Katsaus – Älykkäät energiaratkaisut sähkön kysyntäjouston mahdollistajia

Kirjoittanut: Matias Pönniö 28.11.2017 10:08

Edellisessä katsauksessamme keskityimme lämpöpumppuihin ja rakennusten lämmitysmuotoihin sekä laajemmassa mittakaavassa uusiutuviin energialähteisiin ja energiansäästöön rakennusten lämmityksessä ja viilennyksessä. Tässä katsauksessa keskitymme sähköön liittyviin älykkäisiin energiaratkaisuihin ja lämmitysohjaukseen sekä miten ne kytkeytyvät muun muassa uusiutuvaan energiaan ja hajautettuun energiantuotantoon.

Älykkäillä energiaratkaisuilla tarkoitetaan ratkaisuja, jotka mahdollistavat energiankulutuksen optimoinnin ja ohjauksen automaatiota hyödyntämällä, näin ollen energiankäytön tehostamisen ja kustannusten alentamisen. Käytännössä ne ohjaavat automatiikalla esimerkiksi omakotitalon lämmitykseen käytettävän sähkön kulutusta tuntihintojen mukaan (rajoittamalla sähköenergian käyttöä kalliina tunteina, kysyntäpiikkien aikana) huomioiden esimerkiksi huonekohtaiset lämpötila-asetukset, ulkolämpötilan ja sääennusteen. Ne tuovat myös joustoa sähkön käyttöön, kysyntäjoustoa sähköverkolle. Kuluttajille porkkanana on sähkölaskun aleneminen sekä mahdollisuus osallistua aktiivisemmin sähkömarkkinoille. Kokonaisuutena taas sähköverkon käyttö tehostuu ja pyrkimyksenä on edistää toimitusvarmuuden ylläpitoa. Koska lämmityksen ja viilennyksen osuudet rakennusten kokonaisenergiankäytöstä ovat huomattavat, tulevat älykkäät lämmityksen ohjausjärjestelmät olemaan merkittävässä asemassa tulevina vuosina sähkön kysynnän tasaamisessa ja sähköjärjestelmän toiminnan tehostamisessa.

Älykkäät energiaratkaisut kytkeytyvät älykkääseen sähköverkkoon (Smart Grid), jolla viitataan lähinnä reaaliaikaista tai tuntitietoa tarjoaviin älymittareihin (smart meters) sekä nimenomaan sähköverkon käytön tehostamista mahdollistaviin ja siihen kytkeytyviin ohjelmisto- ja ohjausratkaisuihin, toisin sanoen älykkäisiin energiaratkaisuihin ja -ohjausjärjestelmiin. Ollakseen mahdollisimman tehokkaita ohjausjärjestelmät tarvitsevat mahdollisimman tiheään päivittyvää tietoa sähkönkulutuksesta. Suomi lukeutuu Euroopassa ja maailmalla kärkipäähän älymittareiden käyttöönottoasteessa.[1] Ruotsi ja Italia ovat toteuttaneet asennukset kokonaisuudessaan, mutta ne eivät muut arviointikriteerit huomioon ottaen yltäneet Suomen tasolle Euroopan Komission sidosryhmäraportissa (ks. kuva alla). Esimerkiksi ”Progress in Implementation” huomioi myös kuluttajille tarjolla olevat älymittareiden tietoa hyödyntävät palvelut. Suomessa alan toimijoihin lukeutuu esimerkiksi SMA Group eKaista palvelullaan.[2] Alan muita toimijoita löytyy mm. Suomen Lähienergialiiton ja Cleantech Finlandin sivuilta.[3]

Kuvio – Älymittareiden käyttöönottoaste sekä lainsäädännöllinen toimintaympäristö (European Smart Metering Landscape Report 2016 , USmartConsumer Project)

Rakennusten sähkölämmitysoptimointia tarjoavat suomalaiset yritykset ovat hyvissä asemissa toiminnan vakiinnuttamisessa kotimarkkinalla. Suurin potentiaali on kuitenkin toiminnan skaalautuvuudessa ja laajentamisessa kansainvälisesti. Vuoden 2016 lopussa EU-28 alueella ja Norjassa oli asennettu yhteensä 80 miljoonaa sähkön älymittaria, joka vastaa noin 30 prosenttia Euroopan mittauspisteistä. Vuoteen 2020 mennessä sähkön älymittareiden määrä tulee nousemaan 200 miljoonaan. Vastaava luku kaasulle on 40 miljoonaa. Tällöin 72 ja 40 prosentilla EU-alueen kuluttajista arvioidaan olevan sähkön ja kaasun kulutuksen älymittarit käytössään.

