BCDC Evergia: Aurinko- ja tuulienergia laajaan kustannustehokkaaseen käyttöön
Miten saada aurinko- ja tuulienergia mahdollisimman laajaan ja kustannustehokkaaseen käyttöön? Tähän etsii ratkaisuja Oulun yliopiston johtaman konsortion strategisen tutkimuksen rahoituksella tehtävä tutkimus. BCDC Energia -hanke pyrkii tähän mahdollisimman ympäristöystävällisin keinoin.
Konsortion eli hankekokonaisuuden nimi tulee sanoista Bright Clouds, Dark Clouds. Eli kun on vaaleat pilvet, saadaan aurinkovoimaa, ja kun aurinko ei paista, niin melko varmasti tuulee. Haasteena on se, että pääosa tuotannosta on vaihtelevaa eikä sitä voi säädellä.
”Meidän täytyy sovittaa käyttäytymistämme ja kulutusta vastaamaan siihen, mitä uusiutuvasta tuotannosta on käytettävissä. Meidän kysymyksenasettelumme on, miten se tehdään järkevästi”, kertoo konsortion johtaja, taloustieteen professori Rauli Svento. Tässä keskeinen käsite on kysyntäjousto, eli miten reagoidaan auringon ja tuulen vaihtelevuuden ongelmaan. Kysyntäjousto toimii kahdella tavoin ja edellyttää, että kuluttajat käyttäisivät reaaliaikaisia hinnoittelusopimuksia. Ensimmäinen tapa on leikata hintareaktioina korkeaa piikkikulutusta, jolloin vältetään kuluttamasta energiaa silloin, kun myös päästöjä tulee paljon. Toinen tapa toimii niin, että kuluttajat käyttäisivät sähköä enemmän silloin, kun sitä on uusiutuvasta energiasta saatavilla.
Kysyntäjouston ohella vesivoima on hyvä vaihtelevan tuotannon tasaaja, sillä se on helposti ja nopeasti käynnistettävissä. Svento muistuttaa, että vesivoiman käyttö on BCDC:n laskelmissa otettu nykyvolyymin mukaisesti annettuna, eikä sitä ole tarvetta tulosten toimivuuden kannalta rakentaa lisää silloin kun asiaa tarkastellaan koko pohjoismaisen sähkömarkkinan kontekstissa. Tulevaisuudessa vesivoiman rooli vaihtelevuuden tasaamisessa korostuu.
BCDC-hanke on selvittänyt Pohjoismaiden NordPool-kontekstiin sovelletulla simulointimallilla, mitä tapahtuu, jos mahdollistetaan kuluttajille reaaliaikaisten sopimusten käyttäminen tilanteessa, jossa tuulivoiman osuus merkittävästi kasvaa. Osoittautuu, että yhdessä hintaan perustuva kysyntäjousto ja vesivoiman järkevä käyttö tuovat taloudellista ja ympäristöhyötyä koko järjestelmän tasolla.
Energiasääennuste kertoo tuulen ja paisteen määrän
BCDC:n toinen tutkimus selvitti, mitä tapahtuu silloin, kun sähkön tuottajat tekevät tarjouksen seuraavan vuorokauden tuotannosta ja ostajat sen ostamisesta. Tällöin ennusteiden merkitys ja ennustevirheiden rooli korostuvat. ”Laskelmiemme mukaan sellainen kulutus, joka reagoi vaihtelevuuteen joka hetki aiheuttaa helposti ennustevirhettä joka puolestaan ajaa tuottajat korjaamaan näitä päivän sisäisillä markkinoilla. Tästä puolestaan aiheutuu kustannuksia järjestelmätasolla” Svento tiivistää. On kuitenkin huomattavaa, että mikäli kuluttaja haluaa toimia ympäristöystävällisemmin tuntisopimukset ja siihen liittyvä kysyntäjousto ovat hyvä keino, kertoo energiatalouden professori Maria Kopsakangas-Savolainen.
