Hae sivustolta

Mitä etsit?

Laaja-alaisen aurinkosähkön yleistymisen huomioivat sähköverkon mitoitusperiaatteet

Tutkismusprojektin tavoitteena oli kehittää laajamittaisen aurinkovoiman verkostovaikutusten huomioimista sähköverkon mitoituslaskennassa jännitteen laadun osalta. Erityisesti pientuotannon liittämisen suunnittelukriteerit ja -menetelmät kaipaavat päivittämistä, koska aikaisemmat ohjeistukset ovat lähteneet siitä oletuksesta, että pientuotantoyksiköitä on sähköverkossa vähän ja ne kytkeytyvät pääasiassa sähköasemalle tai keskijänniteverkkoon uutena liittymänä. Aurinkovoima liittyy kuitenkin pääsääntöisesti pienjänniteverkkoihin olemassa oleviin liittymiin.

Projektissa selvitettiin sekä yksittäisten suurten aurinkosähköjärjestelmien että laajamittaisen aurinkosähköjärjestelmien yleistymisen vaikutuksia sähkönjakeluverkkoihin. Keskeisimpänä tuloksena havaittiin nykyisten sähköverkon mitoitussuosituksien rajoittavan liitettävien aurinkosähköjärjestelmien kokoa tarpeettoman paljon, koska suosituksen parametrisointia ei ole päivitetty nykyisen ymmärryksen mukaiseksi aurinkosähköä koskien. Projektin simulointitulosten perusteella voitiin myös havaita, että aurinkosähköjärjestelmien loistehosäädön avulla voidaan ehkäistä aurinkosähköstä sähköverkolle aiheutuvia jännitteen nousun haasteita merkittävästi. Loistehon säätö ei käytännössä vaikuta pätötehon tuotantoon, mutta voi ehkäistä aurinkosähköjärjestelmien verkosta irtoamista ylijännitteiden seurauksena.

Sähköautojen latauksen muodostama kuormitus ja mitoitusteho erilaisissa toimintaympäristöissä

Tutkimushankkeen tavoitteena oli määrittää sähköautojen lataustapahtumien aiheuttama kuormitus kiinteistöverkoissa. Liikenteen sähköistyminen on yksi keskeisimmistä ja nopeimmin kehittyvästä energiainfrastruktuuriin vaikuttavasta kehitystrendistä. Huomioiden sähköverkkojen maltillisen uusiutumistahdin, on sähköautojen nopea yleistyminen luonut tarpeen sähköautojen muodostaman kuormitusvaikutusten luotettavalle määrittämiselle. 

Sähköautojen kuormitusvaikutukset ovat voimakkaasti automallikohtaisista yleistymisskenaarioista ja toimintaympäristöstä riippuvaisia. Tässä tutkimushankkeessa kuormitusvaikutusten määrittäminen perustuu laboratorio- ja kenttäolosuhteissa tapahtuviin todellisiin mittauksiin sekä erilaisiin sähköautojen joukkokäyttäytymistä kuvaaviin simulaatiomalleihin. Tutkimuksessa hyödynnetään laaja-alaisesti erilaisia liikennemittausaineistoja (mm. henkilöliikennetutkimusaineisto).

Tutkimuksessa tuotettavat tarkastelut perustuvat simulointeihin sekä todellisiin sähköautojen lataustehoa todentaviin mittauksiin. Tulokset palvelevat niin julkisen kuin yksityisenkin sähköenergiainfrastruktuurin (kiinteistöt, taloyhtiöt, kaupungit, sähkönjakeluverkot) kehittämisestä sähköisen liikenteen yleistyessä. Tulokset auttavat myös ymmärtämään älykkään latauksen merkityksen kuormitushuippujen välttämisessä ja verkkojen mitoittamisessa.

Tavoitteet

  • Mikä on sähköauton latausteho ja -profiili?
  • Miten sääolosuhteet (ulkolämpötila) sähköautojen keskimääräisiin lataustehoihin sekä mahdolliseen ylläpitosähkön (akuston ja sisätilan lämmitys ja jäähdytys) tarpeeseen?
  • Miten lataustapahtumat ja kuormitukset kerrostuvat erilaisissa ympäristöissä?
  • Miten lataustehot näkyvät nykyisiä kiinteistöjen liittymäkuormia ja -kapasiteetteja vasten ja minkälaisia saneerauspaineita sähköautojen yleistyminen tuo liittymiin?Miten suuriin liittymien mitoitustehoihin päädytään edellisten kohtien pohjalta? 
  • Miten älykkäät latausratkaisut vaikuttavat latausalueiden mitoitustehoihin?