Sähkönkulutuksen optimoinnin merkitys on kasvanut ja se tulee korostumaan huomattavasti lähivuosina. Energiantuotanto siirtyy kohti yhä hajautetumpaa mallia, jonka keskiössä on uusiutuvaan energiaan pohjautuvan ja sääolojen mukaan vaihtelevan energiantuotannon lisääntyminen – mukaan lukien aurinkoenergia sekä tuuli- ja vesivoima.

Kuvio – Sähköntuotanto energialähteittäin (Matkalla kohti joustavaa ja asiakaskeskeistä sähköjärjestelmää, Älyverkkotyöryhmä, kommenttipuheenvuoro, Pekka Salomaa, Energiateollisuus)

Vaihtelevan energiantuotannon lisääntyminen luo haasteita sähköjärjestelmälle. Tuotanto voi esimerkiksi kysyntäpiikin aikana olla niukempaa, jolloin ongelma korostuu. Sähkön tuotannon ja kulutuksen tulee olla tasapainossa, jotta tehotasapaino säilyy. Nykyään pääosin sähkön tuotantoa säädetään kulutuksen mukaan. Vaihtelevan tuotannon lisääntyessä kulutuksen jouston nähdään olevan yhä tärkeämmässä asemassa – johon syksyllä 2016 perustetun Työ- ja elinkeinoministeriön älyverkkotyöryhmän hiljattain julkaisema väliraportti linkittyy.[4] Työryhmän pohdintojen keskiössä on sähkömarkkinan eri toimijoiden roolit kysyntäjouston toteuttamisessa.

Kuvio – Esimerkki säädettävän kapasiteetin tarpeesta (Matkalla kohti joustavaa ja asiakaskeskeistä sähköjärjestelmää, Älyverkkotyöryhmä, Työ- ja elinkeinoministeriö)

Perinteisen sähköntuotannon (esim. ydinvoima) ongelmana on, että ollakseen tehokasta sen tulee käytännössä toimia täystuotannolla jatkuvasti. Kysyntäpiikkien aikana käynnistetään esim. hiilivoimaloita, joka on kallista. Hajautetun tuotannon lisääntyminen korostaa tätä ongelmaa, esim. päivinä jolloin muuttuviin sääoloihin pohjautuva tuotanto on niukkaa kovan kysynnän aikana.  Perinteisellä tuotannolla voidaan ylläpitää perustasoa, jonka ylittävä osuus järjestyy uusiutuvalla ja säiden mukaan vaihtelevalla energiantuotannolla älykkäiden energiaratkaisujen tarjotessa kysyntäjoustoa. Nämä ratkaisut tarjoavat sinänsä jo samat edut nyt – hajautetun ja sääolojen mukaan vaihtelevan energiantuotannon lisääntyminen vain kasvattaa niiden merkitystä. Palveluntarjoajien voidaan ennakoida lisääntyvän Euroopassa tulevien vuosien aikana, kun älymittareiden asennukset ovat toteutuneet kokonaisuudessaan EU-maissa. Ilman älyverkkoon kytkeytyviä ja älymittareiden tiheään päivittyvää tietoa hyödyntäviä palveluita, älymittarit tarjoavat kuluttajille vähäistä lisähyötyä. Näin ollen EU:lla (ml. Suomi) on intressi tukea älymittareihin ja -verkkoon liittyvien innovatiivisten palveluiden kehittämistä tarjoamalla toimijoille selkeän toimintaympäristön.

Suomessa ja kylmissä olosuhteissa älykkäiden energiaratkaisujen tarjoama kysyntäjousto toteutuu erityisesti rakennusten lämmityksessä. Lämpimillä ilmastoalueilla potentiaali on etenkin rakennusten viilennyksessä. Joka tapauksessa tavoite on sama, kulutuksen optimointi ja sähköjärjestelmän tehokkuuden parantaminen. Suuri osa ratkaisuista pohjautuu tällä hetkellä kuluttajan omaan aktiivisuuteen. Potentiaali on nimenomaan mahdollisimman automatisoiduissa ratkaisuissa, joissa tarvitaan minimaalista kuluttaja-aktiivisuutta.