Ennusteiden hyödyntämistä varten Ilmatieteen laitoksella toimiva hankkeen ryhmä on kehittänyt hankkeen ensimmäisen merkittävän innovaation eli energiasääennusteen. Se kertoo auringon paisteen ja tuulen kilowattitunteina seuraavan 24 tunnin aikana paikkakuntakohtaisesti Suomessa. Sen perusteella tässä vaiheessa aurinkopaneeleja omistavat omakotitaloasukkaat tai mökkiläiset saavat helposti selville, mitä energiaa kannattaa käyttää. Kun reaaliaikaiset sopimukset saadaan käyttöön, myös muut kuluttajat voivat hyödyntää ennustetta valinnoissaan.
BCDC on tehnyt myös kaksi kyselyä kuluttajille. Toisen mukaan kuluttajat ovat halukkaita kysyntäjoustoon, jos jollain tavalla korvataan sen aiheuttamat epämukavuudet ja epävarmuudet. 70 euroa vuodessa on se taso, mitä kuluttajat keskimäärin odottavat korvaukseksi. Joustoon ollaan eniten valmiita aamuisin ja illalla vähiten, kuluttajille mahdollisimman mukavien ratkaisujen löytämiseksi tarvitaan kotiautomaation kehittämistä.
Toinen kysely selvitti, millaista lämmitysjärjestelmää omakotirakentajat haluaisivat. Hybridit eli yhdistelmäratkaisut olivat suosituimpia. Maalämpö oli suosituin perusvaihtoehto. Siihen haluttiin yhdistää varaavaa takkaa tai aurinkokerääjiä. ”Ihmiset ovat valmiita ympäristön kannalta edullisiin hybrideihin ratkaisuihin”, kiittelee hankkeen tohtorikoulutettava Enni Ruokamo.
Pientuotanto yleistyy
Sähköjärjestelmä on muuttumassa kaksisuuntaiseksi. Enää ei ole kyse vain töpselin laittamisesta seinään ja sähkön saamisesta sieltä vaan myös mahdollisuudesta laittaa oman pientuotannon ylijäämä muille verkon kautta. BCDC kehittää myös tätä.
Hyvä esimerkki kaksisuuntaisesta kulutuksesta on sähköauto: ”Meillä on tulevaisuudessa iso akkukapasiteetti käytettävissä ja sitä voidaan hyödyntää kaksisuuntaisuuden kautta. Esimerkiksi jos kuluttaja ei piikkikulutustunteina tarvitse autoa, sitä voidaan purkaa verkkoon. Sitten ladataan se ympäristöystävällisellä energialla yöllä, jolloin on vähän kulutusta, ja se on taas aamulla käytettävissä”, visioi Kopsakangas-Savolainen.
Kaksisuuntaisuuden kehittämistä varten BCDC:n tavoitteena on luoda virtuaalivoimala, joka loisi mahdollisuuden kaikille niille kuluttajille, jotka haluavat lisätä omaa joustavuuttaan ja uusiutuvien energiamuotojen käyttöä. Tätä varten on jo tehty testausta, jossa kaikki Suomen omakotitalojen käyttöveden lämminvesivaraajat yhdistettäisiin virtuaalivoimalaan. Vesi lämmitettäisiin silloin, kun hinta markkinoilla on alhaisin ja päästöt pienimmät. Lämminvesivaraajaan laitettaisiin sellaiset säädöt, että kuluttaja saisi silti lämmintä vettä silloin, kun hän tarvitsee.
Tällä hetkellä kaksisuuntainen sähköjärjestelmä on suhteellisen kallis pientuottajalle, sillä pientuotantoon yhdistyvää hintajärjestelmää ei vielä ole loppuun asti hiottu. Siksi Svento korostaa, että myös siirtohintajärjestelmää tulisi kehittää. ”Sekin on meidän pöydällämme oleva tutkimuskysymys.”
