Sään ennustaminen tehostaa uusiutuvan energian käyttöä

Tuulivoimalat tuottavat puhdasta sähköä, kun tuulee. Aurinkopaneeleista saadaan päästöttömästi virtaa auringon paistaessa. Sähköä tarvitaan kuitenkin myös muulloin. Tuulesta ja auringosta saatavan sähkön määrää voi myös olla joskus vaikea ennustaa. Näitä energianlähteitä ei myöskään ihminen voi perinteisten energiamuotojen tapaan ajaa tarvittaessa ylös ja alas.

Useiden suomalaisten yliopistojen ja tutkimuslaitosten tutkijat ovat Suomen akatemian strategisen tutkimusneuvoston rahoittamassa BCDC Energia -hankkeessa kehittäneet ratkaisuja, joiden avulla kuluttajat voivat hyödyntää uusiutuvaa energiaa enemmän ja edullisemmin.

Tähän tarvitsemme aiempaa tarkempia sääennusteita. Ne täytyy myös räätälöidä sähköntuotannon tarvitsemaan muotoon energiasääennusteiksi.

– Numeeriseen laskentaan perustuvat säämallit ovat keskeinen työkalu sään ennustamisessa. BCDC-projektissa kehitimme menetelmän, jolla satelliittien pilvihavaintoja voidaan syöttää säämallille niin, että sen alkutilanne vastaa pilvisyyden osalta paremmin todellisuutta. Näin saadaan aikaan parempia ennusteita siitä, kuinka paljon aurinkopaneelit tuottavat sähköä, kertoo tutkimusprofessori Anders Lindfors Ilmatieteen laitokselta.

Mitä enemmän sähköä tuotetaan tuulella ja auringolla, sitä voimakkaammin sähkön hinta vaihtelee. Sääennusteet ovat tärkeitä, jotta sähkön tuottajat osaavat arvioida tuotetun sähkön määrän ja tarvittaessa esimerkiksi tuottaa ylimääräistä säätövoimaa vesivoimaloilla.

– Energiasääennuste perustuu säämallin tuottamiin tietoihin tulevasta säästä. Säämalli kertoo, paljonko tulee ja miten aurinko paistaa. Sen perusteella voidaan laskea, kuinka paljon ja milloin yksittäiset tuuli- ja aurinkovoimalat tuottavat sähköä. Kun säämallit pikkuhiljaa kehittyvät yhä paremmiksi, se edistää myös energiasään ennustamista.

Uusia palveluita kodeille

Myös kuluttajalle energiasääennusteet muuttuvat tärkeämmiksi. Koteihin on alkanut tulla järjestelmiä, jotka arvioivat sähkön tarvetta säätiedotusten ja kodin kulutustapojen perusteella sekä ohjaavat kulutusta sähkön hinnan vaihteluiden mukaan. Ne voivat siirtää esimerkiksi käyttöveden lämmitystä tai sähköauton akkujen latausta aikaan, jolloin sähköä on tarjolla yli tarpeen ja siksi sähkö on edullisempaa.

Tulevaisuudessa älykkäät sähkönkäyttöjärjestelmät kehittyvät edelleen. Kun nykyisissä järjestelmissä kodin sähkönkäyttöä seuraava laite on yhteydessä vain sähkölaitokseen, tulevaisuudessa esimerkiksi yhdessä kylässä tai kaupunginosassa kaikkien kotien ja yritysten sähkönkäyttöä ohjaavat laitteet voivat olla yhteydessä keskenään. Ihmisten ostavat naapureiltaan näiden kattojen aurinkopaneelien tuottamaa sähköä ja saattavat säilöä naapuriensa ylimääräistä sähköä omiin akkuihinsa. Tätä varten tarvitaan laitteiden lisäksi myös palveluiden tarjoajia, jotka vastaavat siitä, että sähkökauppa talojen välillä toimii.

– Näiden palveluntarjoajien toimintaa olemme hahmotelleet hankkeessa, kertoo Oulun yliopiston kauppakorkeakoulun ja Suomen ympäristökeskuksen professori Maria Kopsakangas-Savolainen.

Kun pienkuluttajat saavat lisää joustavuutta omaan toimintaansa, myös sähkömarkkinoiden toiminta voi parantua kokonaisuutena. 

Sähkömarkkinat pilveen

Uudenlainen sähkön vaihto kotien ja yritysten välillä vaatii uudenlaisia tietoliikenneratkaisuja. BCDC Energia -hankkeessa on kehitetty ratkaisuja pilvipalveluun pohjautuvan digitaalisen kauppapaikan tarpeisiin hajautetun energiantuotannon vaihdantaan.

– Olemme luoneet hankkeessa virtuaalivoimalaitoksen, esittelee professori Ari Pouttu Oulun yliopiston tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnasta.

Virtuaalivoimalaitokseksi kutsutaan digitaalista alustaa, joka kerää joustoon käytettävissä olevia sähkökuormia riittävän suureksi kokonaisuudeksi, jotta niitä voidaan hyödyntää sähköverkon heilahtelujen tasaamiseen. Toisin sanoen eri tekijät energian tuotannossa, kulutuksessa ja varastoinnissa on yhdistetty niin, että ne tasapainottavat toistensa kulutus- ja tuotantopiikkejä.

Teknisesti on kokeilu uusia tapoja toteuttaa kauppapaikka. Perinteisesti pilvipalvelut toteutetaan palvelinkeskuksiin istutetuissa servereissä. Tämä toimintatapa on edelleen yleisesti käytössä ja varsin toimintavarma. Tutkijat ovat kuitenkin kokeilleet nyt myös hajauttaa pilvipalvelut samaan tapaan kuin tiedon sijoittelu on jo hajautettu. Yksittäisistä servereistä siirryttäisiin näin pilvitoiminnoista muodostuviin sumuihin.

Kokeiluja ympäri Suomea

Tutkimushankkeeseen liittyy erilaisia kokeiluita, joilla kaikilla on pyritty omilla tavoillaan säästämään energiaa ja lisäämään uusiutuvan energian osuutta sähkön käytössä.

Porvoossa kokeiltiin kolmea eri tapaa neuvoa kuluttajia siinä, miten he voivat vähentää sähkönkulutustaan. Tässä seurattiin, miten ihmiset omaksuvat tietoa eri lähteistä.

– Tekniikan kehittäminen ei riitä. Meidän täytyy myös ymmärtää ihmisen käyttäytymistä, jotta saamme sähkön kulutusta hillittyä ja ajoitettua tuotannon tarpeiden mukaan, Kopsakangas-Savolainen sanoo.

Iissä tutkijat menivät ihmisten koteihin asti katsomaan ja kyselemään, mitkä tavat sähkön kysynnän säätelemiseksi toimivat ja mitkä taas eivät. Lisäksi hankkeessa on kartoitettu suomalaisten energiatiedon lukutaitoa.

Suosituksia päättäjille

Suomessa poliittisia päätöksiä on perinteisesti pyritty tekemään tutkitun tiedon pohjalta. Siksi myös BCDC Energia -hankkeeseen kuuluu esimerkiksi väitöskirjojen ja muiden tieteellisten julkaisujen tuottamisen lisäksi politiikkasuositusten tekeminen päättäjille.

Viimeksi tänä syksynä hankkeessa olevat tutkijat kirjoittivat Suomen Akatemian koostamiin politiikkasuosituksiin näkökantoja, jotka tutkimus oli tuonut esiin.

– Suomen energiajärjestelmän tulee olla eri sektoreiden kesken integroidumpi, toimia yhtenäisemmin, jos haluamme saada Suomen joskus hiilineutraaliksi, Pouttu muistuttaa.

Hiilineutraalina Suomi ei päästäisi ilmakehään sitä lämmittämään enempää hiilidioksidia kuin mitä Suomi itse sitoo ilmasta pois.

BCDC Energia -hanke päättyy lokakuun lopussa, mutta tutkimusta jatketaan uusien hankkeiden alla.

---

Katso oman paikkakuntasi energiasääennuste

BCDC ENERGIA -hankkeen kehittämä energiasääennuste kertoo auringonpaisteen ja tuulen kilowattitunteina vuorokauden jokaiselle tunnille paikkakuntakohtaisesti. Energiasääennuste on helppokäyttöinen, kaikille avoin ja maksuton palvelu.

Energiasäätieto auttaa kansalaista suunnittelemaan omaa sähkönkulutusta. Ennuste on osa sähkömarkkinoiden murrosta ja tulevaisuutta, kun uusiutuvan energian tuotanto yleistyy ja vaikuttaa yhä enemmän sähköverkon tasapainoon, sähkönkulutukseen ja hinnoitteluun.

Energiasäätä seuraamalla aurinko- ja tuulienergiaa käyttävät kotitaloudet, yritykset ja yhteisöt voivat ajoittaa sähkön kulutuksensa suotuisan energiasään ajaksi, kuten päivänpaisteelle ja tuulelle tai yöaikaan. Omaa kulutusta on myös mahdollista vähentää silloin, kun ennuste näyttää pilvistä ja tuuletonta energiasäätä.

Energiasääennuste perustuu Ilmatieteen laitoksen avoimena datana tarjottavan säänennustusmallin säätietoihin sekä oletuksiin käytettävästä aurinko- ja tuulienergian tuotantotekniikasta.

Talven paukkupakkasilla tarjoataan neuvoja sähkönkulutuskäyttäytymiseen muun muassa kulutuspiikkien tasaamiseksi. Myös energiasääennuste voi ohjata kulutuskäyttäytymistä entistä kestävämpään suuntaan.