Tutkimustietoa sähkövarastoista – Caruna mallinsi Tampereen yliopiston kanssa akkujen toimintaa

Artikkeli 29.12.2022 klo 09:13
Tuulivoimaloita luontomaisemassa.
Caruna näkee sähkövarastot tulevaisuudessa yhtenä osana jakeluverkkoa. Toistaiseksi Suomessa sähkövarastoja on vielä vähän, ja ennen laajempia käyttöönottoja tulee ratkaista tietyt kysymykset esimerkiksi suojauksen toiminnallisuudesta. Caruna tutkii asiaa yhdessä Tampereen yliopiston kanssa. 

Caruna ja Tampereen yliopisto ovat viime vuosien aikana tehneet yhdessä selvityshankkeita. Sähkövarastojen suojaukseen keskittyvä hanke käynnistyi vuonna 2020.  

“Halusimme oppia ymmärtämään sähkövarastotoimintaa jakeluverkossa erityisesti saarekekäyttötilanteessa eli silloin, kun jakeluverkon energianlähteenä toimii sähkövarasto”, kertoo Carunan teknologiapäällikkö Henri Vierimaa 

Asiaa lähtivät selvittämään Tampereen yliopiston professorit Pertti Järventausta ja Sami Repo sekä väitöskirjatutkija Lasse Peltonen. 

“Selvityksen olennaisin osa oli tarkastella pienjänniteverkon sulakesuojauksen toimintaa akun avulla toteutetussa saarekkeessa”, Järventausta sanoo. 

Tarkoituksena oli myös selvittää, mitä akun sähköteknisiä ominaisuuksia verkkoyhtiön olisi hyvä tietää ennen uusien akkujärjestelmän hankintaa. Tällaisia ovat esimerkiksi ylivirta- ja alijännitekäyrien muokattavuus jälkikäteen.  

Sähkövarastojen tulee olla luotettavia ja turvallisia 

Tutkimus toteutettiin PSCAD-ohjelmistolla, johon mallinnettiin yksityiskohtaisesti akkujärjestelmä sekä tarkastelun kohteena olleen Carunan verkkoalueen keskijännite- ja pienjänniteverkko.  

“Ohjelmiston avulla simuloitiin erilaisia käyttötapauksia, joissa akkujärjestelmä syöttää tarkasteltavaa verkkoa ja tähän verkkoon tehdään erityyppisiä vikoja. Yksittäisiä simulointitapauksia oli satoja, jotka tallensimme jatkokäsittelyä varten. Näistä simulointituloksista rakensimme kokonaiskuvan siitä, miten eri akun parametrit vaikuttavat suojauksen toimivuuteen eri käyttö- ja vikatilanteissa”, Peltonen kertoo. 

Simulointitulosten perusteella voidaan määrittää tarvittava vikavirtataso, ylivirta- ja alijännitekäyttäytyminen sähkövarastolle, jotta sähkövaraston toiminnallisuus suojauksen näkökulmasta on standardivaatimusten mukaisesti riittävä. 

“Verkon suojaustapoja on monia erilaisia, ja vaatimukset sähkövarastolle saattavat poiketa toisistaan riippuen siitä, mitä aluetta sähkövarasto syöttää. Tässä kartoitimme akkujärjestelmän ominaisuuksia pienjänniteverkon sulakesuojauksen näkökulmasta. Pienjänniteverkon suojaukseen voi riittää suhteessa nimelliskuormitukseen suhteellisen pieni sähkövarasto, etenkin, jos suojauksen selektiivisyydestä ollaan valmiita joustamaan”, Peltonen tarkentaa. 

Carunan ja Tampereen yliopiston selvityshanke saatiin päätökseen, mutta työ poiki myös jatkotutkimuksen, jossa on mukana useita tahoja. 

“Olemme käynnistäneet Sähkötutkimuspoolin sekä Sähkötekniikan ja energiatehokkuuden edistämiskeskus STEK ry:n rahoittaman hankkeen, jossa on mukana tutkijoita sekä Tampereen yliopistolta että Tampereen ammattikorkeakoulusta. Tavoitteena on aikaisempaa laajempien sähköteknisten tarkastelujen lisäksi tehdä kartoitus siitä, millaisia saarekeratkaisuja verkoissa on käytetty ja millaisia kehitystarpeita nähdään”, Järventausta sanoo. 

Sähkövarastot voivat olla ratkaisu toimitusvarmuuden takaamisessa 

Sähkövarastot ovat aihe, jota Carunalla pohditaan ja seurataan jatkuvasti. Esimerkiksi Energiaviraston valvontamalli edellyttää verkkoyhtiöitä tietyin väliajoin tekemään kehityssuunnitelmia, joissa nykyisin edellytetään myös kannanotto sähkövarastoihin ja siihen, miten niitä on tarkoitus hyödyntää jakelussa. 

Sähkövarastot voivat olla ratkaisu esimerkiksi toimitusvarmuuteen. Sähkömarkkinalain mukaan vuoteen 2036 mennessä jakeluverkon vioittuminen myrskyn tai lumikuorman seurauksena asemakaava-alueella ei saa aiheuttaa yli 6 tuntia kestävää ja haja-asutusalueilla yli 36 tuntia kestävää sähkönjakelun keskeytystä. 

“Jos kuitenkin tulee iso myrsky, jonka tuhoissa on paljon korjattavaa, ei vahinkoja välttämättä ehditä korjaamaan 36 tunnissa. Tällöin voidaan apuna käyttää sähkövarastoa, mutta siinä tulee riittää energiaa pitkäksi aikaa. Yksi ratkaisu olisi saada sähköä käyttöön tiettyihin perustarpeisiin hyödyntämällä erilaisia kysyntäjouston mekanismeja”, Repo sanoo. 

Kysyntäjouston kautta asukkaat saisivat valot päälle, keittiön käyttöön ja mahdollisuuden katsoa telkkaria.  

“Saataisiin niin sanotusti peruselämä kuntoon, vaikka saunan kaltaiset sähkösyöpöt puuttuvat. Tässä vaiheessa nämä kysymykset ovat toki paitsi teknisiä, niin myös sopimuksellisia ja lainsäädännöllisiä”, Repo sanoo. 

Lue lisää