Validating the Real-Time Performance of Distributed Energy Resources Participating on Primary Frequency Reserves

Karhula, N., Sierla, S., & Vyatkin, V. (2021). Validating the Real-Time Performance of Distributed Energy Resources Participating on Primary Frequency Reserves. Energies, 14(21), [6914].

Abstract

A significant body of research has emerged for adapting diverse intelligent distributed energy resources to provide primary frequency reserves (PFR). However, such works are usually vague about the technical specifications for PFR. Industrial practitioners designing systems for PFR markets must pre-qualify their PFR resources against the specifications of the market operator, which is usually a transmission system operator (TSO) or independent system operator (ISO). TSO and ISO requirements for PFR have been underspecified with respect to real-time performance, but as fossil-fuel based PFR is being replaced by various distributed energy resources, these requirements are being tightened. The TSOs of Denmark, Finland, Norway, and Sweden have recently released a joint pilot phase specification with novel requirements on the dynamic performance of PFR resources. This paper presents an automated procedure for performing the pre-qualification procedure against this specification. The procedure is generic and has been demonstrated with a testbed of light emitting diode (LED) lights. The implications of low bandwidth Internet of Things communications, as well as the need to avoid abrupt control actions that irritate human users, have been investigated in the automated procedure.

Asunto-osakeyhtiöt energiayhteisönä

Diplomityö: Juuso Pusa, Asunto-osakeyhtiöt energiayhteisönä, (2021).

Suomen ja koko Euroopan Unionin energiantuotanto on suuressa muutoksessa ja kasvihuonepäästöjä pyritään jatkuvasti vähentämään. EU:n tavoitteena on saada kasvihuonepäästöjen jatkuva kasvu loppumaan ja saada päästöt kääntymään laskuun poliittisilla päätöksillä ja säädöksillä. Myös yksittäisten kansalaisten halukkuus vaikuttaa asioihin ja päätökset tehdä osansa päästöjen vähentämiseksi ajavat puhtaampiin energiaratkaisuihin yhä useammin. Toisaalta myös Suomen valtakunnan tasolla, EU:n päätöksien lisäksi, pyritään jatkuvasti lisäämään hajautettua sähköntuotantoa kysyntäjoustojen lisäämiseksi ja sähkön toimitusvarmuuden parantamiseksi. Hajautettu energiantuotanto perustuu yhä useammin uusiutuviin energianlähteisiin.
Tässä työssä on tarkoitus tutkia hajautetun energiantuotannon ja energiayhteisöjen mahdollisuuksia ja kiinnostavuutta suomalaisille asunto-osakeyhtiöille. Työssä selvitetään millaisia energiaratkaisuja suomalaiset asunto-osakeyhtiöt ovat tehneet ja millaisia ne pyrkivät tekemään sekä millaiset ovat asunto-osakeyhtiöiden mahdollisuudet ja kiinnostus omavaraiseen sähköntuotantoon. Lisäksi selvitetään, mikä on asunto-osakeyhtiöiden tietämys ja kiinnostus energiayhteisöjen perustamiseen.
Työn aluksi käsitellään energiayhteisöjä sekä energiayhteisöjen muodostamisen malleja ja mahdollisuuksia. Lisäksi esitellään teoriapainotteisesti energiayhteisöjen perustamista asunto-osakeyhtiöissä taloudellisista ja sosioekonomisista näkökulmista, energiayhteisöihin liittyviä sidosryhmiä sekä haasteita asunto-osakeyhtiöiden energiayhteisöihin liittyen, perustuen kerättyyn lähdemateriaaliin.
Työssä käytetty tutkimusmenetelmä valikoitui haastattelututkimukseksi. Tutkimuksessa haastateltiin asunto-osakeyhtiöiden hallitusten jäseniä sekä isännöitsijöitä. Haastattelut tehtiin etänä käyttäen etäkokoussovelluksia. Haastatteluissa esitettiin haastateltaville henkilöille 21 kysymystä liittyen asunto-osakeyhtiöiden energiaratkaisuihin, omavaraiseen sähköntuotantoon sekä energiayhteisöihin.
Haastatteluista saatujen vastauksien pohjalta tehtiin yhteenveto, joka esitetään työn tulokset ja analyysi luvussa. Tuloksista voitiin päätellä, että tutkimukseen osallistuneiden henkilöiden osalta asunto-osakeyhtiöiden tärkeimmät energiansäästö investoinnit liittyvät suurelta osin lämmitysenergian vähentämiseen ja edullisempien lämmitysmuotojen hankkimiseen, sillä suomalaissa kotitalouksissa lämmitysenergia kattaa valtaosan kaikesta energiankulutuksesta. Omavaraiseen sähköntuotantoon liittyen kiinnostusta ilmeni jonkin verran, mutta nykyisten aurinkosähköjärjestelmien hinnat sekä toimintavarmuus osoittautuivat epätietoisuutta herättäviksi. Tämä johtui vähäisestä konkretiasta liittyen onnistuneisiin hankkeisiin aurinkosähkön osalta asunto-osakeyhtiöissä. Samoin myös energiayhteisöt olivat melko epäselvä aihe monelle haastateltavalle ja niiden osalta olisi toivottu enemmän selkeää viestintää asunto-osakeyhtiöiden suuntaan, vaikka myös kiinnostusta löytyi jonkin verran energiayhteisötoimintaan liittyen.
Loppuyhteenvedossa käydään tiivistetysti läpi työssä esitetyt asiat sekä tutkimuksesta saadut tulokset. Lisäksi pohditaan, millaisia toimenpiteitä energiayhteisötoiminnan kehittämiseksi voitaisiin tehdä sekä jatkotutkimusten mahdollisuuksia.

