Tuulivoiman vaikutukset sähköverkkoon
Sähköjärjestelmän tehtävät
Suomen sähköjärjestelmä on rakennettu toimimaan luotettavasti, tehokkaasti ja joustavasti joka hetki vaihtelevan kulutuksen kattamiseksi. Suomen sähköjärjestelmä onkin maailman luotettavimpia. Laatuvaatimukset pitävät huolen siitä, että luotettavuus pysyy, kun verkkoon kytketään uusi laitos.
Lisäksi on huolehdittava koko Suomen kannalta siitä, että vaihtelevaa kulutusta vastaava sähkön määrä pystytään joka hetki tuottamaan, myös äkillisten häiriöiden sattuessa. Järjestelmävastaava (Fingrid) pitää edellä mainitun lisäksi huolen myös siitä, että siirtojärjestelmän kapasiteetti riittää kuljettamaan paikallisesti tuotetun suurenkin määrän sähköä juuri sinne missä kulutus on.
Jotta järjestelmän toimivuus varmistetaan, tarvitaan säätö- ja varavoimaa. Säätövoimalla reagoidaan sähkön tuotannon ja kulutuksen välisiin nopeisiin vaihteluihin ostamalla säätösähkön tuottamiseen osallistuvien laitosten sähköä silloin, kun joku toinen tuotantolaitos tuottaa sähköä suunniteltua vähemmän tai kulutus onkin ennakoitua suurempaa. Vastaavasti tuotantoa voidaan säätää alaspäin silloin, kun kulutusta onkin ennakoitua vähemmän.
Säätövoimana vesi
Säätövoimana Suomessa käytetään pääasiassa vesivoimaa tai naapurimaista ostettua sähköä. Tekniikan ja sähkön hinnoittelun kehittymisen myötä myös kuluttajat voivat aktiivisesti osallistua sähköjärjestelmän säätämiseen esimerkiksi varastoimalla sähköä sähköautonsa akkuun silloin, kun sähkön hinta on matalaa runsaan tarjonnan vuoksi ja rajoittamalla kulutustaan silloin, kun sähkön hinta on korkeampi sähkön niukkuuden tai suuren kulutuksen vuoksi.
Portugalissa ja Irlannissa, jossa tuulivoimalla katetaan yli 25 prosenttia vuotuisesta sähkön kulutuksesta, ei ole vielä jouduttu rakentamaan lisää säätövoimaa vaihtelevan tuotannon takia. Vaihtelevan tuotannon suurempi osuus on lisännyt näissä maissa säätövoiman käyttöä. Oletettavissa on, että myös Suomessa tuulivoiman lisärakentaminen lisää säätövoiman käyttöä sekä osaltaan kannustaa kuluttajia osallistumaan kulutusjoustoon. Säätövoiman lisärakentamisen tarpeeseen vaikuttaa lisääntyvän vaihtelevan tuotannon lisäksi olemassa olevassa säätövoimassa tapahtuvat muutokset. Voimalaitosten viimeaikaiset sulkemiset voivat johtaa siihen, että Suomeen tulee rakentaa lisää säätöön kykeneviä voimalaitoksia tai siirtoyhteyksiä naapurimaihin. Gasumin (2020) selvityksen mukaan Suomeen mahtuu vuoteen 2030 mennessä 25 -30 TWh vuosittainen tuulisähkön tuotanto ilman säätövoiman lisärakentamista.
Fingridillä on häiriötilanteita varten nopeaa häiriöreserviä (jota kutsutaan myös varavoimaksi), jolla voidaan reagoida nopeasti sähköjärjestelmän vikatilanteisiin yhdessä säätösähkömarkkinoilla olevan kapasiteetin kanssa. Nopea häiriöreservi mitoitetaan suurimman voimalaitosyksikön tai siirtoyhteyden tehon mukaan niin, että häiriöreservillä pystytään kattamaan suurimman voimalaitosyksikön tai siirtoyhteyden mahdollisesta vikaantumisesta aiheutuva tehovaje. Tällä hetkellä Suomen häiriöreservi on mitoitettu Olkiluoto 3:n tehon mukaan. Ainakaan tämänhetkisen tiedon valossa yksittäisen tuulipuiston teho ei tule Suomessa ylittämään 1600 MW, joten tuulivoima ei vaikuta häiriöreservin tarpeeseen Suomessa.
Lisäksi Suomessa on käytössä tehoreservi, jonka avulla turvataan sähkön saanti huippukulutustunteina silloin, kun sähkömarkkinalla ei ole riittävästi sähköä saatavilla. Energiavirasto kilpailuttaa tehoreserviin pyrkivät laitokset ja niiden käyttöönotosta vastaa Fingrid. Vuonna 2017 tehoreservi nostettiin 600 megawattiin.
Säätö- ja varavoima palvelevat koko sähköjärjestelmää, ja myös kaikkia sähkön tuottajia. Kun lisätään tai korvataan pieniä osuuksia erilaisilla tuotantomuodoilla, voidaan olemassa olevaa järjestelmää käyttää sellaisenaan. Suurempia tuotantomääriä tarkasteltaessa on kuitenkin syytä ottaa huomioon myös muutosten tuomat tarpeet järjestelmän kannalta: riittääkö joustavuus ja pysyykö luotettavuus yhtä korkealla tasolla? Kulutusjoustojen kehittyminen osaltaa tuo kaivattua joustoa sähköjärjestelmään.
Verkostovaikutukset
Kaikki sähköverkossa olevat tuottajat kuin kuluttajatkin vaikuttavat jollain tavalla sähkön laatuun. Hyvällä sähkön laadulla tarkoitetaan katkotonta, amplitudiltaan ja taajuudeltaan tasaista, sinimuotoista sähköä, jonka jännitetaso on sopiva.
Jakeluverkot ovat perinteisesti suunniteltu sähkön yksisuuntaiselle siirrolle sähköasemalta kuluttajille päin. Kun tällaiseen verkkoon liitetään yksittäisiä tuulivoimaloita tai pieni tuulipuisto, täytyy varmistaa, että jännite edelleen pysyy sallituissa rajoissa kaikkialla ja että verkon suojaus toimii oikein. Verkkovian sattuessa tuulivoimala kytkeytyy automaattisesti irti verkosta ja lopettaa tuotantonsa, jotta se ei estäisi valokaarivian sammumista, tai jäisi yksinään syöttämään eristettyä verkonosaa, mikä vaarantaisi verkon turvallista paluuta normaalitilaan.
Kun sähköä siirretään sähköverkossa, syntyy tehohäviötä. Tuulivoimalat jotka sijaitsevat lähellä sähkönkuluttajia, pienentävät yleensä sähkön siirtotarvetta ja siten myös verkon tehohäviöitä.
Lähteet: