CLEEN SGEM loppuraportti: Tuulivoima ja sähköverkko haastavat toisensa

1. SMART GRIDS AND ENERGY MARKETS
Suomen kantaverkkoyhtiö Fingrid varmistaa, että
sähkön tuotannon ja kulutuksen tasapaino säilyy
joka hetki. Tehtävää helpottaa se, että sähkön suuret
tuottajat ovat velvollisia arvioimaan ja säätämään
tuotantoaan. Joukossa on kuitenkin yhä useampia
tuottajia, joille tuotannon säätäminen ei ole miele-
kästä, eikä heitä siihen velvoitetakaan. Esimerkiksi
hajautetulle tuotannolle on tyypillistä, että sähköä
syntyy, kun tuulee tai aurinko paistaa.
Jotta Fingrid voisi varautua myös tuulivoiman
tuotantoon, se ennustaa sitä itse. VTT tutki SGEM-
ohjelmassa ennustamisen tapoja ja kehitti mallin,
joka ennustaa seuraavan vuorokauden tuotantoa ja
näyttää toteutuneen tuotannon viimeisen puolen
vuorokauden ajalta.
”Malli perustuu muun muassa tuuliennusteisiin ja
todennäköisyyslaskentaan. Se ottaa myös huomioon,
mitä eri voimalaitokset ovat eri tuulilla tuottaneet”,
kertoo erikoistutkija Seppo Hänninen VTT:ltä.
Fingridin valvomon operaattorit ovat seuranneet
VTT:n tekemää ennustetta noin vuoden ajan.
”Ohjelma on ollut hyvä lisä jo käytössä olevien työka-
lujen rinnalla, ja sen käyttöliittymä on selkeä, joten
harkitsemme ennusteen käyttämistä jatkossakin”,
sanoo asiantuntija Markku Piironen Fingridistä.
Tuulivoimaa silmällä pitäen tutkittiin myös sähköjoh-
tojen mitoittamista. Turvallisen sähkönsiirron edelly-
tyksenä on, että johdin ei pääse lämpenemään liikaa.
Lämpenemiseen puolestaan vaikuttaa, paljonko
sähköä siirretään johtimen poikkipinta-alaan nähden
ja millaisissa olosuhteissa. Johtojen jäähdytys paranee
esimerkiksi kovassa tuulessa.
SGEM-ohjelmassa tutkittiin sähkömarkkina-,
lämpötila- ja siirtokapasiteettitietoja tilanteissa,
joissa johtojen kuormitus muodostuu sähkön-
siirron pullonkaulaksi. Hännisen mukaan on mahdol-
lista saavuttaa huomattavia säästöjä kasvattamalla
johtojen sallittua kuormitettavuutta ympäristöolo-
suhteiden sallimissa rajoissa.
Tuulivoimalat koettelevat siis sähköverkkoja, mutta
ongelmia voi virrata myös verkkoa pitkin tuulivoi-
malaan. Onkin tärkeää, että tuulivoimala irtoaa
automaattisesti verkosta vakavan verkkovian sattuessa,
jotta se ei vaurioituisi. Hännisen mukaan tuulivoimala
saattaa kuitenkin irrottautua verkosta turhaan harmit-
toman ja ohimenevän verkkovian seurauksena.
Tällaisten tilanteiden tutkimiseksi SGEM-ohjelmassa
luotiin simulointiympäristö, johon mallinnettiin tuuli-
voimatuotanto ja sähköverkko käyttäen hyväksi
fyysisiä laitteita sekä simulointiohjelmia.
”Tuulivoiman kehittäjät voivat testata siinä tuuli-
voiman suojausjärjestelmiä simuloimalla erityyppisiä
ja -pituisia vikoja.”
Hajautetun tuotannon lisääntyessä edellytykset sähkö-
verkkojen saarekekäytölle paranevat. Saarekekäyttö
tarkoittaa tietyn alueen verkon, mikroverkon, erotta-
mista muusta verkosta esimerkiksi verkkovian
seurauksena silloin, kun alueen oma sähköntuotanto
riittää alueen kulutukseen. SGEM-ohjelmassa tutki-
muskohteeksi valittiin mikroverkon ja sen sisäisen
sähköntuotannon ohjaus sekä saarekekäytön
automaattinen tunnistaminen ja verkon suojaus.
”Tunnistamisen jälkeen verkon suojaus on muutettava
tilannetta vastaavaksi. Tämän on tapahduttava
nopeasti ja automaattisesti, koska saarekekäyttöön
siirtyminen ja takaisin voi tapahtua useita kertoja
päivässäkin riippuen saarekkeen oman sähköntuo-
tannon edellytyksistä”, Hänninen toteaa.
Tuulivoima ja
sähköverkko
haastavat toisensa
Tuulivoiman ennustaminen helpottaa sen
hyödyntämistä sähköverkossa. Tuulivoiman käyttöä
edistää myös suojauksen kehittäminen niin
verkossa kuin voimalassakin.
SEPPO HÄNNINEN
Erikoistutkija,
Teknologian
tutkimuskeskus VTT
Tuulivoiman
kehittäjät voivat testata
simulointiympäristössä
tuulivoiman suojausjärjestelmiä
simuloimalla erityyppisiä
ja -pituisia vikoja.
10–28 22:0010–28 18:00 10–29 02:00
KOKO MA A
Teho[MW]
200
150
100
50
0
10–28 14:00 10–29 06:00 10–29 10:00 10–29 14:00 10–29 18:00 10–29 22:00
NYKYHETKI
SGEM-OHJELMA SS A
KEHITE T T Y MALLI
ENNUSTA A TUULIVOIMAN
TUOTANTOA FINGRIDIN
VALVOMOSSA .
95% luottamusväli
Varautumisen tarve ennen
SGEM-ohjelmassa kehitettyä mallia.
TOTEUTUNUT ENNUSTE
TOTEUTUNUT / 120 MW
2H ENNUSTE
12H ENNUSTE
ENNUSTE – ONLINE
ENNUSTE – KAIKKI / 230 MW