaille yhtenäisen ohjaussignaalin, kuten sähkön markkinahinnan perusteella, vähenee normaali kuormien risteily, mikä kasvattaa verkon tehoja. Tehopohjaisen maksukomponentin sisältävä siirtotariffi puolestaan luo asiakkaalle kannusteen kiinnittää huomiota myös omiin huipputehoihin. Todellisella jakeluverkolla ja kuormitustiedoilla tehdyissä simuloinneissa ilmeni, että tarkastellussa jakeluverkossa huipputehot (suurin tuntikeskiteho) kasvavat merkittävästi, mikäli kuormia ohjataan markkinaperusteisesti. Tätä kuormien kasvua on simulointien perusteella mahdollista tasoittaa tehopohjaisilla siirtotariffeilla. Tehopohjainen hinnoittelu voidaan toteuttaa esim. asiakkaan toteutuneeseen huipputehoon tai liittymispisteeseen määriteltyyn tehorajaan tai -kaistaan perustuvan maksukomponentin avulla. Sähkön myyjän hinnoittelu voi siitä huolimatta perustua edelleen tuntihinnoitteluun, esim. spot-hintaan, jolloin asiakkailla on kannuste optimoida kuormia myös markkinahintojen perusteella. Tehopohjainen hinnoittelu voidaan nähdä jopa edellytyksenä järjestelmän kokonaistehokkuuden toteutumisen näkökulmasta, jotta markkinahinta-pohjaisella ohjauksella saavutettava hyöty ei eliminoidu verkon kapasiteettitarpeen kasvamisena ja siten asiakkaiden korkeampina siirtomaksuina.

Keskeistä kysynnän jouston laajamittaiselle hyödyntämiselle on muodostaa kokonaisvaltainen näkemys kysynnän jouston toiminnallisuudesta ja eri toimijoiden mahdollisesti ristikkäisistäkin rooleista, kaikkien toimijoiden liiketoimintaa tukevasta markkinamallista, tiedonsiirtorajapintojen yhteensovittamisesta sekä kysynnän joustoa edistävän lainsäädännön kehittämisestä. Erityisesti kysyntäjouston ansaintalogiikka vaatii kehittämistä, asiakkaiden ymmärrystä tulee lisätä ja asiakkaille tulee tarjota kannusteita kysynnän joustoon osallistumiseen. Kuorman ohjauksen käyttöönotto edellyttää myös uusien ja uusittavien kiinteistöjen sähköverkon ja laitevalintojen suunnittelun tavoitteellista ohjausta. Lainsäädäntöön liittyvien kysymysten lisäksi keskeisiä esteitä kysynnän jouston toteutumiselle yleisesti ovat hajanainen toimialakenttä (suuri määrä erilaisia toimijoita), standardoimattomat prosessit, tietojärjestelmien rajapinnat ja toimintavasteiden suuri hajonta, sekä asiakkaan kuormien ohjattavuustiedon puuttuminen.

Tutkimusprojektin lopputuloksena esitetään lukuisa joukko toimenpiteitä, joilla voidaan edesauttaa laajamittaisen kysynnän jouston yleistymistä. Vastuu toimenpiteistä jakautuu laajasti toimialan yrityksille (mm. sähkön myyjät ja verkkoyhtiöt), toimialan järjestöjen edustajille sekä viranomaisille. Toimenpiteet liittyvät:

- kysynnän jouston tuotteistamiseen sähkön myyjän ja jakeluverkkoyhtiön toimintojen osalta,

- eri sidosryhmien informointiin ja koulutukseen,

- toimintatapojen yhtenäistämiseen toimintaprosessien sekä teknisten järjestelmien osalta,

- lainsäädännön, viranomaismääräysten ja ohjeiden kehittämiseen, joihin sisältyy erityisesti verkkoliiketoiminnan valvontamallin ja rakennusmääräysten kehittäminen.

Vaikka kysynnän jouston laajamittainen käyttöönotto edellyttää vielä paljon erilaisia toimenpiteitä, niin olemassa oleva infrastruktuuri ja markkinapaikat sekä meneillään oleva kehitystyö luo uskoa kysynnän jouston laajamittaisen toteutuksen käynnistymiselle lähitulevaisuudessa.

Downloads statistics

No data available