Älyverkkotyöryhmä ilmoittaa keskeiseksi näkemyksekseen, että asiakkaiden sähkönkulutuksen ohjaaminen on kilpailtua liiketoimintaa. Lisäksi jakeluverkkoyhtiöiden aikaohjauksesta ja pakollisesta aikajaotuksesta tulee luopua hallitusti, kun kustannustehokkaita kulutuksen ohjauspalveluja on riittävän kattavasti tarjolla. Sekä varastojen omistaminen ja operointi kuuluvat lähtökohtaisesti markkinatoimijoille, ei monopolitoimijoille. Automatiikka ja tehokas tiedonvaihto eri osapuolten kesken nähdään tärkeänä. Positiivisesti työryhmä ilmoittaa suhtautuvansa kiinteistöjen energiayhteisöihin, asiakkaiden sähköntuotantoa, -kulutusta ja sähkövarastoja suuremmiksi kokonaisuuksiksi keräävien itsenäisten aggregaattorien tuomiin hyötyihin, sekä sähkön kiinteän maksun korvaamiseen tehokomponentilla, jonka avulla asiakkaalla on paremmat mahdollisuudet vaikuttaa siirtolaskuunsa. Työryhmän tuleviin mietintäteemoihin lukeutuvat muun muassa tiedonvaihtoon liittyvät kysymykset, seuraavan sukupolven sähkömittareiden toiminnallisuudet, vähittäismarkkinoiden kehittäminen ja joustoa tukeva sääntely. Työryhmän lopullinen raportti valmistuu 2018 syksyllä.

Kuvio – Älyverkkovisio 2025 (Matkalla kohti joustavaa ja asiakaskeskeistä sähköjärjestelmää, Älyverkkotyöryhmä, Työ- ja elinkeinoministeriö)

Tavoiteltu sähköjärjestelmä toimii alustana, joka mahdollistaa siihen linkittyvät eri toimijoiden teknologiat, tuotteet ja palvelut. Asiakkaille pyritään luomaan kannustimia aktiiviseen osallistumiseen – enemmän mahdollisuuksia vaikuttaa omaan kulutukseensa ja toimitusvarmuuden ylläpitoon. Ilman sähköjärjestelmään linkittyviä automaatiopalveluita tämä ei kuitenkaan ole optimaalisen tehokasta, jonka takia älyverkkosovellukset ovat tärkeässä asemassa. Älyverkkotyöryhmän mukaan jakeluverkkoyhtiöiden rooli älykkäässä sähköjärjestelmässä korostuu, jolloin niiden sääntelyä tulee kehittää joustavuutta tukevampaan suuntaan (mm. siirtomaksun rakenne, sähkönkulutuksen aikaohjauksesta luopuminen). Verkkoyhtiöiden rooli nähdään neutraaleina markkinan mahdollistajina, jotka voisivat jatkossa ohjata kuormia suoraan omista tarpeistaan ainoastaan poikkeustilanteissa, joita ovat merkittävä häiriö jakeluverkossa ja valtakunnallisen tehopula tai häiriö. Järjestelmävastaavaa kantaverkonhaltijaa älykäs sähköjärjestelmä hyödyttää tehotasapainon ylläpitämisessä ja sähkönsaannin turvaamisessa vaihtelevan tuotannon kasvaessa.

Aggregaattorit pystyvät kokoamaan asiakkaita suuremmiksi kokonaisuuksiksi yhdistäen tuotanto-, varastointi- ja kulutuskohteita edistäen näin ollen tehokasta energianhankintaa. Itsenäisiin aggregaattoreihin älyverkkotyöryhmällä on positiivinen kanta, joskin niiden haasteena on ohjauksen vaikuttaminen muiden toimijoiden taseisiin ennustettujen ja toteutuneiden energiamäärien erotessa, joka voi lisätä sähkönmyyjien riskejä ja kustannuksia heijastuen asiakkaiden kustannuksiin. Niiden toimintaan ei tällä hetkellä ole selkeitä sääntöjä. Itsenäisten aggregaattorien osalta sääntelyä tullaan todennäköisesti lähivuosina tarkentamaan riippuen myös osaltaan Euroopan Komission linjauksista.