Mobiili- ja hajautettu sähkö: Haasteet henkilöturvallisuudelle ja turvallisuusvastuut toimijaverkossa

Projekti edistää sähkön turvallista ja luotettavaa käyttöä antamalla tietoa uusista mobiilisähkön käyttöön liittyvistä vaara- ja riskitekijöistä ja siitä, miten näihin riskeihin tulisi ennakoivasti varautua sekä työturvallisuus- että kuluttajaturvallisuusnäkökulmista. Työ käsittelee sekä sähköenergian käyttöön että vakaviin toimintahäiriöihin liittyviä vaara- ja riskitekijöitä.

Tulevaisuuden joustava ja turvallinen sähköenergiajärjestelmä

Professuurin toiminnan tavoite on edistää ja kehittää ratkaisuvaihtoehtoja, joilla voidaan vastata odotuksiin tulevaisuuden sähkönjakelusta- ja käytöstä sekä edistää tietoisuutta ja lisätä vuorovaikutusta niiden tahojen keskuudessa, jotka ovat keskeisiä tulevaisuuden tavoitteiden saavuttamisessa. Professuurin työskentely liittyy keskeisesti käynnissä oleviin ja valmisteltaviin tutkimushankkeisiin teemoista:

  • Vetytalous ja puhdas energia; energiansiirto- ja varastointiratkaisut
  • Sähköenergiajärjestelmän resilienssi ja sähköhuollon varmistaminen
  • Hajautettujen resurssien integrointi ja sektori-integraatio
  • Joustavuus sähköenergiajärjestelmässä

Hankkeen keskeiset tavoitteet

  • määrittää millä eri tavoin voidaan kustannus-, kapasiteetti- ja energiatehokkaasti vastata odotuksiin tulevaisuuden sähköjärjestelmästä sekä varmistaa entistä sähköriippuvaisemman yhteiskunnan luotettava sähkön saanti ja turvallinen käyttö.
  • tuottaa osaajia, joilla on vahvan teknistaloudellisen osaamisen lisäksi ymmärrys meneillään olevasta energiamurroksesta ja siihen liittyvien tekijöiden yhteisvaikutuksista -ja mahdollisuuksista energiajärjestelmässä
  • tuottaa laaja-alaisesti hyödynnettävää tietoa ja varmistaa, että tutkimuksen asiantuntijat myötävaikuttavat yhteiskunnan kehittymiseen ja ovat aktiivisesti mukana kehitykseen liittyvissä asiantuntijaryhmissä.

STEKin vuosittainen rahoitus hankkeelle: 120.000 euroa

Yhteyshenkilö

Professori Jukka Lassila, jukka.lassila @ lut.fi

Kiinteistötiedon ja IoT-ratkaisujen hallinta

Kuva Marjaana Malkamäki

Metropolian hankkeessa ”Kiinteistötiedon ja IoT-ratkaisujen hallinta, hyödyntäminen ja siirtovaikutukset” ohjataan tiedon avulla rakennusten käyttöä, ylläpitoa, käyttäjätyytyväisyyttä ja resurssien optimointia. Hankkeessa tuotetaan tietoa ratkaisujen toimivuudesta korjaus- ja uudisrakentamisessa ja tuodaan vahva takaisinkytkentä käytöstä suunnitteluun. Hankkeessa luodaan perustaa IoT-pohjaisen datan hyödyntämiseen tutkimalla, testaamalla ja kehittämällä ratkaisuja, palvelualustoja ja sovelluksia yhdessä yritysten kanssa. Siinä tuotetaan erityisesti käyttäjille rajapintoja kiinteistön älykkääseen ohjaukseen ja kunnossapitoon.

Hankkeen keskeiset tavoitteet

Kehitetään ja ylläpidetään täyden mittakaavan kiinteistöön sijoittuvaa talotekniikan ja rakennusautomaation oppimisympäristö Myllypuro Smart Campus, joka edistää yritysten, korkeakoulun ja opiskelijoiden verkostoitumista Living Lab -toimintamallilla.

