Hae sivustolta

Hae sivustolta

Mitä etsit?

Kiinteiden akkujärjestelmien yleistymisen huomioivat sähköverkon mitoitusperiaatteet

Vihreä siirtymä vaikuttaa sähköenergiajärjestelmään merkittävästi. Suomeen on viime vuosina asennettu merkittävä määrä tuuli- ja aurinkoenergiaa, minkä seurauksena sähköjärjestelmän tuotannosta on tullut yhä riippuvaisempaa sääoloista. Tuotannon ja kulutuksen tulee olla jokaisena hetkenä tasapainossa, jotta sähköenergiajärjestelmässä säilyy tavoitetaajuus.

Akkujärjestelmien laskeva hintakehitys ja sähkömarkkinan korkea hintavolatiliteetti ovat parantaneet akkujärjestelmien kannattavuutta, minkä seurauksena akkujärjestelmien liittäminen verkkoon on tullut kiinnostavaksi investointikohteeksi. Jakeluverkkoihin on tahdottu liittää jopa MW-kokoluokan akkujärjestelmiä. Sähkönjakeluverkkoja ei ole kuitenkaan lähtökohtaisesti suunniteltu tällaiselle kaksisuuntaiselle kuormitukselle, joten nämä voivat aiheuttaa haasteita sähkönjakeluverkolle.

Akkujärjestelmä mahdollistaa sähkönkäyttäjän kuormitusprofiilin muuttamisen muuttamatta kulutuskäyttäytymistä. Akkujärjestelmä voi olla sähköliittymien tyypilliseen kokoon nähden suuritehoinen sähkölaite, jonka kuormitusprofiili on täysin riippuvainen sillä suoritettavasta ohjauksesta. Sähkönjakeluverkot on tyypillisesti suunniteltu siten, että asiakkaiden kulutukselle on oletettu risteilyä, eli eri asiakkaiden suurimmat sähkönkulutukset ajoittuvat eri ajankohtiin. Akkujen tapauksessa eri asiakkaiden välistä kuormien risteilyä ei välttämättä tapahdu, koska akkuja voidaan ohjata yhtäaikaisen signaalin, kuten sähkömarkkinan spot-hinnan tai sähköjärjestelmän taajuuden, perusteella. Tämän seurauksena sähköverkon kuormittuminen voi muuttua merkittävästi aiemmin totutusta.

Tutkimusprojektin keskeisimpänä tavoitteena on selvittää, minkälaisia vaikutuksia asiakkaiden akkuvarastojen yleistymisellä on sähkönjakeluverkon kuormittumiseen erilaisilla akkujen yleistymisasteilla, mitoitustehoilla ja erilaisilla operointitavoilla.

Yhteyshenkilö Jouni Haapaniemi, LUT
Hankkeen kesto: 31.5.2025 – 30.9.2026

Energiamurroksen materiaalia yläkouluihin

STEK lähestyi Energiajärjestelmien tiedekunnan tutkijoita ajatuksena tuottaa energiamurroksesta materiaalia erityisesti yläkoulujen opettajien tueksi. Tavoitteena on tuoda energiamurroksen eri alueita opetukseen muutoinkin kuin pelkästään matematiikan, fysiikan ja kemian alueilla. Energiamurros on kokonaisvaltainen kestävyyssiirtymä energiajärjestelmissä ja on luonteeltaan sosiotekninen, eli teknologian lisäksi energiamurrokseen vaikuttavat tuhannet eri toimijat kotitalouksista teknologian suunnittelijoihin ja poliiƫtisiin päättäjiin.

Koululaisille olisi tärkeää tuottaa toimintaa kannustavaa tietoa siitä, miten energiamurros muuttaa perustavanlaatuisesti ihmisten liikkumista, asumista ja ruoantuotantoa, miten voimme varautua muutokseen sekä miten voimme itse vaikuttaa esimerkiksi tuottamalla energiaa itse tai yhteisöissä. Energia on modernin elämäntapamme perusta, mutta miten varmistamme, että sitä on kaikilla tasapuolisesti, miten voimme tuottaa ja käyttää energiaa kestävästi, millaisia sääntöjä energiajärjestelmässä on ja kuka niitä säätää ja päättää?

Projektissa pyritään löytämään sopivan kokoisia asioita ja yläkoululaisille ymmärrettävällä tavalla esiintuotuja kokonaisuuksia.

