Tuuli- ja aurinkovoiman hallinnan vanhat rutiinit vaihtoon

Kyky hallita sähköjärjestelmää ratkaisee sen, kuinka kannattavaa ja luotettavaa tuuli- ja aurinkovoiman tuotanto on.

Aurinkovoiman, ja erityisesti tuulivoiman, tuotanto kasvaa Suomessa voimakkaasti. Sen lisäksi, että yksittäiset tuuliturbiinit ovat yhä tehokkaampia, on niitä usein myös aiempaa suurempi määrä tuulipuistoa kohden. Lisäksi tuulipuistoja rakennetaan ja suunnitellaan alueille, joilla ei ole tähän mennessä tuuliturbiineja nähty. Myös merituulen hyödyntäminen lisääntyy.

Tuulivoiman tekniikka ei periaatteessa muutu, vaikka mittakaava kasvaa. Tuuli pyörittää turbiininlapoja, josta liike-energia muunnetaan sähköenergiaksi generaattorilla ja  syötetään edelleen tasa- ja vaihtosuuntauksen kautta sähköjärjestelmään. Haasteen aiheuttaa suuntaajakytketyn tuotannon lisääntyminen suuressa mittakaavassa. Suuntajakytketyllä sähköntuotannolla ei ole esimerkiksi vastaavanlaista inertiaa kuin suoraan verkkoon kytketyissä generaattoreissa. Tämä tuo haasteita sähköjärjestelmän käyttöön, ja verkkovaatimukset ovatkin nousseet yhä laajemmin keskusteluun.

Sähkön laatuhäiriöihin ei ole varaa

Sääriippuvaisina aurinko- ja tuulivoima uhkaavat tuotannon ja kulutuksen välttämätöntä tasapainoa. Tällä on merkitystä sähköjärjestelmän toiminnalle, koska pienikin epätasapaino tuotannon ja kulutuksen välillä heiluttaa taajuutta ja loistehotason muutokset aiheuttavat haasteita sähköverkon jännitteeseen. Tähän mennessä suuret ydin- ja vesivoimalat ovat tasoittaneet pienet taajuuden heilahdukset vakaalla pyörimisvoimallaan, inertialla, mutta suuntaajakytketyn aurinko- ja tuulivoiman lisääntyessä inertian osuus verkossa laskee.

Taajuuden ylläpidosta on siis tulossa vaativampaa ja myös vaatimukset ovat kiristymässä. Tällä hetkellä ratkaisuja pohditaan niin verkkoyhtiöissä kuin myös tuulivoiman tuottajien puolella.

Ratkaisuja on kuitenkin jo saatavilla. Käytännössä sähköjärjestelmään voidaan lisätä laitteita, jotka säätävät loistehon tuotantoa hyvin nopealla vasteella tai tuottavat verkkoon inertiaa. Tuulipuiston verkkoliityntään lisätty loistehon kompensointi on jo tänä päivänä suosittu ratkaisu. Sen avulla loistehoa saadaan tuotettua keskitetysti verkkoliitynnässä, eikä siihen tarvitse uhrata sähkön tuotantoyksiköiden tuotantokapasiteettia tai kuormittaa tuulipuiston sisäistä sähköjärjestelmää.

Jotta oikeat ratkaisut haasteisiin löydetään, varautuminen kannattaa aloittaa tarkastelemalla tuulipuiston sähköjärjestelmää kokonaisuutena, oli kyse sitten uudesta tuulipuistosta tai vanhan puiston uudistamisesta. Hyviä työkaluja kartoittamiseen on erilaiset sähköjärjestelmän mittaukset ja mallinnukset. Niiden avulla voidaan havainnoida lähtötilannetta sähköjärjestelmässä, teknisten ratkaisujen mukanaan tuomia muutoksia ja näin hakea parhaiten soveltuvat tekniset toteutukset.

Kannattava käyttö etävalvonnan ja kunnossapidon avulla

Tuulipuiston toiminta edellyttää luotettavaa valvontaa. Koska tuulipuistot ovat tyypillisesti miehittämättömiä tuotantolaitoksia ja sijaitsevat usein syrjäisillä seuduilla, luotettavan ja kattavan etävalvonnan merkitys on erittäin keskeinen. Se, että valvomo- ja huoltohenkilöstö ei päivystä paikan päällä, vaatii omat järjestelynsä alkaen luotettavista tiedonsiirtoyhteyksistä, jotka toimivat myös laajempien vikatilanteiden aikana. Myös NC ER - (Network Code for Emergency and Restoration) asettaa tietyt vaatimukset, jotka valvomon ja tuulipuiston välisen yhteyden on täytettävä. Tämän päivän verkkovaatimusten täyttämiseksi ei riitä, että vain tuulipuiston ja verkkovalvomon välinen yhteys toimii luotettavasti. Tietoa on pystyttävä myös välittämään reaaliajassa verkkoyhtiöille siihen määriteltyjä yhteyksiä hyödyntäen.

Valvonnan optimointi kannattaa aloittaa jo järjestelmän suunnitteluvaiheessa. Näin varmistetaan, että laitteiden käytöstä ja kunnosta voidaan kerätä kaikki tarvittava tieto käytönhallinnan, kunnossapidon ja vianselvityksen tueksi. Näin varmistetaan luotettavan valvonnan ohella kustannustehokas kunnossapito. Laitteiden valinnassa huollettavuus on tärkeä kriteeri.

Perusteellinen suunnitelma on kivijalka tuulipuiston kunnossapidolle. Kun laitteet tarkastetaan ja huolletaan niiden kunnon perusteella optimaaliseen aikaan, varmistetaan sähköjärjestelmän käytettävyys kohtuullisin kustannuksin. Hallitusta kunnossapidosta huolimatta joskus tarvitaan nopeaa toimintaa laitteen vikaantuessa. Tällöin olennaista on saada paikalle parhaiden asiantuntijoiden ohella tarvittavat varaosat.

Hitachi Energyllä on vuosikymmenten kokemus sähköasemien rakentamisesta ja etävalvonnasta niin teollisuudessa kuin verkkoyhtiöissäkin. Viime vuosina olemme hyödyntäneet kokemustamme myös tuulipuistoissa. Yli puolet Suomessa tuotetusta tuulisähköstä virtaa käyttäjille Hitachi Energyn toimittamien muuntajien ja sähköasemien läpi. Rakennamme tuulipuiston sähköaseman ja otamme sen jälkeen vastuun sen käytönhallinnasta, tai tulemme apuun siinä vaiheessa, kun tuulipuiston omistaja kaipaa uudistuksia vanhaan sähköasemaansa tai sen käytönhallintaan. Tavoite on aina sama: nostetaan kannattavuus ja luotettavuus korkealle.