Energiajärjestelmän muokkaaminen ilmastoneutraaliksi edellyttää fossiiliseen hiileen perustuvan energiantuotannon korvaamista uusiutuvalla, mieluiten kokonaan hiilivapaalla energiantuotannolla. Tällä hetkellä tuuli- ja aurinkovoima ovat suosituimmat vaihtoehdot hiilipohjaisen energiantuotannon korvaajiksi. Säästä riippuva vaihteleva energiantuotanto aiheuttaa energiajärjestelmälle suuria haasteita, koska sähköjärjestelmä itsessään ei varastoi energiaa, ja tuotannon ja kulutuksen on oltava joka hetki tasapainossa. Säädettävän energiantuotannon korvaaminen vaihtelevalla sääriippuvalla tuotannolla aiheuttaa koko sähköjärjestelmän toimintaan systeemisiä muutoksia tuotannosta siirron ja jakelun kautta kulutukseen. Mallinnus ja simulointi ovat menetelmiä, joilla voidaan tutkia näitä vaikutuksia.

Tampereen yliopiston  koordinoimassa EL-TRAN-hankkeessa on rakennettu simulointimalleja, joilla tutkitaan erilaisia vaihtoehtoisia skenaarioita. Skenaarioissa tarkastellaan millainen resurssitehokas ja ilmastoneutraali sähköenergiajärjestelmä voisi olla ja miten siihen voitaisiin siirtyä. Resurssitehokkaassa järjestelmässä tarvittava energia tuotetaan mahdollisimman pienillä resursseilla minimoimalla investointien kannalta tehottomien päällekkäisten varajärjestelmien tarvetta. Skenaarioissa on hyödynnetty hankkeen asiantuntijaselvityksiä erilaisista mahdollisista kehityspoluista. Mallinnus on tehty vapaasti ladattavalla IRENA:n (International Renewable Energy Agency) FlexTool -työkalulla, jonka on kehittänyt VTT.

Tulevaisuuden energiajärjestelmä koostuu suuressa määrin vaihtelevaan uusiutuvaan energiantuotantoon perustuvasta tuotannosta, joustavasta kulutuksesta, jota ohjataan käytettävissä olevan sähkön määrän perusteella, sekä energiavarastoista, joilla tasataan vaihtelevan tuotannon vaikutusta tuotannon ja kulutuksen väliseen tasapainoon. Simuloinneissa on tutkittu, millaisia varastoja tarvitaan sovittamaan vaihteleva tuotanto erilaisiin kulutusvaihtoehtoihin. Analyyseissä on tutkittu myös sähkön tuonnin ja viennin tarvetta eri vaihtoehdoissa, kuinka paljon uskalletaan luottaa siihen, että maan rajojen yli saadaan ostettua ja sinne myytyä sähköä oman järjestelmämme tilasta riippuen.

Hankkeessa on tarkasteltu miten teollisuuden ja liikenteen sähköistyminen sekä vetyteknologiaan, esimerkiksi sähköpolttoaineisiin, siirtyminen vaikuttavat sähköenergiajärjestelmän toimintaan. Teollisuuden ja liikenteen sähköistymisessä on tärkeää, että niihin liittyvät investoinnit toteutetaan siten, että järjestelmät mahdollistavat jouston. Esimerkiksi siirryttäessä teräksen valmistuksessa vetypelkistykseen, on tärkeää, että investoidaan riittävään vedyn tuotantokapasiteettiin ja varastointiin. Tällöin paljon sähköä kuluttava vedyn tuotanto voidaan ajoittaa ajanhetkiin, jolloin sähköä on runsaasti tarjolla, mutta teollinen tuotanto voi pyöriä tasaisesti. Mikäli teollinen tuotanto rakennetaan niin, että sähköä tarvitaan jatkuvasti tasaisella suurella teholla, runsaasti vaihtelevaa sähköntuotantoa sisältävä energiajärjestelmä tulee olemaan suurissa vaikeuksissa. Sama koskee liikenteen sähköistymistä. Sähköautojen latausjärjestelmien tulee huomioida koko sähköjärjestelmän tila, kun ne säätävät hetkellistä lataustehoa. Sähköautojen määrän kasvaessa ennustetusti, sähköjärjestelmälle aiheutuu suuria ongelmia, mikäli kaikki autot aloittavat latauksen suurin piirtein samaan aikaan työpäivän jälkeen kotiin saavuttaessa.

Siirryttäessä kohti ilmastoneutraalia yhteiskuntaa on tärkeää, että päätöksenteolla ja tukipolitiikalla voimakkaaseen sähköistymiseen tähtäävät investoinnit saadaan toteutettua siten, että ne tarjoavat myös energiajärjestelmään joustoa. Ylimääräiseen kapasiteettiin ja varastoihin liittyvät investoinnit maksavat, ja joustosta hyötyvät usein muut tahot kuin investoijat.

Lisätietoja:

Yrjö Majanne, Tampereen yliopisto, 040 198 1168

Tomas Björkqvist, Tampereen yliopisto, 050 571 3037

Matti Vilkko, Tampereen yliopisto, 040 833 2830