Projektin tavoite:

Tuottaa materiaalipakeƫti yläkouluihin energiamurroksesta. Projekti edistää oppilaiden digitaitoja ja parantaa heidän energialukutaitoaan. Kokonaisuudessa on huomioitu ilmiöpohjainen ja monialainen oppiminen. LUT vastaa erityisesti aihealueista ja niiden kuvauksista, sekä yhteensopivuudesta nykyisten opetussuunnitelmien kanssa. Projektista rajautuu tarkemmat pedagogiset tehtävät pois, joita voidaan projektin jälkeen suunnitella STEKin ja pedagogisten asiantuntioiden kanssa.

Vaihe 1 (19.2.-31.3.): Ensimmäisessä vaiheessa kartoitetaan materiaalin tarve, suunnitellaan materiaalin tuottamisen prosessi sekä selvitetään, voisiko nyt kehitteillä olevan toiminnan ja materiaalin tuottaa LUT:n Junior University -toiminnan piirissä. Lisäksi selvitetään, millaisia aiheita ja millaista materiaalia voisimme tuottaa energiamurroksesta, sekä miten nämä aiheet ja teemat linkittyvät nykyisiin opetussuunnitelmiin. On tärkeää suunnitella materiaalin koko ja käyttötarkoitus mahdollisimman tarkasti, jotta se sopisi opetukseen. Tarkoituksena ei ole lisätä kuormitusta jo ennestään kuormittuneille yläkoulun opettajille.

Ensimmäisessä vaiheessa muodostetaan ohjausryhmä, joka koostuu 1-3 vastuuhenkilöistä ja 2-3 yläkoulun opettajasta, sekä projektityön tekijästä. Ohjausryhmän tarkoituksena on yhdessä ideoida materiaalia ja toteutusta, sekä testata, mikä toimii, millaiset ovat materiaalien ja mahdollisten tehtävien reunaehdot.

Vaihe 2 (1.4.-31.5.): Projektin toisessa vaiheessa kasaamme ehdotuksen materiaaleista ja sisällöistä. Tuotamme noin viidestä aiheesta laajemmat kuvaukset, keskeiset oppimissisällöt ja -tavoitteet. Materiaaleista käydään keskustelua ohjausryhmässä, joka kokoontuu toisen vaiheen aikana kerran. Projektin lopussa toukokuussa testaamme joitain aiheista yhteistyössä jonkun yhteistyöyläkoulun kanssa työpajamuotoisessa tapaamisessa.

Vastuuhenkilöt: Tutkijatohtori Minna Havukainen ja apulaisprofessori Eeva-Lotta Apajalahti (Energiajärjestelmien tiedekunta, LUT)

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.

Sähkömarkkinan hintavolatiliteetin vaikutukset sähkön kulutusjoustoon ja sähkönjakelujärjestelmään

Projektissa tutkitaan sähkömarkkinan hintavolatiliteetin vaikutusta sähkön kulutusjoustoon ja sähkönjakelujärjestelmään. Energiamurroksen myötä uusiutuvan vaihtelevan sähköntuotannon osuus on kasvanut ja se näyttelee suurta roolia sähkönhinnan muodostuksessa. Tämän seurauksena sähkön hinta on noussut ajoittain erittäin korkeaksi luoden motiivin sähkön kulutusjoustolle. Projektissa saadaan tietoa siitä, miten sähkönkäyttäjät reagoivat markkinoilta tulevaan hintasignaaliin.

Keskeiset tavoitteet:

Projektin tavoitteena on arvioida sähkön markkinahinnan volatiliteetin vaikuttavuutta pienasiakkaiden sähkönkäyttöön huomioiden sähköisen liikenteen ja älykkäiden lämmitysratkaisujen yleistyminen sekä määrittää hinnanvaihtelun kannustevaikutus sähkönkäytössä ja -siirrossa. Lisäksi osatavoitteena on arvioida markkinahintalähtöisen jouston vaikutusta sähkönjakeluverkon kuormittumiseen sekä verkkoyhtiön tehoperusteisen tariffirakenteen vaikuttavuutta markkinalähtöiseen joustoon.

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?