Tutkitaan ja kehitetään kaupunkien tulevaisuuden energiaratkaisuja, mm. smart grid -kysyntäjoustoa kiinteistötasolla sekä palveluita ja tekoälyratkaisuja joiden avulla optimoidaan kiinteistöjen olosuhteiden hallintaa.

Rakennetaan moderni tutkimus- ja oppimisympäristö, joka soveltuu sekä huonetilojen että muun rakennetun ympäristön tutkimukseen ja opetukseen, erityisesti sisäilmastoon liittyen. Hanke toteutetaan osaksi Metropolian ja Aallon yhteistyönä Myllypuron LVI-laboratorion hyödyntämiseksi. Tämän hankkeen tulokset antavat valmiuksia kehittää Metropolian etäopetusta jatkossa mm. aikuis- ja täydennyskoulutuksen tarpeisiin.

Jo hankkeen aikana siirretään sen keskeiset tulokset ja toimintatavat käytäntöön viemällä ne osaksi kiinteistö- ja rakennusalan sekä sähkö- ja automaatiotekniikan opintoja, ja tuottamalla niihin uusia opetussisältöjä.

STEKin vuosittainen rahoitus hankkeelle: 100.000 euroa.

Yhteyshenkilöt

Teknologiapäällikkö Harri Hahkala (Myllypuro Smart Campus ja sen hyödyntäminen)
Yliopettaja Matti Huotari (LVI-laboratorion toimistohuonelaboratorio sekä taajuusmarkkinalaboratorio)
Osaamisaluepäällikkö Jorma Säteri (Tutkinto- ja täydennyskoulutus)
sähköpostit ovat muotoa etunimi.sukunimi@metropolia.fi

Arjen älykäs sähköautoilu – sähköautoilun viestinnällinen perusteos

Projektin tavoitteena on helposti ymmärrettävän viestinnän keinoin alentaa sähköautoiluun siirtymistä ja poistaa virheellisiä käsityksiä ja ennakkoluuloja. Hankkeen tuloksena syntyy kansantajuista kohderyhmälähtöistä aineistoa. Tuloksia viestitään laajasti eri kanavissa markkinointiviestinnän keinoin.

Projektissa vastataan
a) Vastata ns. tavallista autoilijaa askarruttaviin kysymyksiin sähköautoilusta ja lataamisesta.
b) Helpottaa autoilijoiden siirtymistä sähköautoiluun murtamalla myyttejä ja harhaluuloja.
c) Edistää turvallista lataamista
d) Tuottaa ja koota tietoa työsuhdesähköautoilusta alan toimijoille.
e) Tuottaa taloyhtiöiden hallituksen jäsenille ja isännöitsijöille tietoa lataushankkeeseen liittyvistä kysymyksistä päätöksenteon tueksi.

Sähköautojen latauksen muodostama kuormitus- ja mitoitusteho erilaisissa toimintaympäristöissä

Tikka, V., Kalenius, J., Räisänen, O., Lassila, J. (2021). Loppuraportti: Sähköautojen latauksen muodostama kuormitus- ja mitoitusteho erilaisissa toimintaympäristöissä. LUT Scientific and Expertise Publications Tutkimusraportit – Research Reports, vol. 131

Tiivistelmä

Tämän tutkimushankkeen tavoitteena on määrittää sähköautojen lataustapahtumien aiheuttama kuormitus kiinteistöverkoissa. Liikenteen sähköistyminen on yksi keskeisimmistä ja nopeimmin kehittyvästä energiainfrastruktuuriin vaikuttavasta kehitystrendistä. Huomioiden sähköverkkojen maltillisen uusiutumistahdin, on sähköautojen nopea yleistyminen luonut tarpeen sähköautojen muodostaman kuormitusvaikutusten luotettavalle määrittämiselle.

Sähköautojen latauskuormituksen mallinnus perustuu tilastotietojen pohjalta rakennettuun tilastolliseen simulointimalliin. Tilastoaineistojen lisäksi mallin syötteenä käytettiin kylmälaboratoriossa tehtyjä sähköautojen latausmittauksia, joiden tavoitteena oli määrittää kylmien olosuhteiden vaikutus latauksen tehoprofiiliin ja energiasisältöön.

Projektin tuloksena havaittiin, että sähköautojen latauksen aiheuttama kuormitus on riippuvainen ulkolämpötilasta. Latauksen lisääntyvään kuormitukseen vaikuttaa autojen ajon aikaisen energiankulutuksen lisääntymisen lisäksi lataustapahtuman aikana tapahtuva akun lämmitys ja auton esilämmitys. Projektin tuloksia hyödynnetään sähköautojen latauksen suunnittelua avustavien ohjeistusten muodostamisessa.