Kuvio – Itsenäisen aggregaattorin mahdollinen vaikutus tasevastaavan sähkötaseeseen (Matkalla kohti joustavaa ja asiakaskeskeistä sähköjärjestelmää, Älyverkkotyöryhmä, Työ- ja elinkeinoministeriö)

Energian tehokkaalla varastoinnilla on myös vaikutusta joustoon. Esimerkiksi suurimman osan päivästä käyttämättöminä seisovat sähköautot voidaan liittää osaksi sähköjärjestelmää. Mielenkiintoisena ja merkittävänä hankkeena voidaan nähdä Teslan ilmoitus investoida akkutehtaaseen Eurooppaan. Esimerkiksi Yle uutisoi Suomen ja Vaasan kilpakumppaneista akkutehdaskisassa ja liikenne- sekä työ- ja elinkeinoministeriön (jonka alaisuudessa älyverkkotyöryhmä toimii) yhdistäneen voimansa hankkeen tueksi ja Suomen sähköautojen määrän kasvattamiseksi.[5] Vaasa on merkittävä energiateknologiaklusteri Pohjoismaissa ja Euroopassa.[6]

Kuvio – Sähkömarkkinoiden murros (Matkalla kohti joustavaa ja asiakaskeskeistä sähköjärjestelmää, Älyverkkotyöryhmä, kommenttipuheenvuoro, Pertti Järventausta, Suomen Akatemia)

Sähköjärjestelmä on merkittävässä muutosvaiheessa ja suomalaisten toimijoiden osalta työryhmään perustaminen on positiivinen asia. Toimijoiden rooleja ja niitä koskevaa sääntelyä tullaan hyvin todennäköisesti tarkentamaan. Euroopan laajuisesti sääntely- ja lainsäädännöllinen toimintaympäristö Suomessa on korkealla tasolla. Rakennusten lämmityksen ja viilennyksen älykkääseen energianhallintaan ja optimointiin keskittyneiden ratkaisujen potentiaalinen markkina on erittäin suuri. Niiden voidaan nähdä yleistyvän huomattavasti tulevien vuosien aikana älymittareiden käyttöönoton yleistyessä ja toimintaympäristön selkiytyessä. Ala on tällä hetkellä vielä murroksessa ja todelliset menestyjät tullaan näkemään lähivuosina. Kilpailu maailmalla tulee kiristymään ja tällä hetkellä suomalaiset yritykset ovat vielä etulyöntiasemassa moniin muihin maihin verrattuna toiminnan vakiinnuttamisessa. Älykkäässä lämmityksenohjauksessa ei yritysjärjestelyaktiviteettia ole vielä merkittävästi ollut. Yhtenä esimerkkinä voidaan kuitenkin mainita Taaleri Kiertotalous Ky-rahaston tekemä 3,8 miljoonan euron sijoitus Opti Automation Oy:hyn (OptiWatti-palvelu) kuluvana keväänä.

LISÄÄ TIETOA YRITYSJÄRJESTELY- JA ARVONKASVUMAHDOLLISUUKSISTA

Mikäli olet kiinnostunut yksityiskohtaisemmasta tiedosta liittyen Nordic Growthin tarjoamiin yrityskauppa- tai arvonkasvupalveluihin tällä tai jollakin toisella toimialalla niin tarjoamme maksuttoman henkilökohtaisen tietoiskun.

[1] USmartConsumer Project: European Smart Metering Landscape Report 2016

[2] eKaista: https://ekaista.fi/

[3] Suomen Lähienergialiitto ry: http://www.lahienergia.org/lahienergia/energian-alykas-kaytto/
Cleantech Finland: http://www.cleantechfinland.com/web/cleantech

[4] Työ- ja elinkeinoministeriö: Älyverkkotyöryhmä, http://tem.fi/alyverkot

[5] Yle: https://yle.fi/uutiset/3-9714197

[6] https://www.gigafactory.fi/