Roudan vaikutus sähkönjakelun ilmajohtoverkkojen vikaantumiseen ja sähköverkkoliiketoimintaan

Projektin tavoitteena on arvioida ilmastonmuutoksen vaikutusta sähkönjakeluverkkojen vikaantumiseen tuulen sekä lumikuormien vaikutuksesta, erityisesti maaperän roudan muutoksen osalta. Tutkitun tiedon avulla toimialalla ymmärretään paremmin roudan vaikutus tuulen ja lumikuormien aiheuttamien vikojen syntyyn sähköverkossa nykyhetkellä ja tulevaisuudessa ilmastonmuutoksen vaikuttaessa roudan ja lumikuormien ilmenemiseen. Näin voidaan arvioida tarkemmin sähkönjakelun häiriöiden vaikutuksia pitkän aikavälin suunnitteluun ja sähkönjakeluverkkojen omaisuuden hallintaan sekä operatiivisen toiminnan järjestelyyn ja suunnitteluun. Tavoitteena on myös määrittää sähköverkon ympäristötekijöiden ml. maaperän ja puuston vaikutus paikallisesti sähköverkon vikaantumiseen. Keskeisimmät kohdat ovat:

– Määrittää roudan vaikutukset sähköverkkotoiminnan elinkaarikustannuksiin ml. sähköverkon viankorjaus- ja KAH-kustannukset
– Analysoida roudan ja tuulen sekä lumikuormien yhteisvaikutuksia ilmajohtoverkon vikaantumiseen ja sähkönjakelun luotettavuuteen erilaisissa toimintaympäristöissä
– Arvioida ilmastonmuutoksen vaikutusta routaan

Tuulen ja lumikuormien aiheuttamat puustosta johtuvat viat muodostavat merkittävän osuuden vuosittaisista sähkönjakeluverkon keskeytyksistä. Ilmastonmuutoksen myötä roudan vähenemisen on arvoitu lisäävän puun kaatumisriskiä johtaen merkittäviin kustannuksiin yhteiskunnalle, jos sitä ei oteta suunnittelu- ja käyttötoiminnassa huomioon.

Projektista saadaan ymmärrystä ja tuloksia mm. julkiseen keskusteluun sähkönjakelun luotettavuudesta ja toimitusvarmuudesta sekä tutkittua tietoa sähkönjakeluverkon pitkän aikavälin kehittämisvaihtoehtojen vaikutuksista. Projektin tulosten avulla pitkän aikavälin suunnittelu ja käyttötoimintojen kustannustehokkuutta voidaan lisätä mm. tehostamalla viankorjausresurssien allokointia ja myrskyvarmuusinvestointien priorisointia. Projektista saaduilla tuloksilla on siten vaikutusta sekä verkkopalvelumaksuihin että asiakkaiden kokemien keskeytyksien määrään ja kestoon.

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

Yhteistyön 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: 120.000 euroa

Yhteyshenkilö

Professori Jukka Lassila, jukka.lassila @ lut.fi

Kotiautomaation aiheuttamat kyberturvallisuusriskit

Projektissa kartoitetaan kotiautomaatiolaitteille tyypillisiä kyberturvallisuushaavoittuvuuksia ja tarkastellaan niiden aiheuttamia riskejä energiajärjestelmän kannalta. Projektissa muodostetaan ennuste em. kyberturvallisuusriskien kehitykselle vuoteen 2030 saakka. Tutkimustulosten perusteella laaditaan suosituksia siitä, miten eri toimijat, kuten verkkoyhtiöt, aggregaattorit, tai loppukäyttäjät, voivat hallita tunnistettuja riskejä.

Projekti toteutetaan LUT-yliopiston ja Tampereen yliopiston yhteistyönä.

Projekti koostuu viidestä alla kuvatusta osatehtävästä:
1. Kotiautomaatiolaitteiden tyypillisten kyberturvallisuushaavoittuvuuksien kartoittaminen ja haavoittuvuusskenaarioiden laatiminen perustuen kirjallisuustutkimukseen ja laboratoriotesteihin
2. Haavoittuvuusskenaarioiden vaikutusten arviointi ja simulointi ja konkreettisten energiajärjestelmälle aiheutuvien kyberturvallisuusriskien kartoittaminen
3. Riskiennusteen laatiminen vuosille 2023 – 2030, jossa arvioidaan kyberturvallisuusriskien kehittymistä tämän vuosikymmenen aikana
4. Työpajatyöskentely, jossa kartoitetaan kyberturvallisuusriskien vaikutuksia ja näiden torjumista yhteistyössä toimialan asiantuntijoiden ja muiden sidosryhmien edustajien kanssa. Tutkijoiden tunnistamien riskien uskottavuutta, todennäköisyyttä ja vakavuutta testataan työpajatyöskentelyllä.
5. Toimenpidesuositukset kyberturvallisuuden edistämiseksi