Professori Ari Poutun vetämä ryhmä on tutkinut langatonta tietoliikennettä ja miten langattomien järjestelmien tulisi reagoida kaksisuuntaiseen sähköverkkoon. ”Meidän pitää mitata sähköverkkoa, jotta pystymme syöttämään sinne sähköä oikeassa vaiheessa paikallisilta tuottajilta. Sinne ei voi syöttää mitä tahansa, vaan kysynnän ja tarjonnan tulee olla tasapainossa. Tämä pitää pystyä teknisesti ratkaisemaan.” Poutun ryhmä selvittää esimerkiksi, miten sähköverkkoa ohjataan, jotta kaikki pysyy hallinnassa, kun sähköntuottajien määrä voi monisatakertaistua ja tällä hetkellä olemassa olevat langattomat järjestelmät eivät kaikkia pienen viiveen palvelutarpeita kykene täyttämään, ja siksi tarkastelussa ovat myös 5G ratkaisut.
Myös vuorovaikutustutkimusta
BCDC Energia koostuu viidessä eri organisaatiossa toimivista ryhmistä: Oulun yliopistossa, Helsingin yliopistossa, Suomen ympäristökeskuksessa, Ilmatieteen laitoksella ja Valtion taloudellisessa tutkimuskeskuksessa. Myös tieteenaloja on viisi eli taloustiede, sähkötekniikka, meteorologia, tietojenkäsittelytiede ja informaatiotutkimus. Tutkijoita on noin 40. Suomen Akatemian yhteydessä toimivan strategisen tutkimuksen neuvoston STN:n rahoitus on vähän yli kuusi miljoonaa euroa kuudelle vuodelle. Se ei riitä kaikille, vaan mukana on myös muiden rahoittamia hankkeita. Lisäksi Poutun ryhmä on mukana Oulun yliopiston saamassa Lippulaiva-rahoituksessa.
Energia-, sää- ja tekniikkaosaamisen lisäksi hankkeessa tehdään myös uudenlaista vuorovaikutustutkimusta. Vuorovaikutustutkimusta vetää professori Maija-Leena Huotari. Muun muassa sitä tutkitaan, miten BCDC Energia -yhteisössä luodaan uutta tietoa, miten toteutetaan tiedeviestintää ja millaista on ihmisten energiatiedon lukutaito. Lisäksi ryhmä on koonnut runsaan 200 termin sanaston puhtaasta energiasta.
”Se on osa Tieteen termipankkia, jossa se on ensimmäinen monitieteinen sanasto. Olemme keskustelleet Kansalliskirjaston kanssa siitä, että sanasto tulisi osaksi Yleistä suomalaista ontologiaa eli Fintoa. Sanasto on suomeksi ja englanniksi”, kertoo Huotari.
STN-hankkeilta vaadittava vuorovaikutteisuus on myös laajaa: konsortiolla on 15 alan keskeisen yrityksen kanssa Advisory Board eli neuvoa-antava yritystiimi. Mukana ovat muun muassa Fortum, Helen, Vantaan energia, Caruna ja Fingrid. Strategisia kumppaneita ovat Lähienergialiitto ja Hinku-foorumi eli hiilineutraalien kuntien yhteinen toimielin. Toisen kauden uudet keskeiset vuorovaikutuskumppanit ovat Energiavirasto, Motiva ja Iin hiilineutraali kunta.
”Tutkimus on se lähtökohta, josta olemme lähteneet. Emme ole lähteneet synnyttämään vuorovaikutusta vain sen takia, että jotain tutkimustuloksia tai tietoa on jossain liikkeellä. Niiden asioiden, mitä sanomme, pitää perustua siihen, mitä olemme löytäneet. Esimerkiksi policy briefejä eli politiikkasuosituksia emme ole vielä tehneet. Meillä ei vielä ole sellaista tiedeyhteisön hyväksymää tasetta, jonka pohjalta haluaisimme lähteä poliittista päätöksentekoa ohjaamaan”, selventää Svento konsortion vuorovaikutustavoitteita ja vakuuttaa, että niitä kyllä on tulossa.
Teksti: Leena Vähäkylä
Kuvat: Karsten Würth/ Unsplash, Leena Vähäkylä
