Sääriippuvaisen sähköntuotannon tuotantopiikkien hallinta

Abstract

Sääriippuvainen sähköntuotanto, eli käytännössä tuuli- ja aurinkovoima, on yleistymässä vauhdilla sekä Suomessa, että maailmassa. Nimensä mukaisesti tämä tuotanto riippuu sääolosuhteista, jonka vuoksi sen vaihtelua ei voida hallita. Kun sääriippuvaisen tuotannon osuus kokonaistuotannosta kasvaa, vaihtelevuus näkyy tuotantopiikkeinä ja -kuoppina. Suomessa erityisesti tuulivoiman suuri määrä näkyy piikkeinä.

Tuotannon ja kulutuksen tasapainottaminen tapahtuu sähkömarkkinoilla, erityisesti reservimarkkinoilla. Reservit voivat olla voimalaitoksia, kulutuskohteita, tai energiavarastoja, jotka kykenevät reagoimaan riittävällä nopeudella ja kapasiteetilla. Reserveillä huolehditaan, että kulutus ja tuotanto pysyvät tasapainossa. Kun tuotanto ja kulutus täsmäävät, sähköverkon taajuus on 50 hertsiä. Hetkellinen taajuus riippuu tuotannon ja kulutuksen suhteesta. Liian suuret poikkeamat taajuudessa aiheuttavat ongelmia. Sähköverkon inertia vastustaa taajuuden muutoksia, mutta tuuli- ja aurinkovoima eivät tuota verkkoon inertiaa. Siksi näiden tuotantomuotojen osuuden ollessa suuri, taajuus heilahtelee helpommin.

Tuotantopiikkien hallintaan ei ole vain yhtä ratkaisua, vaan on useita keinoja, joita yhdistelemällä voidaan minimoida vaihtelevuudesta johtuvia haittoja. Keinoja ovat esimerkiksi reservikapasiteetin kasvattaminen, kulutusjouston toteuttaminen ja energian varastointi. Tuotannon vaihtelevuutta on hankala vähentää suoraan, mutta tuulivoiman rakentaminen maantieteellisesti tasaisesti voisi tasoittaa tuotantoa, tuuliolosuhteiden ollessa monipuolisemmat suuremmalla alueella.

Weather-dependent electricity production, primarily wind and solar power, is rapidly increasing both in Finland and globally. As the name suggests, this type of production depends on weather conditions, making its variability uncontrollable. When the share of weather-dependent production in total electricity generation grows, the variability can be seen as production peaks and valleys. In Finland, the large share of wind power is particularly evident in production peaks.

Balancing production and consumption takes place in the electricity markets, especially in the reserve markets. Reserves can consist of power plants, consumption sites, or energy storages capable of responding with sufficient speed and capacity. Reserves ensure that consumption and production remain balanced. When production matches consumption, the grid frequency is 50 Hz. Momentary frequency depends on the balance between production and consumption. Large frequency deviations cause issues. The inertia of the power grid resists frequency changes, but wind and solar power do not provide inertia to the grid. Therefore, when these energy sources make up a large share, frequency fluctuations become more significant.

There’s not just one solution to managing production peaks, but instead, a combination of measures is required to minimize the negative impacts of variability. These measures include increasing reserve capacity, implementing demand response, and storing energy. Reducing the variability of production directly is challenging, but more evenly distributed wind power across the country could help balance production by taking advantage of varied wind conditions in different areas.